專利名稱：囊袋式注漿封孔裝置及其封孔方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦瓦斯抽采鉆孔的封孔裝置與封孔方法，尤其是適應(yīng)煤礦井下本煤層鉆孔的永久性封孔。
背景技術(shù)：
井下抽采鉆孔深度一般在30米至數(shù)百米，僅對(duì)距離孔口一定距離的某一段鉆孔進(jìn)行封孔，不能采用直接注漿的方法進(jìn)行封孔，煤礦井下瓦斯抽采鉆孔的封孔分永久性封孔和臨時(shí)性封孔。目前，公知的本煤層瓦斯抽采鉆孔的永久性封孔是以發(fā)泡聚氨酯、發(fā)泡水泥和其它發(fā)泡材料做為封孔材料，早期的“水泥卷封孔裝置”(ZL90227075.3)已不再采用，鉆孔灌漿封孔法因操作不便也很少采用，國(guó)內(nèi)目前普遍采用發(fā)泡聚氨酯材料封孔。目前，公知的采煤工作面瓦斯抽放鉆孔的臨時(shí)性封孔采用可復(fù)用的機(jī)械封孔裝置封孔，如“井下瓦斯抽放充氣式囊袋封孔器”(ZL94209078.0)、膠套膨脹式“煤巖層鉆孔封孔器”(ZL200420010782.9)等。
井下鉆孔受地應(yīng)力的影響要發(fā)生變形和破壞，發(fā)泡聚氨酯、發(fā)泡水泥等發(fā)泡材料的強(qiáng)度很低且可壓縮量很大，不能有效地控制鉆孔的變形破壞，使得封孔段鉆孔周圍產(chǎn)生大量的裂隙漏氣通道，影響瓦斯抽采的濃度和抽采效果。臨時(shí)性封孔所采用的機(jī)械封孔法的漏氣現(xiàn)象更為嚴(yán)重，但由于抽放時(shí)間短(數(shù)小時(shí))，一般不做太高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)行發(fā)泡材料封孔法存在的缺陷，防止或減少封孔段鉆孔周圍漏氣裂隙的產(chǎn)生和發(fā)展，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)封孔段鉆孔實(shí)施有效注漿封孔的囊袋式注漿封孔裝置及其封孔方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種囊袋式注漿封孔裝置，包括囊袋和從囊袋中穿過的抽采管，囊袋兩端固定在抽采管上，所述囊袋體上設(shè)有排氣裝置，在囊袋體的中部箍有膨脹控制環(huán)，膨脹控制環(huán)上設(shè)有出漿控制閥，囊袋外端通過逆止閥與注漿管插孔相連。
所述囊袋采用袖筒布與橡膠、乳膠復(fù)合而成的彈性薄壁材料或膨脹橡膠管，所述的排氣裝置為囊袋體表面穿刺的微孔，囊袋的里端和外端分別固定在抽采管上穿裝的里端支撐件和外端支撐件上，所述逆止閥和注漿管插孔均位于外端支撐件上，所述膨脹控制環(huán)為內(nèi)徑大于抽采管外徑的中部支撐件。
所述中部支撐件穿入囊袋體內(nèi)部，所述出漿控制閥位于中部支撐件的中部，出漿控制閥兩邊的囊袋體捆扎固定在中部支撐件上。
為了方便靈活連接，所述里端支撐件上垂直于抽采管軸向開有銷釘孔，所述外端支撐件上的注漿管插孔平行于抽采管軸線，外端支撐件上垂直于注漿管插孔軸向設(shè)有壓力控制銷。
所述囊袋可以有多個(gè)，串連固定在所述抽采管上。
采用所述的囊袋式注漿封孔裝置進(jìn)行封孔的方法，按如下步驟進(jìn)行操作第一步，將囊袋式注漿封孔裝置穿套在瓦斯抽采管上，在里端支撐件的銷釘孔內(nèi)穿入銷釘，用小錘擊打銷釘，使囊袋式注漿封孔裝置與瓦斯抽采管連為一體；第二步，將注漿管插入外端支撐件上的注漿管插孔，利用壓力控制銷使注漿管與外端支撐件連為一體，即與囊袋式注漿封孔裝置連為一體；第三步，將瓦斯抽采管、注漿管連同囊袋式注漿封孔裝置一起送入鉆孔的設(shè)定深度；第四步，準(zhǔn)備注漿材料并開始注漿，達(dá)到設(shè)定的注漿壓力時(shí)注漿管自動(dòng)脫離，個(gè)別情況下，達(dá)到注漿壓力時(shí)注漿管仍不脫離，可人工給注漿管提供拉力迫使注漿管與囊袋式注漿封孔裝置脫離；第五步，對(duì)注漿管和注漿泵進(jìn)行清洗，以備下次注漿封孔使用。
本發(fā)明提供的囊袋式注漿封孔裝置最少含有一個(gè)囊袋，囊袋充漿后膨脹將封孔段鉆孔封堵，當(dāng)囊袋內(nèi)的漿液壓力達(dá)到一定壓力后，囊袋中部的出漿控制閥打開，在注漿泵壓力作用下迫使?jié){液充填封孔段鉆孔周圍的裂隙，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)定注漿壓力之后，注漿管與封孔裝置自動(dòng)脫離。采用本發(fā)明所述的技術(shù)方案，一方面利用漿液充填封孔段鉆孔周邊的裂隙，另一方面利用注漿材料的后期膨脹對(duì)封孔段鉆孔施加主動(dòng)的強(qiáng)力支護(hù)，使封孔段鉆孔周圍產(chǎn)生高應(yīng)力區(qū)，降低封孔段鉆孔周圍煤體的透氣性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)封孔段鉆孔進(jìn)行有效注漿封孔的目的。


圖1所示為本發(fā)明的一種實(shí)施方案圖；圖2所示為本發(fā)明的第二種實(shí)施方案圖；圖3所示為本發(fā)明的第三種實(shí)施方案圖；圖4所示為圖1、2、3中壓力控制閥的替換方案。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例1
如圖1所示，本囊袋式注漿封孔裝置包括囊袋1和從囊袋1中穿過的抽采管9，抽采管9上穿裝有里端支撐件2和外端支撐件4。囊袋1采用袖筒布(螺紋布)與橡膠、乳膠或其它彈性材料復(fù)合而成的彈性薄壁材料制成，也可以用市場(chǎng)上現(xiàn)有膨脹橡膠管代替，橡膠使囊袋1具有密封性能，螺紋布使囊袋1具有更好的抗張拉的性能，可在囊袋1的外側(cè)單獨(dú)附加一層或多層螺紋布以增加囊袋1的抗張拉能力。囊袋1的一端固定在里端支撐件2上，囊袋1的另一端固定在外端支撐件4上，囊袋1的中部固定在中部支撐件3上，可以用膠水粘接固定，也可以用捆扎或緊箍的方法固定。中部支撐件3內(nèi)徑大于抽采管9的外徑，中部支撐件3的中部設(shè)有出漿控制閥5。當(dāng)中部支撐件3較長(zhǎng)時(shí)囊袋1可分成兩段固定，囊袋1可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)串聯(lián)，囊袋1多個(gè)串聯(lián)時(shí)相應(yīng)增加中部支撐件3的數(shù)量和出漿控制閥5的數(shù)量。囊袋1內(nèi)存留空氣的排氣方法采用穿刺微孔的方法來實(shí)現(xiàn)，空氣可以經(jīng)微孔排出，注漿材料因含有顆粒狀物質(zhì)不能從微孔通過。囊袋1內(nèi)存留的空氣也可以采用在囊體上或支撐件上安裝排氣閥的方法排氣。里端支撐件2、中部支撐件3、外端支撐件4可用低成本塑料制作或增強(qiáng)水泥制作，中部支撐件3還可以用薄壁鋼管制作。里端支撐件2上垂直于抽采管9軸向設(shè)置有銷孔8，在銷孔8中釘入銷釘使囊袋式封孔裝置與瓦斯抽采管9連為一體。中部支撐件3上安裝的出漿控制閥5是個(gè)鋼球彈簧式壓力單向閥，出漿控制閥5的作用是控制囊袋1內(nèi)漿液向囊袋1外出漿的最小出漿壓力，保證出漿控制閥5出漿之前囊袋能夠充分膨脹并接觸鉆孔壁。囊袋1充漿膨脹，囊內(nèi)存留空氣從囊壁上穿刺的微孔排出，當(dāng)囊袋1充滿漿液并能夠堵塞鉆孔11后，出漿控制閥5自動(dòng)打開，漿液經(jīng)出漿控制閥5向鉆孔11周圍的煤體16注漿，形成孔壁滲漿區(qū)12。出漿控制閥5還可以用圖4中的出漿控制環(huán)15代替，只要能夠保證在一定的壓力下能夠出漿即可。如圖4所示，在中部支撐件3的徑向開設(shè)多個(gè)出漿孔14，壓力控制環(huán)15覆蓋出漿孔14，壓力控制環(huán)15是個(gè)彈性橡膠環(huán)，利用壓力控制環(huán)15的預(yù)緊力來控制出漿壓力。外端支撐件4上安裝有與囊袋1相通的逆止閥6，逆止閥6可以是彈簧鋼珠式單向閥，也可以是氣門心式單向閥，只要實(shí)現(xiàn)漿液能進(jìn)不能出即可。外端支撐件4上還設(shè)置有注漿管10的插孔，注漿管插孔平行于抽采管9軸線，注漿管10的插孔的外端插接注漿管10，注漿管10通過壓力控制銷7與外端支撐件4連為一體，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)定的注漿壓力后，壓力控制銷7可自動(dòng)剪斷，壓力控制銷7剪斷后注漿管10與外端支撐件4脫離。壓力控制銷7由易剪斷金屬制作或易剪斷塑料制作。里端支撐件2、外端支撐件4與瓦斯抽采管9之間設(shè)有密封圈，也可預(yù)先將里端支撐件2、外端支撐件4與瓦斯抽采管9粘結(jié)在一起。注漿材料可選水泥注漿材料、高水注漿材料或其它物質(zhì)注漿材料。
用如上所述囊袋式注漿封孔裝置進(jìn)行封孔的方法，按如下步驟進(jìn)行操作鉆孔11施工完畢后，可在距離鉆孔11孔口一定距離內(nèi)實(shí)施封孔，根據(jù)地應(yīng)力大小、煤層強(qiáng)度等因素的不同，封孔段距離孔口的距離一般在8～15米之間，封孔段長(zhǎng)度可根據(jù)井下實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。封孔的方法步驟是第一步，將囊袋式注漿封孔裝置穿套在瓦斯抽采管9上，在里端支撐件2的銷釘孔8內(nèi)穿入銷釘，用小錘擊打銷釘，使囊袋式注漿封孔裝置與瓦斯抽采管9連為一體；第二步，將注漿管10插入外端支撐件4上的注漿管插孔，利用壓力控制銷7使注漿管10與外端支撐件4連為一體，即與囊袋式注漿封孔裝置連為一體；第三步，將瓦斯抽采管9、注漿管10連同囊袋式注漿封孔裝置一起送入鉆孔11的設(shè)定深度；第四步，準(zhǔn)備注漿材料并開始注漿，達(dá)到設(shè)定的注漿壓力時(shí)注漿管10自動(dòng)脫離，個(gè)別情況下，達(dá)到注漿壓力時(shí)注漿管10仍不脫離，可人工給注漿管10提供拉力迫使注漿管10與囊袋式注漿封孔裝置脫離；第五步，對(duì)注漿管10和注漿泵進(jìn)行清洗，以備下次注漿封孔使用。最后將瓦斯抽采管9與分支抽采管聯(lián)結(jié)，實(shí)施瓦斯抽采。
實(shí)例2如圖2所示，本實(shí)施例與圖1所示的實(shí)施例1基本一致，區(qū)別在于圖2所示的中部支撐件3不再是塑料或金屬件，而是在囊袋1中部復(fù)合一個(gè)控制囊袋1中部膨脹的膨脹控制環(huán)4，膨脹控制環(huán)4是一個(gè)用纖維制作的柔性套筒，膨脹控制環(huán)4的膨脹性小于囊袋1的膨脹性，膨脹控制環(huán)4粘結(jié)在囊袋1上用來控制囊袋1的膨脹，出漿控制閥5安裝在膨脹控制環(huán)4上。封孔的方法步驟同實(shí)施例1。
實(shí)例3如圖3所示，本實(shí)施例與圖1所示的實(shí)施例1基本一致，區(qū)別在于里端支撐件2、中部支撐件3和外端支撐件4通過粘結(jié)法或螺紋聯(lián)結(jié)法等連為一體，中部支撐件3穿入囊袋體內(nèi)部，兩端分別與里端支撐件2和外端支撐件4連接，在囊袋1覆蓋的中部支撐件3上徑向均開有出漿口13。中部支撐件3兩端也可與里端支撐件2和外端支撐件4間留出間隙形成出漿口。封孔的方法步驟同實(shí)施例1。本實(shí)施方案的成本高于實(shí)施例1和實(shí)施例2，但可減少囊袋1的軸向張拉力，在注漿壓力要求較高的情況下具有一定的優(yōu)越性。
權(quán)利要求
1.一種囊袋式注漿封孔裝置，包括囊袋和從囊袋中穿過的抽采管，囊袋兩端固定在抽采管上，其特征是所述囊袋體上設(shè)有排氣裝置，在囊袋體的中部箍有膨脹控制環(huán)，膨脹控制環(huán)上設(shè)有出漿控制閥，囊袋外端通過逆止閥與注漿管插孔相連。
2.如權(quán)利要求1所述的囊袋式注漿封孔裝置，其特征是所述囊袋采用袖筒布與橡膠、乳膠復(fù)合而成的彈性薄壁材料或膨脹橡膠管，所述的排氣裝置為囊袋體表面穿刺的微孔，囊袋的里端和外端分別固定在抽采管上穿裝的里端支撐件和外端支撐件上，所述逆止閥和注漿管插孔均位于外端支撐件上，所述膨脹控制環(huán)為內(nèi)徑大于抽采管外徑的中部支撐件。
3.如權(quán)利要求2所述的囊袋式注漿封孔裝置，其特征是所述中部支撐件穿入囊袋體內(nèi)部，所述出漿控制閥位于中部支撐件的中部，出漿控制閥兩邊的囊袋體捆扎固定在中部支撐件上。
4.如權(quán)利要求3所述的囊袋式注漿封孔裝置，其特征是所述里端支撐件上垂直于抽采管軸向開有銷釘孔，所述外端支撐件上的注漿管插孔平行于抽采管軸線，外端支撐件上垂直于注漿管插孔軸向設(shè)有壓力控制銷。
5.如權(quán)利要求1至4任一所述的囊袋式注漿封孔裝置，其特征是所述囊袋可以有多個(gè)，串連固定在所述抽采管上。
6.采用權(quán)利要求5所述的囊袋式注漿封孔裝置進(jìn)行封孔的方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行第一步，將囊袋式注漿封孔裝置穿套在瓦斯抽采管上，在里端支撐件的銷釘孔內(nèi)穿入銷釘，用小錘擊打銷釘，使囊袋式注漿封孔裝置與瓦斯抽采管連為一體；第二步，將注漿管插入外端支撐件上的注漿管插孔，利用壓力控制銷使注漿管與外端支撐件連為一體，即與囊袋式注漿封孔裝置連為一體；第三步，將瓦斯抽采管、注漿管連同囊袋式注漿封孔裝置一起送入鉆孔的設(shè)定深度；第四步，準(zhǔn)備注漿材料并開始注漿，達(dá)到設(shè)定的注漿壓力時(shí)注漿管自動(dòng)脫離，個(gè)別情況下，達(dá)到注漿壓力時(shí)注漿管仍不脫離，可人工給注漿管提供拉力迫使注漿管與囊袋式注漿封孔裝置脫離；第五步，對(duì)注漿管和注漿泵進(jìn)行清洗，以備下次注漿封孔使用。
全文摘要
本發(fā)明公開一種囊袋式注漿封孔裝置及其封孔方法，注漿封孔裝置由囊袋、里端支撐件、中部支撐件、外端支撐件、出漿控制閥、逆止閥、壓力控制銷等組合而成。囊袋充漿后膨脹封堵鉆孔以控制漿液的亂流，注漿材料經(jīng)出漿控制閥向鉆孔壁注漿。使用時(shí)將封孔裝置穿套在瓦斯抽采管上，通過注漿管向封孔裝置注漿，封孔裝置再向鉆孔壁注漿，注漿壓力達(dá)到設(shè)定壓力后注漿管自動(dòng)與囊袋式注漿封孔裝置脫離。采用本發(fā)明所述的技術(shù)方案，一方面利用漿液充填封孔段鉆孔周邊的裂隙，另一方面利用注漿材料的后期膨脹對(duì)封孔段鉆孔施加主動(dòng)的強(qiáng)力支護(hù)，使封孔段鉆孔周圍產(chǎn)生高應(yīng)力區(qū)，降低封孔段鉆孔周圍煤體的透氣性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)封孔段鉆孔進(jìn)行有效注漿封孔的目的。
文檔編號(hào)E21F7/00GK101050696SQ20071005438
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月10日
發(fā)明者孫玉寧 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)