可变径囊袋式矿用注浆封孔装置及方法与流程

1.本发明涉及煤矿井下抽采钻孔的封孔技术，更具体的说，涉及一种可变径囊袋式矿用注浆封孔装置及方法。


背景技术：

2.由于目前煤炭形式严峻，而“两堵一注”囊袋式注浆封孔器价格比较高，每个囊袋式注浆孔器的价格高达400-500元，占钻孔封孔成本的60%以上，导致成本核算不匹配。同时，随着开采水平不断向下延伸，煤矿开采地质条件多变、煤体破碎、煤层坚固性系数小、地应力增大等因素，造成钻孔塌孔严重，钻孔孔径远大于钻头直径，传统的囊袋封孔器不能满足钻孔两端封堵带压注浆需求。因此，国内很多矿井已基本放弃使用“两堵一注”封孔工艺，使得封孔工艺落后、倒退，封孔质量低，严重影响瓦斯抽采效率，抽采达标时间，抽采工程事倍功半，使得煤矿瓦斯抽采利用存在诸多问题，主要表现在：封孔段注浆压力低，封孔材料不能进入钻孔周边裂隙，造成封孔后钻孔漏气现象严重，瓦斯抽采浓度过低，抽采效果差、抽采效率低；而且瓦斯抽采浓度达不到利用浓度，使瓦斯利用成为困难，不得不将低浓度瓦斯排放到大气之中，不仅造成瓦斯资源的巨大浪费，而且造成对大气的污染。不同孔径钻孔时封孔需求不同，无法保证瓦斯抽采效果，在生产过程中。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可变径囊袋式矿用注浆封孔装置及方法，该发明主要用于解决煤、岩巷道掘进及煤层工作面抽采钻孔采用囊袋式注浆封孔工艺的塌孔段难封堵、囊袋直径大难送入的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种可变径囊袋式矿用注浆封孔装置，包括两个囊袋式注浆封孔器和一个爆破阀，爆破阀置于两个囊袋式注浆封孔器之间的注浆管上；囊袋式注浆封孔器均置于抽采管路的轴向方向，囊袋式注浆封孔器包括注浆囊袋、固定卡箍和移动卡箍，固定卡箍位于注浆囊袋远离钻孔孔口一端，移动卡箍位于注浆囊袋靠近钻孔孔口一端，固定卡箍外壁设置滑轮，移动卡箍外壁设置套环，牵引绳一端置于钻孔外部，另一端绕过滑轮连接套环。
5.进一步，抽采管路设置若干防止移动卡箍向钻孔的孔口移动的单向齿槽，固定卡箍和移动卡箍位于若干单向齿槽两端。
6.进一步，单向齿槽的齿槽高度为5~10mm，齿槽间距为30~60mm，单向齿槽的数量不少于3个。
7.进一步，固定卡箍通过螺母和螺纹杆固定于抽采管路上。
8.进一步，注浆管一端穿过靠近钻孔孔口的注浆囊袋置于远离钻孔孔口的注浆囊袋内，另一端连接注浆泵。
9.进一步，注浆管设置单向阀，单向阀位于靠近钻孔孔口的注浆囊袋处。
10.进一步，两个注浆囊袋之间的注浆段设置返浆管。
11.进一步，移动卡箍为弹性材质。
12.进一步，注浆囊袋承受最大压力不小于1.2mpa。
13.一种可变径囊袋式矿用注浆封孔方法，基于上述的可变径囊袋式矿用注浆封孔装置，通过拉动牵引绳调整移动卡箍在抽采管路上的轴向位置，单向齿槽防止移动卡箍反向移动，注浆后注浆囊袋径向膨胀，实现注浆囊袋封堵钻孔注浆段的两段，具体包括以下步骤：步骤1. 将两个注浆囊袋安装于抽采管路上，并分别固定两个固定卡箍，牵引绳绕过滑轮连接移动卡箍；步骤2. 拉动一根牵引绳，在牵引绳作用下，移动卡箍发生弹性形变，移动卡箍沿单向齿槽向钻孔内移动，继续拉动牵引绳直至注浆囊袋与钻孔的孔壁充分接触或牵引绳无法拉动，将牵引绳固定于孔口的金属网或锚杆上；步骤3. 重复步骤2的操作，拉动另一根牵引绳，并固定牵引绳；步骤4. 注浆管连接注浆泵出浆管，开启注浆泵注浆，注浆包括以下步骤：步骤4.1 两个注浆囊袋同时开始注浆，当注满浆液且注浆压力大于1.0mpa时，爆破阀打开，开始向注浆段注浆；步骤4.2 注浆段充满浆液且压力维持在1.0-1.2mpa，直至返浆管流出浆液；步骤5. 将返浆管、注浆管扎紧，并固定于巷帮，注浆结束。
14.综上所述，发明具有以下有益效果：本发明将注浆囊袋靠近抽采管路的里端通过固定卡箍固定连接于抽采管路上，移动卡箍利用牵引绳调整在抽采管路上的轴向位置，增加了注浆囊袋的径向尺寸，确保注浆囊袋能够有效封堵钻孔注浆段两端，确保注浆段带压注浆；本发明能够保证抽采钻孔封孔质量，提高单孔抽采瓦斯浓度及抽采纯量，降低单孔封孔成本，本发明解决了煤、岩巷道掘进及煤层工作面抽采钻孔采用囊袋式注浆封孔工艺的塌孔段难封堵、囊袋直径大难送入的问题。
附图说明
15.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的注浆效果示意图；图3为本发明的固定卡箍俯视图；图4为本发明的固定卡箍正视图。
16.图中：1-抽采管路；2-注浆囊袋；3-金属环；4-牵引绳；5-管路接头；6-钻孔；7-滑轮；8-固定卡箍；9-单向齿槽；10-移动卡箍；11-注浆段；12-爆破阀；13-注浆管；14-单向阀；15-返浆管。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
18.需要说明的是，为表述方便，下文中关于方向的表述与附图本身的方向一致，但并不对本发明的结构起限定作用。
19.如图1~4所示，本发明公开了一种可变径囊袋式矿用注浆封孔装置，确保抽采钻孔
封孔质量，提高单孔抽采瓦斯浓度及抽采纯量，降低单孔封孔成本，包括两个囊袋式注浆封孔器和一个爆破阀12，爆破阀12置于两个囊袋式注浆封孔器之间的注浆管13上；两个囊袋式注浆封孔器均置于抽采管路1的轴向方向；囊袋式注浆封孔器包括注浆囊袋2、固定卡箍8和移动卡箍10，注浆囊袋2采用具有径向膨胀的材料构成，可选用高弹性的高分子化合物，并具有抗阻燃、防静电性能，工作压力不小于2.0mpa，其保压时间大于等于24h；固定卡箍8位于注浆囊袋2远离钻孔6孔口一端，固定卡箍8通过螺母和螺纹杆固定于抽采管路1上，固定卡箍8包括两部分组成，一部分为卡箍片，一部分为螺纹杆，本实施例中，固定卡箍8采用高强度钢材加工，卡箍片与螺纹杆连接处圆角处理，其中卡箍片尺寸长
×
宽
×
厚为85mm
×
15mm
×
2mm，螺纹杆为半圆柱体，圆形侧设有螺纹，螺纹杆高度10mm，直径5mm，固定卡箍8各部件的尺寸可根据实际工况进行调整；移动卡箍10位于注浆囊袋2靠近钻孔孔口一端，移动卡箍10为弹性材质；固定卡箍8外壁设置滑轮7，目的是为方便孔口拉动牵引绳4时能顺利带动注浆囊袋2外端沿抽采管路1向孔底移动，图1所示实施例中在固定卡箍8两侧螺纹杆上各安装一个滑轮7，滑轮7靠孔壁侧安装螺帽，滑,7直径10mm，滑轮7靠孔底侧安装防滑挡板，防止牵引绳脱离滑道；移动卡箍10外壁设置套环3，移动卡箍10采用高分子弹性材料，牵引绳4一端置于钻孔6外部，另一端绕过滑轮7连接套环3，两个注浆囊袋2的远离孔口一端通过固定卡箍8固定，靠近孔口一端为沿抽采管路1轴向移动，实现注浆囊袋2的尺寸由轴向向径向伸缩转变，达到径向变形增大的目的。
20.牵引绳4一端连接在套环3上，牵引绳4绕过固定卡箍8上的滑轮沿抽采管路1固定于孔口手动绞盘上，注浆囊袋2两侧使用的牵引绳4长度必须一致，防止手动绞盘收缩牵引绳时两侧受力不均造成注浆囊袋2卡死、管路接头断开等事故。
21.两个注浆囊袋2之间的注浆段11设置返浆管15。
22.抽采管路1设置若干防止移动卡箍10向钻孔6的孔口移动的单向齿槽9，固定卡箍8和移动卡箍10位于若干单向齿槽9两端，单向齿槽9的齿槽高度为5~10mm，齿槽间距为30~60mm，单向齿槽9的数量不少于3个，在图1所示实施例中，每个注浆囊袋2的对应位置设置单向齿槽9数量为5个，单向齿槽9与抽采管路1的轴向夹角为30
°
，在实际使用时，施工人员可根据实际需求，调整单向齿槽9的数量、间距和齿槽高度。
23.注浆管13一端穿过靠近钻孔6孔口的注浆囊袋2置于远离钻孔6孔口的注浆囊袋2内，另一端连接注浆泵；注浆管13设置单向阀14，单向阀14位于靠近钻孔6孔口的注浆囊袋2处。在注浆囊袋压力满足条件后，单向阀14打开，向注浆段11注浆；当注浆段11浆液注满后，单向阀14能够防止浆液由注浆管流出。
24.本发明还公开了一种可变径囊袋式矿用注浆封孔方法，基于上述可变径囊袋式矿用注浆封孔装置，通过拉动牵引绳4调整移动卡箍10在抽采管路1上的轴向位置，单向齿槽9防止移动卡箍10反向移动，注浆后注浆囊袋径向膨胀，实现注浆囊袋封堵钻孔注浆段的两段，具体包括以下步骤：步骤1. 将两个注浆囊袋2安装于抽采管路1上，并分别固定两个固定卡箍8，牵引绳4绕过滑轮7连接移动卡箍10。
25.步骤2. 拉动一根牵引绳4，在牵引绳4作用下，移动卡箍10发生弹性形变，移动卡箍10沿单向齿槽9向钻孔6内移动，继续拉动牵引绳4直至注浆囊袋2与钻孔6的孔壁充分接触或牵引绳4无法拉动，将牵引绳4固定于孔口的金属网或锚杆上。
26.步骤3. 重复步骤2的操作，拉动另一根牵引绳4，并固定牵引绳4。
27.步骤4. 注浆管13连接注浆泵出浆管，开启注浆泵注浆，注浆包括以下步骤：步骤4.1 两个注浆囊袋2同时开始注浆，根据注浆泵出浆口压力表判断注浆压力，当注满浆液且注浆压力大于1.0mpa时，爆破阀12打开，开始向注浆段11注浆；当向注浆囊袋2及钻孔6内注浆时，由于注浆囊袋2径向充分膨胀，从而保证注浆囊袋能有效封堵注浆段11两端，确保注浆段11带压注浆时能进入钻孔周边裂隙，当钻孔发生塌孔后，有效防止注浆囊袋不能与钻孔煤壁充分接触，注浆段11浆液绕过注浆囊袋2进入抽采管路1内，造成抽采钻孔失效或抽采效果差的问题出现。
28.步骤4.2 注浆泵出浆管处的压力表显示注浆压力，注浆段11充满浆液且压力维持在1.0-1.2mpa，直至返浆管15流出浆液；步骤5. 将返浆管15、注浆管13扎紧，并固定于巷帮，注浆结束。
29.本发明通过改变囊袋式注浆封孔器结构，使注浆囊袋能发生轴向移动，从而改变注浆囊袋轴向、径向尺寸，满足不同孔径的封孔需求；当向注浆囊袋及钻孔内注浆时，由于注浆囊袋能径向充分膨胀，从而保证注浆囊袋能有效封堵钻孔注浆段两端，确保注浆段带压注浆时能进入钻孔周边裂隙，防止当钻孔塌孔后，注浆囊袋不能与钻孔煤壁充分接触，注浆段浆液绕过注浆囊袋进入抽采管路内，造成抽采钻孔失效或抽采效果差。
30.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。