一种预注胶体密封松软煤层抽采钻孔的工艺与装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种预注胶体密封松软煤层抽采钻孔的工艺与装置，装置包括顺序连接的前段胶囊、中段胶囊和后段胶囊，前段胶囊和后段胶囊之间由注液胶管连通，且后段胶囊由注液胶管连接至注液泵；中段胶囊设有一注液胶管，且该注液胶管轴向穿过后段胶囊与注液泵连接；后段胶囊上还轴向穿过一注浆胶管，其进液端连接注浆泵；该装置还设有一抽采管，抽采管依次轴向穿过前段胶囊、中段胶囊和后段胶囊，其外端连接抽采管道；抽采管由滑动密封连接器分别各胶囊密封连接，本发明专利技术使整个抽采过程中被严密充实，不产生漏气现象，有效提高了抽采钻孔的密封效果，不仅适用于岩层钻孔和硬煤层钻孔的密封，尤其适用于松软煤层抽采钻孔密封，具有适用范围广的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种预注胶体密封松软煤层抽采钻孔的工艺与装置
本专利技术涉及一种煤层抽采钻孔密封工艺与装置，特别是一种预注胶体密封松软煤层抽采钻孔的工艺与装置。
技术介绍
目前，常用的瓦斯防治措施主要有通风和抽采两种方法，其中，抽采是防治瓦斯灾害的一项根本性措施。《煤矿安全规程》（2011年修订版）、《防治煤与瓦斯突出规定》、《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》及《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》等都对煤矿瓦斯抽采工作提出了明确规定。与岩层和硬煤相比，钻孔密封不严导致瓦斯抽采浓度过低异常突出。以郑州矿区为例，该矿区二1煤层现行开采区域正是这种典型的高地应力、高瓦斯压力、松软低透气性突出煤层；顺层钻孔瓦斯抽采浓度只有10%左右。在抽采负压条件下，井巷空气能够进入瓦斯抽采室的原因主要包括封孔材料自身有裂纹、封孔材料与钻孔孔壁之间存在间隙或者未能紧贴在一起及封孔材料周围煤体存在裂隙。对于胶囊、聚氨酯和膨胀水泥等封孔材料来说，在带压封孔条件下，前两种空气泄漏通道基本可以消除，封孔材料周围煤体的原生裂隙也基本趋于闭合状态；而且，瓦斯抽采的负压一般在13KPa左右，比较低；从理论上讲，应该不会存在大规模的空气泄漏。这说明瓦斯抽采过程中还存在着其它的气体泄漏途径，该途径即为封孔材料周围煤体的次生裂隙。高水材料虽然可注入钻孔周围煤体裂隙，但是，容易干裂；二次封孔法中的固相颗粒大小又难以与该裂隙的尺寸完全匹配。因此，为了提高松软煤层抽采钻孔的密封性与瓦斯抽采效率，为该类煤层的瓦斯灾害防治工作提供技术保障；探索出一种适合松软煤层钻孔特性的新型封孔方式就显得尤为迫切。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种预注胶体密封松软煤层抽采钻孔的工艺与装置，能够对松软煤层抽采钻孔实现有效密封。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种预注胶体密封松软煤层抽采钻孔装置，包括顺序连接的前段胶囊、中段胶囊和后段胶囊，所述前段胶囊和后段胶囊之间由注液胶管连通，且后段胶囊由注液胶管连接至注液泵；所述中段胶囊设有一注液胶管，且该注液胶管轴向穿过后段胶囊与注液泵连接；所述后段胶囊上还轴向穿过一注浆胶管，注浆胶管进液端连接注浆泵；该装置还设有一抽采管，所述抽采管依次轴向穿过前段胶囊、中段胶囊和后段胶囊，其外端连接抽采管道；所述抽采管由滑动密封连接器分别与前段胶囊、中段胶囊和后段胶囊密封连接。所述滑动密封连接器包括两个开口相对的凹字形普通密封圈和嵌装于普通密封圈内的滑动密封圈，所述普通密封圈分别与胶囊密封固定，滑动密封圈能够沿抽采管滑动。所述注浆胶管和注液胶管均由螺纹接头与胶囊连接。所述抽采管的前端设有抽采孔洞，可以避免管路被煤渣堵塞。所述连接于前段胶囊和后段胶囊之间的注液胶管的长度略大于中段胶囊的长度。一种预注胶体密封松软煤层抽采钻孔的工艺，包括以下步骤：（1）在工人向煤层打钻的过程中，连接好抽采钻孔装置，并准备好高分子材料、固化剂、水及乳化液；施工结束后，向钻孔内送入该装置；（2）启动注液泵，通过注液胶管向后段胶囊注入膨胀液，并且，膨胀液通过注液胶管注入前段胶囊，迫使后段胶囊和前段胶囊膨胀起来，关闭注液泵；（3）启动注浆泵，通过注浆胶管向后段胶囊与前段胶囊之间注入高分子材料与固化剂混合物，该混合物在一定压力下向钻孔周围煤体的裂隙渗透，关闭注浆泵；（4）待高分子材料与固化剂的混合物转变为胶体后，启动注液泵，通过注液胶管和向中段胶囊注入膨胀液，使中段胶囊膨胀挤压周围的煤壁与胶体，关闭注液泵；（5）连接抽采管和抽采管道，钻孔内的瓦斯沿抽采管和抽采管道向外流动，实现瓦斯的有效抽采。本专利技术的有益效果是：一种预注胶体密封松软煤层抽采钻孔的工艺与装置，在抽采钻孔密封之前，采用高分子材料与固化剂的混合物密封抽采钻孔，使得钻孔周围煤体裂隙在整个抽采过程中被严密充实，不产生漏气现象；采用前段胶囊和后段胶囊对抽采钻孔进行初步密封，可防止液态高分子材料与固化剂的混合物沿钻孔或钻孔周围煤体裂隙随意流动，确保运移方向的定向性；采用中段胶囊通过膨胀压迫钻孔孔壁，将压力持续稳定的传递给钻孔周围煤体，迫使封孔胶囊与钻孔孔壁压迫孔壁表面的胶体，钻孔周围煤体压迫其裂隙内部的胶体，有效提高了抽采钻孔的密封效果；由于采用胶体密封抽采钻孔周围煤体裂隙，既可充分充填钻孔周围煤体裂隙，又可根据裂隙的空间几何结构变化而自动变形；不仅适用于岩层钻孔和硬煤层钻孔的密封，尤其适用于松软煤层抽采钻孔密封，因此，具有适用范围广的优点。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。图1是一种预注胶体密封松软煤层抽采钻孔的工艺与装置的实施结构示意图。图2是一种预注胶体密封松软煤层抽采钻孔装置的结构示意图。图中，1.前段胶囊，2.中段胶囊，3.后段胶囊，4.抽采管，5.注液胶管，6.注浆胶管，7.抽采管道，8.注液泵，9.注浆泵，10.滑动密封连接器，11.钻孔，12.煤层，13.裂隙，14.液态高分子材料与固化剂混合物。具体实施方式在附图中，一种预注胶体密封松软煤层抽采钻孔装置，包括顺序连接的前段胶囊1、中段胶囊2和后段胶囊3，所述前段胶囊1和后段胶囊3之间由注液胶管5连通，且后段胶囊3由注液胶管5连接至注液泵8；所述中段胶囊2设有一注液胶管5，且该注液胶管5轴向穿过后段胶囊3与注液泵8连接；所述后段胶囊3上还轴向穿过一注浆胶管6，注浆胶管6进液端连接注浆泵9；该装置还设有一抽采管4，所述抽采管4依次轴向穿过前段胶囊1、中段胶囊2和后段胶囊3，其外端连接抽采管道7；所述抽采管4由滑动密封连接器10分别与前段胶囊1、中段胶囊2和后段胶囊3密封连接。所述滑动密封连接器10包括两个开口相对的凹字形普通密封圈10-1和嵌装于普通密封圈10-1内的滑动密封圈10-2，所述普通密封圈10-1分别与胶囊密封固定，滑动密封圈10-2能够沿抽采管4滑动。所述注浆胶管6和注液胶管5均由螺纹接头与胶囊连接。所述抽采管4的前端设有抽采孔洞，可以避免管路被煤渣堵塞。所述连接于前段胶囊1和后段胶囊3之间的注液胶管5的长度略大于中段胶囊2的长度。密封抽采钻孔时，打开注液泵8，让前段胶囊1和后段胶囊3先膨胀，前段胶囊1和后段胶囊3以及钻孔11之间形成密封区域，再打开注浆泵9向密封区域内注浆，可防止液态高分子材料与固化剂混合物14沿钻孔11或钻孔11周围煤体裂隙13随意流动；高分子材料与固化剂混合物14初始为液态，在一定压力下，可充分渗透入钻孔11周围煤体裂隙13，固化反应后形成胶体，再打开注液泵8使中段胶囊2膨胀，在中段胶囊2的挤压下，可实现对抽采钻孔11的有效密封；抽采管4从前段胶囊1、中段胶囊2和后段胶囊3的内部穿过，连接方式为滑动密封，能够很好的适应胶囊的膨胀与收缩，胶囊伸缩时能够沿抽采管4滑行，而胶囊内的膨胀液不会泄漏；连接于前段胶囊1和后段胶囊3之间的注液胶管的长度略大于中段胶囊2，既可以防止因它与中段胶囊2的轴线不平行而导致胶管连接不上，又可避免出现封孔装置内部管线零乱的现象。一种预注胶体密封松软煤层抽采钻孔的工艺，包括以下步骤：（1）在工人向煤层打钻的过程中，连接好抽采钻孔装置，并准备好高分子材料、固化剂、水及乳化液；施工结束后，向钻孔11内送入该装置；（2）启动注液泵8，通过注液胶管5向后段胶囊3注入膨胀液，并且，膨胀液通过注液胶管5注入前段胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预注胶体密封松软煤层抽采钻孔装置，其特征是，包括顺序连接的前段胶囊、中段胶囊和后段胶囊，所述前段胶囊和后段胶囊之间由注液胶管连通，且后段胶囊由注液胶管连接至注液泵；所述中段胶囊设有一注液胶管，且该注液胶管轴向穿过后段胶囊与注液泵连接；所述后段胶囊上还轴向穿过一注浆胶管，注浆胶管进液端连接注浆泵；该装置还设有一抽采管，所述抽采管依次轴向穿过前段胶囊、中段胶囊和后段胶囊，其外端连接抽采管道；所述抽采管由滑动密封连接器分别与前段胶囊、中段胶囊和后段胶囊密封连接。

【技术特征摘要】
1.一种预注胶体密封松软煤层抽采钻孔装置，其特征是，包括顺序连接的前段胶囊、中段胶囊和后段胶囊，所述前段胶囊和后段胶囊之间由注液胶管连通，且后段胶囊由注液胶管连接至注液泵；所述中段胶囊设有一注液胶管，且该注液胶管轴向穿过后段胶囊与注液泵连接；所述后段胶囊上还轴向穿过一注浆胶管，注浆胶管进液端连接注浆泵；该装置还设有一抽采管，所述抽采管依次轴向穿过前段胶囊、中段胶囊和后段胶囊，其外端连接抽采管道；所述抽采管由滑动密封连接器分别与前段胶囊、中段胶囊和后段胶囊密封连接；所述滑动密封连接器包括两个开口相对的凹字形普通密封圈和嵌装于普通密封圈内的滑动密封圈，所述普通密封圈分别与胶囊密封固定，滑动密封圈能够沿抽采管滑动。2.根据权利要求1所述的一种预注胶体密封松软煤层抽采钻孔装置，其特征是，所述注浆胶管和注液胶管均由螺纹接头与胶囊连接。3.根据权利要求1所述的一种预注胶体密封松软煤层抽采钻孔装置，其特征是，所述抽采管的前端设有抽采孔洞，可以避免管...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐黎明，葛须宾，
申请(专利权)人：华北科技学院，
类型：发明
国别省市：河北;13