一种吸水膨胀封孔器及封孔方法技术

本发明专利技术公开了一种吸水膨胀封孔器及封孔方法，封孔器包括内封孔器、外封孔器、材料袋、连通管以及注水管路，所述内封孔器、外封孔器均为横截面为环形的圆柱体，并依次套嵌在连通管上，注水管路的末端插入内封孔器，注水管路的另一端穿过外封孔器并与外部注水管路相连，内封孔器和外封孔器内部的注水管路上均开设有向内封孔器和外封孔器注水的开口；材料袋安装在内封孔器与外封孔器之间的注水管路上；内封孔器和外封孔器采用吸水膨胀材料制作而成；材料袋内部装有吸水膨胀材料。本发明专利技术不再需要水泥封孔，而是直接用本吸水膨胀封孔器和水来实现封孔，封孔效率和效果都大幅提高，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种吸水膨胀封孔器及封孔方法
本专利技术涉及一种适用于煤层瓦斯抽采钻孔的封孔方法，具体涉及一种吸水膨胀封孔器及封孔方法，属于井下瓦斯防治

技术介绍
随着煤矿开采深度的增加，煤层瓦斯压力不断增大，瓦斯喷出、煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等事故时有发生。现有技术中针对瓦斯灾害防治问题主要采用瓦斯抽采、煤层注水、煤层水力压裂等技术。煤层抽采瓦斯可以有效降低开采过程中的瓦斯涌出量、防治瓦斯超限和积聚，预防瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故，还可变害为宝，作为煤炭伴生资源加以开发利用；煤层注水则是通过向煤层高压注水来增加煤层的透气性，降低瓦斯压力，减小瓦斯压力梯度，改变煤体的力学性质，应力分布均匀化，使其不容易发生突出，同时又能起到防尘的作用。不管是瓦斯抽采还是煤层注水、煤层水力压裂，钻孔的有效封孔都是实现上述技术的重要基础，现有瓦斯抽采钻孔主要采用两堵一注的形式封孔，这种封孔方法需要向钻孔内注入水泥或类似的封孔材料完成封孔，因此需人工向井下运送水泥材料进行封孔，工人劳动强度大；且水泥材料凝固之后，由于巷道围岩等仍然在变形，因此还会产生新的裂隙，导致钻孔漏气，降低瓦斯抽采效果。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的各种不足，本专利技术提供一种吸水膨胀封孔器及封孔方法，封孔效果好，且可以根据需要向钻孔内反复注水，减少封孔作业流程，提高作业效率。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种吸水膨胀封孔器，包括内封孔器、外封孔器、材料袋以及注水管路，所述内封孔器、外封孔器均为横截面为环形的圆柱体，注水管路的末端插入内封孔器，注水管路的另一端穿过外封孔器并与外部注水管路相连，内封孔器和外封孔器内部的注水管路上均开设有向内封孔器和外封孔器注水的开口；材料袋安装在内封孔器与外封孔器之间的注水管路上；内封孔器和外封孔器采用吸水膨胀材料制作而成；材料袋内部装有吸水膨胀材料。进一步的，所述注水管路为一条，且材料袋内的管路上安装有爆破阀。进一步的，所述注水管路为两条，注水管路一的末端连接内封孔器，注水管路二的末端连接材料袋，注水管路一的另一端和注水管路二的另一端均穿过外封孔器并与外部注水管路相连，且内封孔器和外封孔器内部的注水管路一上均开设有向内封孔器和外封孔器注水的开口。所述内封孔器和外封孔器采用的吸水膨胀材料均为吸水膨胀橡胶；材料袋内部的吸水膨胀材料为颗粒状吸水膨胀橡胶或者吸水膨胀树脂或者二者的混合物。进一步的，进入外封孔器前的注水管路上安装有压力表和阀门。进一步的，进入外封孔器前的注水管路一上安装有阀门；进入外封孔器前的注水管路二上安装有压力表和阀门。进一步的，内封孔器内注水管路的开口处均设有单向阀一；外封孔器内注水管路的开口处均设有单向阀二。高吸水膨胀树脂是一种新型功能高分子材料，具有亲水基团、能大量吸收水分而溶胀又能保持住水分不外流的合成树脂，如淀粉接枝丙烯酸盐类、接枝丙烯酰胺、高取代度交联羧甲基纤维素、交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺、交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物等，一般可以吸收相当于树脂体积100倍以上的水分，最高的吸水率可达1000倍以上，因此能起到很好的保水作用，避免水量迅速渗入钻孔周围裂隙，且膨胀树脂能够在钻孔内产生较大的挤压力，遇水后不会收缩变形，始终保持孔内具有一定的封孔压力；且本封孔器通过在注水管路中设置的材料袋从而使内外封孔器吸水膨胀封孔后再向内外封孔器之间的管段注水，从而保证孔内始终保持一定压力，密封效果好；通过管路还可以反复向钻孔内注水密封钻孔，进一步封堵巷道围岩变形而产生的新裂隙，强化了封孔效果。一种吸水膨胀封孔器的封孔方法，包括以下步骤：第一步，将连通管依次穿过内封孔器和外封孔器，并将里封孔器和外封孔器固定在连通管上；第二步，将内封孔器、外封孔器、材料袋和管路随连通管一起送入钻孔；第三步，通过注水管路向内封孔器和外封孔器内注水，内封孔器和外封孔器内的吸水膨胀材料吸水后膨胀，膨胀后的封孔器向内挤压连通管、向外挤压钻孔壁；第四步，内封孔器和外封孔器内注满后，开始向材料袋内注水，材料袋破裂后，继续向内封孔器和外封孔器中间的钻孔内注水，直至注满；第五步，关闭阀门，停止注水，可以通过压力表观测钻孔内水压变化，当钻孔内水压降低可以继续向钻孔内注水补充。第六步，通过连通管，按照常规方法可以抽采钻孔内瓦斯、或者向钻孔内注水、压裂。进一步的，第四步中，当注水管路为一条管路时，内封孔器和外封孔器内注满后，继续注水爆破阀破裂后开始向材料袋内注水，材料袋破裂后，继续向里封孔器和外封孔器中间的钻孔内注水，直至注满。进一步的，第四步中，当注水管路为两条管路时，通过注水管路一向内封孔器和外封孔器内注水，通过注水管路二向材料袋内注水，材料袋破裂后，继续向里封孔器和外封孔器中间的钻孔内注水，直至注满。为了减小封孔器的体积，在使用前需要排出封孔器内的空气。同一个钻孔内多个封孔器使用时，各个封孔器之间串联。与传统封孔方法相比，本专利技术通过在连通管上设置装入吸水膨胀材料的内、外封孔器使封孔器吸水膨胀后可以对钻孔内产生较大的挤压力，密封效果好；本专利技术还能通过管路反复向钻孔内注水密封钻孔，可以进一步封堵巷道围岩变形而产生的新裂隙，强化了封孔效果。本封孔装备和方法操作工序简单，劳动强度低，封孔效果好，具有广阔的市场前景。附图说明图1为本专利技术实施例一封孔器结构示意图；图2为本专利技术实施例一封孔器入钻孔的示意图；图3为本专利技术实施例一钻孔内注水后封孔器膨胀封孔示意图；图4为本专利技术实施例一钻孔内封孔最终状态示意图；图5为本专利技术实施例二封孔器结构示意图；图6为本专利技术实施例二封孔器入钻孔的示意图；图7为本专利技术实施例二钻孔内注水后封孔器膨胀封孔示意图；图8为本专利技术实施例二钻孔内封孔最终状态示意图；图中：1、内封孔器，2、外封孔器，3、材料袋，4、爆破阀，5、注水管路，6、阀门，7、压力表，8、连通管，9、钻孔，10、单向阀一，11、单向阀二，12、注水管路二；13、注水管路一。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做详细的阐述。实施例一如图1至4所示，一种吸水膨胀封孔器，包括内封孔器1、外封孔器2、材料袋3、连通管8以及注水管路5，所述内封孔器1、外封孔器2均为横截面为环形的圆柱体，并依次套嵌在连通管8上，注水管路5的末端插入内封孔器1，注水管路的另一端穿过外封孔器2并与外部注水管路相连，内封孔器1和外封孔器2内部的注水管路5上均开设有向内封孔器1和外封孔器2注水的开口；材料袋3安装在内封孔器1与外封孔器2之间的注水管路上；内封孔器1和外封孔器2采用吸水膨胀材料制作而成；材料袋3内部装有吸水膨胀材料。进一步的，所述注水管路5为一条，且材料袋3内的管路上安装有爆破阀4。所述内封孔器1和外封孔器2采用的吸水膨胀材料均为吸水膨胀橡胶；材料袋3内部的吸水膨胀材料为颗粒状吸水膨胀橡胶或者吸水膨胀树脂或者二者的混合物。进一步的，进入外封孔器2前的注水管路5上安装有压力表7和阀门6。进一步的，内封孔器1内注水管路的开口处均设有单向阀一10；外封孔器2内注水管路的开口处均设有单向阀二11。一种吸水膨胀封孔器的封孔方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，将连通管8依次穿过内封孔器1和外封孔器2，并将里封孔器1和外封孔器2固定在连通管8上；第二步，将内封孔器1、外封孔器2、材料袋3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸水膨胀封孔器，其特征在于，包括内封孔器(1)、外封孔器(2)、材料袋(3)、以及注水管路(5)，所述内封孔器(1)、外封孔器(2)均为横截面为环形的圆柱体，注水管路(5)的末端插入内封孔器(1)，注水管路(5)的另一端穿过外封孔器(2)并与外部注水管路相连，内封孔器(1)和外封孔器(2)内部的注水管路(5)上均开设有向内封孔器(1)和外封孔器(2)注水的开口；材料袋(3)安装在内封孔器(1)与外封孔器(2)之间的注水管路上；内封孔器(1)和外封孔器(2)采用吸水膨胀材料制作而成；材料袋(3)内部装有吸水膨胀材料。

【技术特征摘要】
1.一种吸水膨胀封孔器，其特征在于，包括内封孔器(1)、外封孔器(2)、材料袋(3)、以及注水管路(5)，所述内封孔器(1)、外封孔器(2)均为横截面为环形的圆柱体，注水管路(5)的末端插入内封孔器(1)，注水管路(5)的另一端穿过外封孔器(2)并与外部注水管路相连，内封孔器(1)和外封孔器(2)内部的注水管路(5)上均开设有向内封孔器(1)和外封孔器(2)注水的开口；材料袋(3)安装在内封孔器(1)与外封孔器(2)之间的注水管路上；内封孔器(1)和外封孔器(2)采用吸水膨胀材料制作而成；材料袋(3)内部装有吸水膨胀材料。2.根据权利要求1所述的吸水膨胀封孔器，其特征在于，所述内封孔器(1)和外封孔器(2)采用的吸水膨胀材料均为吸水膨胀橡胶；材料袋(3)内部的吸水膨胀材料为颗粒状吸水膨胀橡胶或者吸水膨胀树脂或者二者的混合物。3.根据权利要求2所述的吸水膨胀封孔器，其特征在于，所述注水管路(5)为一条，且材料袋(3)内的管路上安装有爆破阀(4)。4.根据权利要求2所述的吸水膨胀封孔器，其特征在于，所述注水管路为两条，注水管路一(13)的末端连接内封孔器(1)，注水管路二(12)的末端连接材料袋(3)，注水管路一(13)的另一端和注水管路二(12)的另一端均穿过外封孔器(2)并与外部注水管路相连，且内封孔器(1)和外封孔器(2)内部的注水管路一(13)上均开设有向内封孔器(1)和外封孔器(2)注水的开口。5.根据权利要求3所述的吸水膨胀封孔器，其特征在于，进入外封孔器(2)前的注水管路(5)上安装有压力表(7)和阀门(6)。6.根据权利要求4所述的吸水膨胀封孔器，其特征在于，进入外封孔器(2)前的注水管路一(13)上安装有阀门(6)；进入外封孔器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨威，林柏泉，贾茹，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32