用于石门揭煤的冻融循环增透促抽专用封孔器制造技术

用于石门揭煤的冻融循环增透促抽专用封孔器，包括中心管、注浆泵和注氮泵，中心管的外圆周同轴向固定设置有圆筒状的保温材料层，保温材料层外圆周同轴向固定设置有封孔胶囊，中心管的外端固定设有堵板，堵板与注氮泵的出口之间通过注氮管连接，注氮管的出口伸入到中心管内，注浆泵的出口与封孔胶囊的外端部通过注浆管连接，注浆管上设置有注浆阀，注氮管上设置有注氮阀。本实用新型专利技术用于石门揭煤，操作本实用新型专利技术进行煤体冻结‑注热工艺（即冻融循环增透促抽工艺），有效增加煤层透气性，可大大提高煤层瓦斯抽采效果，降低煤层瓦斯压力，消除煤层突出危险性。

【技术实现步骤摘要】
用于石门揭煤的冻融循环增透促抽专用封孔器
本技术属于煤矿安全生产
，具体涉及一种用于石门揭煤的冻融循环增透促抽专用封孔器。
技术介绍
煤与瓦斯突出是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一，尤其是石门揭穿煤层时突出强度最大、最危险。石门揭煤工作面前方煤岩应力状态易发生突然变化，岩石、煤层的弹性潜能以及瓦斯能量大量释放而发生高强度突出。80%以上的特大型突出都发生在石门揭煤过程中，其突出的平均强度为其他各类巷道突出强度的6倍以上。由于石门揭煤施工工艺的特殊性，揭穿突出煤层全过程比较危险，并可能发生连续突出、延期突出和自行揭开突出，比一般类型突出防治难度更大。目前，高瓦斯突出煤层石门揭煤方法主要从煤层卸压增透和煤体加固两个方面实施。在煤层卸压增透方面主要实施水力冲孔、松动爆破和水力割缝等措施，达到煤层充分卸压、减小地应力和瓦斯压力的作用；但与此同时，破坏了煤层完整性，降低了突出的阻力，对防突工作也有不利的一面。在煤体加固方面主要采取金属骨架、煤体注浆加固等措施，实现增加煤体强度、增大突出阻力的目的，从而减小瓦斯突出的危险性和突出强度；但煤体加固过程中，水泥砂浆只能在裂隙中渗透扩散，由于煤层裂隙尺度非常小，水泥浆扩散范围有限，只能小范围的提高揭煤区域煤层强度，无法实现区域性加固，也无法有效降低瓦斯压力，石门揭煤区域煤层仍存在较高的地应力和瓦斯压力，其煤体突出危险性仍较高。因此，迫切需要提供一种安全高效石门揭煤方法，既能满足卸压增透、高效抽采煤层瓦斯、有效降低瓦斯压力，又能强化加固揭煤区煤体强度，实现石门揭煤工作面安全快速揭煤。
技术实现思路
本技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种用于石门揭煤的冻融循环增透促抽专用封孔器，其具有原理科学、施工便捷、有效提高煤层瓦斯抽采效果、提高揭煤区域煤体强度，提高揭煤效率和安全性。为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：用于石门揭煤的冻融循环增透促抽专用封孔器，用于石门揭煤的冻融循环增透促抽专用封孔器，包括中心管、注浆泵和注氮泵，中心管的外圆周同轴向固定设置有圆筒状的保温材料层，保温材料层外圆周同轴向固定设置有封孔胶囊，中心管的外端固定设有堵板，堵板与注氮泵的出口之间通过注氮管连接，注氮管的出口伸入到中心管内，注浆泵的出口与封孔胶囊的外端部通过注浆管连接，注浆管上设置有注浆阀，注氮管上设置有注氮阀。封孔胶囊为圆筒形结构，封孔胶囊的外圆周表面沿中心管的轴向方向设置有螺旋密封条。中心管内外两端的外圆同轴向固定设置有内限位盘和外限位盘，保温材料层的内外两端分别与内限位盘和外限位盘接触，内限位盘和外限位盘的直径大于保温材料层的直径且小于封孔胶囊膨胀后的直径。内限位盘外圆周内侧与中心管的内端头外圆之间设置有内细外粗呈圆锥形的导向筒。采用上述技术方案，采用本技术进行石门揭煤方法，包括以下步骤：（1）在巷道石门揭煤地点附近，测定煤层高压注水影响半径φ；（2）在石门揭煤工作面距煤层最小法向距离5~7m处设置钻场，在钻场内施工钻孔至煤层顶板或底板；（3）钻孔施工过程中，首先施工注水孔，然后在注水孔的两侧小于φ的范围内施工冻结孔，使注水孔和冻结孔交替布置，所施工的注水孔和冻结孔完全覆盖石门揭煤工作面区域，且注水孔和冻结孔的布置参数符合相关设计要求；（4）使用常规封孔器对所有的注水孔进行封孔，使用专用封孔器对所有的冻结孔进行封孔；（5）通过常规封孔器对注水孔进行注水，常规封孔器的内端部设置有温度传感器，通过专用封孔器对冻结孔注入液氮使注水孔周围的煤体冻结，过一段时间后，再通过专用封孔器对冻结孔注入热氮气使注水孔周围冻结的煤体解冻融化，液氮气化；（6）将常规封孔器连接瓦斯抽采系统，对注水孔内排出的瓦斯进行抽采，进一步降低煤层瓦斯压力；（7）瓦斯抽采48小时后，重复步骤（5），直至石门揭煤工作面区域煤体消除突出危险性；（8）拆卸抽采系统，通过常规封孔器向注水孔内注水，然后通过冻结孔向煤层中注入液氮，当石门揭煤工作面周围煤体完全冻结后，采取远距离放炮等方法，进行石门揭煤工作，安全揭开石门。步骤（5）的具体工作步骤为：A、利用高压泵通过常规封孔器向注水孔中注入高压水，注水过程中采用脉动方式注水，脉动方式注水为低压→高压→低压→高压循环模式的脉动方式，促使煤体生产裂隙，增加煤层透气性；待注水孔周围煤壁出现渗水现象、或邻近钻孔出水、或注水压力突然降低、或持续注水压力无明显变化时停止注水；停止注水半小时后，通过伸入到注水孔内的温度传感器测定注水孔内温度；B、利用专用封孔器对冻结孔进行封孔，采用高压压注的方式，通过专用封孔器向冻结孔中注入液氮，对冻结孔周围煤体进行冷冻致裂，使冻结孔周围煤体变的疏松、透气，增加煤体透气性，利于后期瓦斯抽采工作；C、通过温度传感器实时监测注水孔内的温度，当注水孔内温度低于0℃时，确定注水孔及冻结孔周围煤体已经冻结；D、当注水孔周围煤体冻结后，停止生产并保持现状8小时以上，使冻结孔周围煤体及水体充分冻结；8小时后通过专用封孔器向冻结孔进行注热氮气，使冻结区域水体融化、液氮气化；气化的氮气及高温产生的水蒸汽驱使煤层瓦斯从注水孔及冻结孔周围的裂隙排出，降低煤层瓦斯压力，降低突出危险性。本技术的封孔过程为，将中心管、保温材料层和封孔胶囊一体插入到冻结孔内，将注浆管连接封孔胶囊，启动注浆泵，注浆泵将浆液注入到封孔胶囊内部，封孔胶囊膨胀，封孔胶囊外壁及螺旋密封条顶压于冻结孔壁，关闭注浆阀，从而将冻结孔封堵。本技术的注氮过程为，将注氮管连接堵板，将注氮泵的进口连接液氮源或热氮气源，启动注氮泵，液氮或热氮气通过注氮管进入到中心管，沿中心管的轴向方向向内进入到冻结孔内，在注入液氮源或热氮气源的过程中，保温材料层起到减少热传导的作用，提高热交换效率。本技术用于石门揭煤，具有以下技术效果：（1）通过操作本技术进行煤体冻结-注热工艺（即冻融循环增透促抽工艺），有效增加煤层透气性，可大大提高煤层瓦斯抽采效果，降低煤层瓦斯压力，消除煤层突出危险性。（2）通过对煤层内部高压注水，增加石门揭煤工作面区域煤体水分，提升煤体冻融循环增透促抽效果，有效增加煤体透气性，提高瓦斯抽采效果。（3）石门揭煤工作面区域煤体消除突出危险性后，再进行煤体注水、冻结，使煤体由酥松的松散体变成了坚硬的煤-冰块体，大大提高了煤体强度，增加了瓦斯突出的阻力，确保安全揭煤。（4）采用本技术可有效减少钻孔工程量，加速石门揭煤工作面揭煤进程，实现高效揭煤。（5）内限位盘和外限位盘起到限定保温材料层、封孔胶囊轴向位置的作用，使中心管、限定保温材料层和封孔胶囊轴在封孔时保持轴向稳定性。（6）内限位盘还为导向筒的外端部提供定位支撑作用；专用封孔器向钻孔内伸入时，导向筒起到导向的作用，避免局部塌孔阻挡专用封孔器的插入。附图说明图1是本技术在施工作业时钻孔布置平面图；图2是本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于石门揭煤的冻融循环增透促抽专用封孔器，其特征在于：包括中心管、注浆泵和注氮泵，中心管的外圆周同轴向固定设置有圆筒状的保温材料层，保温材料层外圆周同轴向固定设置有封孔胶囊，中心管的外端固定设有堵板，堵板与注氮泵的出口之间通过注氮管连接，注氮管的出口伸入到中心管内，注浆泵的出口与封孔胶囊的外端部通过注浆管连接，注浆管上设置有注浆阀，注氮管上设置有注氮阀。/n

【技术特征摘要】
1.用于石门揭煤的冻融循环增透促抽专用封孔器，其特征在于：包括中心管、注浆泵和注氮泵，中心管的外圆周同轴向固定设置有圆筒状的保温材料层，保温材料层外圆周同轴向固定设置有封孔胶囊，中心管的外端固定设有堵板，堵板与注氮泵的出口之间通过注氮管连接，注氮管的出口伸入到中心管内，注浆泵的出口与封孔胶囊的外端部通过注浆管连接，注浆管上设置有注浆阀，注氮管上设置有注氮阀。


2.根据权利要求1所述的用于石门揭煤的冻融循环增透促抽专用封孔器，其特征在于：封孔胶囊为圆筒形结构，封孔胶囊的外圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：常铎，杨颂歌，朱香港，吴明求，秦孟晴，董梦磊，张力元，牛航宇，袁军伟，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：新型
国别省市：河南;41