【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿开采突出防治，尤其涉及一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔装置及方法。
技术介绍
1、目前，水力化增透技术已成为我国突出煤层常用的增透强化抽采技术，如水力压裂、水力割缝和水力冲孔等。然而，低透煤层强化增透后，煤层瓦斯高效抽采的关键在于瓦斯抽采钻孔是否能够保持稳定通畅及高效密封。
2、引发瓦斯抽采钻孔不通畅的问题，常见的有钻孔排渣堵塞、钻孔坍塌变形、钻孔扭曲收缩等。瓦斯抽采钻孔不通畅不利于瓦斯的抽采运移，甚至会引发抽采管道损坏。瓦斯抽采钻孔的密封质量则直接关系瓦斯抽采浓度及有效抽采时间，受煤岩体含水层及钻孔周围裂隙带的影响，若瓦斯抽采钻孔的密封质量普遍存在不达标的情况，使得瓦斯抽采的效果难以得到保证。尤其是对顺层钻孔进行密封时，因采掘的扰动，煤岩体更易发育裂隙，因此高质量的封孔效果尤为关键。
3、为提高瓦斯抽采钻孔的封孔质量，国内外研究人员在常用的两堵一注封孔方法基础上，研发了大量新式封孔密封材料，常用的密封材料包括聚氨酯、水泥浆、或水泥基复合材料、硅酸钠的聚合物等。研究人员的研发重点主要在于制备的材料应具备抗渗性、致密性、抗压能力、抗变形能力以及与孔壁贴合能力等性能。然而，由于材料本身的性能限制，如固化后易开裂、流动性差、不可回收、成本高、工序复杂等，使得瓦斯抽采钻孔仍难以实现经济可行、长时稳定、高浓度的抽采瓦斯。同时，瓦斯抽采钻孔的封孔模式往往属于一次成孔，且封孔位置相对固定，难以重复利用，若后期抽采钻孔周围煤体发生变形，则封孔效果大幅降低。
4、因此，为进一步提升瓦斯抽采钻孔的密封
技术实现思路
1、为解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种煤层瓦斯抽采钻孔动态封孔装置。
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔装置，包括第一膨胀单元，第二膨胀单元和密闭腔室；所述第一膨胀单元和第二膨胀单元通过连接杆固定连接，并能够沿瓦斯抽采孔同步前进或后退；所述第一膨胀单元和第二膨胀单元能够在灌注浆液后膨胀，并能够紧密贴合瓦斯抽采孔的孔壁；所述第一膨胀单元、第二膨胀单元和瓦斯抽采孔构成所述密闭腔室，所述密闭腔室用于存储浆液；所述第一膨胀单元、第二膨胀单元和密闭腔室注浆完成后，能够在瓦斯抽采孔内形成固-液-固密封封堵结构。
4、进一步的，所述第二膨胀单元设置为多个；相邻的第二膨胀单元之间通过连接杆连接，并与瓦斯抽采孔形成密闭腔室；所述第一膨胀单元、第二膨胀单元和密闭腔室注浆完成后，能够在在瓦斯抽采孔内形成多个连续的固-液-固密封封堵结构。
5、进一步的，所述第一膨胀单元包括第一膨胀囊袋和第一进浆管，所述第一进浆管一端连接注浆设备，另一端伸入至所述第一膨胀囊袋内部，用于向所述第一膨胀囊袋灌注浆液。
6、进一步的，所述第一进浆管上设置有截止阀。
7、进一步的，所述第二膨胀单元包括第二膨胀囊袋，第二进浆管和出浆管；所述第二进浆管的一端贯穿所述第一膨胀囊袋后，伸入至所述第二膨胀囊袋内部，并在所述第二膨胀囊袋内部开设有注浆口；所述第二进浆管的另一端连接注浆设备，用于向所述第二膨胀囊袋灌注浆液。
8、进一步的，所述第二进浆管上设置有截止阀和单向阀，单向阀靠近所述第二膨胀囊袋的端面设置；所述出浆管上设置有单向阀。
9、进一步的，所述第二进浆管设置为分段式螺纹连接，各段进浆管之间通过连接接头连通，并在相应的第二膨胀囊袋内设置注浆口。
10、进一步的，所述连接杆采用尼龙塑料或铝合金制作，其长度设置为1.5m-2m，其两端与第一膨胀单元和第二膨胀单元螺纹连接。
11、进一步的，所述第一膨胀囊袋和第二膨胀囊袋均采用微弹性材质制作；未注浆状态下，其长度尺寸设置为1m-1.5m，厚度设置为5mm-10mm，其外壁与瓦斯抽采孔内壁的间隙≦10mm。
12、一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔方法，包括以下步骤：
13、s1，使用钻杆将封孔装置推进至瓦斯抽采孔内的设定位置；
14、s2，打开截止阀，使用注浆设备向第一膨胀囊袋和第二膨胀囊袋注浆，从而使第一膨胀囊袋和第二膨胀囊袋膨胀并与瓦斯抽采孔孔壁紧密贴合，对煤体裂隙形成固态封堵；
15、打开第二膨胀单元的单向阀，浆液注入密闭腔室，对煤体裂隙形成液态封堵,进而在瓦斯抽采孔内形成多段固-液-固封孔结构；
16、注浆泵的注浆压力达到设定压力后，进行一段时间的稳压，然后关闭截止阀；
17、s3，手动拉伸瓦斯抽采管管线，检查所述封孔装置是否松动，无松动即完成封孔作业。
18、s4，通过瓦斯抽采设备进行瓦斯抽采作业，并基于瓦斯抽采效果，定时或适时地重复步骤s2的注浆作业，进行封孔装置内的浆液补充。
19、进一步的，在开始步骤s1之前，根据瓦斯抽采孔的深度，确定第二膨胀单元的使用数量，并利用连接接头分别将瓦斯抽采管和第二进浆管连接至所需长度。
20、12.根据权利要求10所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔方法，其特征在于，步骤s1中，设定位置为位于瓦斯抽采孔最底端的第二膨胀囊袋距离瓦斯抽采孔孔口的距离，其中，穿层钻孔≧6m，顺层钻孔≧10m。
21、进一步的，步骤s2中，注浆泵的注浆压力≧3mpa，稳压时间≧20min。
22、进一步的，注入第一膨胀囊袋和第二膨胀囊袋的浆液为具有非凝固性的材料制作。
23、本专利技术的有益效果为：
24、本专利技术记载的封孔装置，不仅能够实现不同抽采周期下多次强化封孔效果，还能够根据抽采效果的需要，即如果瓦斯抽采钻孔封孔位置出现塌孔、变形等不利于高效密封问题，适时调整封孔装置和长度，有助于解决一次封孔后随钻孔煤体变形引起的后期漏风强度增加的问题。并且，本专利技术记载的封孔装置可重复多次使用，即，如果瓦斯抽采钻孔满足了瓦斯抽采量的需要，所述的封孔装置可完整取出，为其他瓦斯抽采钻孔进行封孔。
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1.一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔装置，其特征在于，包括第一膨胀单元，第二膨胀单元和密闭腔室；
2.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔装置，其特征在于，所述第二膨胀单元设置为多个；相邻的第二膨胀单元之间通过连接杆连接，并与瓦斯抽采孔形成密闭腔室；所述第一膨胀单元、第二膨胀单元和密闭腔室注浆完成后，能够在在瓦斯抽采孔内形成多个连续的固-液-固密封封堵结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔装置，其特征在于，所述第一膨胀单元包括第一膨胀囊袋和第一进浆管，所述第一进浆管一端连接注浆设备，另一端伸入至所述第一膨胀囊袋内部，用于向所述第一膨胀囊袋灌注浆液。
4.根据权利要求3所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔装置，其特征在于，所述第一进浆管上设置有截止阀。
5.根据权利要求1或2所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔装置，其特征在于，所述第二膨胀单元包括第二膨胀囊袋，第二进浆管和出浆管；所述第二进浆管的一端贯穿所述第一膨胀囊袋后，伸入至所述第二膨胀囊袋内部，并在所述第二膨胀囊袋内部开设有注浆口；所述第二进浆管的另一端连接
6.根据权利要求5所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔装置，其特征在于，所述第二进浆管上设置有截止阀和单向阀，单向阀靠近所述第二膨胀囊袋的端面设置；所述出浆管上设置有单向阀。
7.根据权利要求5所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔装置，其特征在于，所述第二进浆管设置为分段式螺纹连接，各段进浆管之间通过连接接头连通，并在相应的第二膨胀囊袋内设置注浆口。
8.根据权利要求1或2所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔装置，其特征在于，所述连接杆采用尼龙塑料或铝合金制作，其长度设置为1.5m-2m，其两端与第一膨胀单元和第二膨胀单元螺纹连接。
9.根据权利要求1或2所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔装置，其特征在于，所述第一膨胀囊袋和第二膨胀囊袋均采用微弹性材质制作；未注浆状态下，其长度尺寸设置为1m-1.5m，厚度设置为5mm-10mm，其外壁与瓦斯抽采孔内壁的间隙≦10mm。
10.一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔方法，其特征在于，包括以下步骤：
11.S4，通过瓦斯抽采设备进行瓦斯抽采作业，并基于瓦斯抽采效果，定时或适时地重复步骤S2的注浆作业，进行封孔装置内的浆液补充。
12.根据权利要求10所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔方法，其特征在于，在开始步骤S1之前，根据瓦斯抽采孔的深度，确定第二膨胀单元的使用数量，并利用连接接头分别将瓦斯抽采管和第二进浆管连接至所需长度。
13.根据权利要求10所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔方法，其特征在于，步骤S1中，设定位置为位于瓦斯抽采孔最底端的第二膨胀囊袋距离瓦斯抽采孔孔口的距离，其中，穿层钻孔≧6m，顺层钻孔≧10m。
14.根据权利要求10所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔方法，其特征在于，步骤S2中，注浆泵的注浆压力≧3MPa，稳压时间≧20min。
15.根据权利要求10所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔方法，其特征在于，注入第一膨胀囊袋和第二膨胀囊袋的浆液为具有非凝固性的材料制作。
...【技术特征摘要】
1.一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔装置，其特征在于，包括第一膨胀单元，第二膨胀单元和密闭腔室；
2.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔装置，其特征在于，所述第二膨胀单元设置为多个；相邻的第二膨胀单元之间通过连接杆连接，并与瓦斯抽采孔形成密闭腔室；所述第一膨胀单元、第二膨胀单元和密闭腔室注浆完成后，能够在在瓦斯抽采孔内形成多个连续的固-液-固密封封堵结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔装置，其特征在于，所述第一膨胀单元包括第一膨胀囊袋和第一进浆管，所述第一进浆管一端连接注浆设备，另一端伸入至所述第一膨胀囊袋内部，用于向所述第一膨胀囊袋灌注浆液。
4.根据权利要求3所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔装置，其特征在于，所述第一进浆管上设置有截止阀。
5.根据权利要求1或2所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔装置，其特征在于，所述第二膨胀单元包括第二膨胀囊袋，第二进浆管和出浆管；所述第二进浆管的一端贯穿所述第一膨胀囊袋后，伸入至所述第二膨胀囊袋内部，并在所述第二膨胀囊袋内部开设有注浆口；所述第二进浆管的另一端连接注浆设备，用于向所述第二膨胀囊袋灌注浆液。
6.根据权利要求5所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔装置，其特征在于，所述第二进浆管上设置有截止阀和单向阀，单向阀靠近所述第二膨胀囊袋的端面设置；所述出浆管上设置有单向阀。
7.根据权利要求5所述的一种煤层瓦斯抽采孔动态封孔装置，其特征在于，所述第二进浆管设置为分段式螺纹连接，各段进浆管之间通过连接接头连通，并在相应的第二膨胀囊袋内设...
【专利技术属性】
技术研发人员：王超杰，刘婉欣，李凯，葛超凡，李晓伟，徐长航，张纪远，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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