基於流體的分段膠囊式注漿封孔裝置及其封孔方法與流程
2023-10-06 06:11:49 2
本發明涉及一種封孔裝置，尤其是涉及基於流體的分段膠囊式注漿封孔裝置及其封孔方法。
背景技術：
瓦斯是煤炭開採過程中常見的伴生氣體，一方面如果預防不當，煤炭開採過程中瓦斯氣體湧出，就會成為威脅煤礦安全生產的自然災害；而另一方面，如果抽採措施得當併合理利用，它便成為一種重要的能源。隨著我們煤炭開採深度和強度日益增加，高瓦斯礦井越來越多，無論防治災害還是開採這種能源，瓦斯抽採是最常用的一種技術途徑，而鑽孔密封是瓦斯抽採的關鍵技術之一，因為孔底抽採負壓具有引流瓦斯和強制瓦斯解析的功效。鑽孔密封的效果直接影響著瓦斯抽採的濃度和效率。
我國現在約有65％的採煤工作面預抽瓦斯濃度較低，其中主要的問題就是鑽孔密封質量太差。目前，瓦斯抽採封孔最常用的方法主要是往抽放管與鑽孔壁之間充填聚氨酯、膨脹水泥等具有膨脹性質的材料，依靠這些材料的膨脹與固化實現對鑽孔封孔的目的，然後進行瓦斯的抽採。由於經過一定時期的瓦斯抽採，煤層會因變形、位移或者採動的影響，導致鑽孔周邊煤層的孔(裂)隙擴張、發育，這時外界的空氣就會從裂隙通道進入抽氣鑽孔內，從而導致瓦斯抽放濃度明顯下降，縮短了抽採鑽孔的有效抽採期，降低了鑽孔的利用率。
為了解決這一問題，技術人員發明了膠囊式封孔器，但是該類封孔器存在一個共同的缺點，就是封孔器膨脹起來雖然能夠與鑽孔壁緊密結合而將抽放管與鑽孔壁之間的空隙密封，但是對於鑽孔周圍煤體的裂隙無法進行有效的密封，從而導致瓦斯抽擦時漏氣，影響抽採濃度。
技術實現要素：
本發明的目的是為解決上述技術問題的不足，提供一種操作簡單、封孔效果好、安全可靠、適用性強、效率高的基於流體的分段膠囊式注漿封孔裝置基於流體的分段膠囊式注漿封孔裝置及其封孔方法。
本發明為解決上述技術問題的不足，所採用的技術方案是：
基於流體的分段膠囊式注漿封孔裝置，包括套接於瓦斯抽放管外周的第一芯管和第二芯管，瓦斯抽放管的一端設有瓦斯集氣口，沿瓦斯集氣口吸氣的方向，第一芯管在第二芯管的下遊，第一芯管外周套接膠囊A，第二芯管外周套接膠囊B，第一芯管與第二芯管之間預留注漿空間，第一注漿通道依次通向膠囊A和膠囊B，並分別向膠囊A和膠囊B內注入非牛頓流體，第二注漿通道穿過膠囊A向注漿空間內注入流體，第一注漿通道和第二注漿通道上均設有單向逆止閥。
第一芯管內壁沿其縱向一體設有1根一號管和1根二號管，第二芯管內壁沿其縱向一體設有1根一號管，一號管和二號管在預製時兩端均為封閉狀態，第一芯管上對應其內一號管和二號管的四個近端部的管壁上分別開設連接孔，連接孔分別將第一芯管內的一號管的管腔和二號管的管腔與外界連通，第二芯管上對應其內一號管朝向注漿空間的近端部的管壁上也開設連接孔，連接孔將第二芯管上的一號管的管腔與外界連通，一號管中部設置開孔，開孔貫穿第一芯管或第二芯管的管壁，單向逆止閥密封於開孔處，第一注漿通道包括依次串連貫通的第一注漿管、第一芯管上的一號管、過渡連接管和第二芯管上的一號管，第二注漿通道包括依次串連貫通的第二注漿管和第一芯管上的二號管。
第一注漿管、第一芯管上的一號管、過渡連接管和第二芯管上的一號管之間分別通過直角彎頭銜接，第二注漿管和第一芯管上的二號管之間也通過直角彎頭銜接，第一芯管上的二號管朝向注漿空間的連接孔與直角彎頭連接，直角彎頭伸入注漿空間內。
單向逆止閥包括環形凹槽和彈性密封圈，彈性密封圈套裝在環形凹槽內，凹槽分別設於第一芯管和第二芯管上對應一號管中部的開孔處。
流體為非牛頓流體，非牛頓流體為聚丙烯醯胺與膠聯劑的混合物。
基於流體的分段膠囊式注漿封孔裝置的封孔方法，包括以下步驟：
步驟一、組裝基於流體的分段膠囊式注漿封孔裝置，將基於流體的分段膠囊式注漿封孔裝置安裝至需要密封的鑽孔內；
步驟二、用第一注漿通道分別向膠囊A和膠囊B內注入流體，使膠囊A和膠囊B膨脹，壓力達到1.0-1.5MPa時停止注漿，膠囊A和膠囊B將鑽孔的兩端封堵，兩者之間形成密閉空間；
步驟三、用第二注漿通道向注漿空間內注入流體，灌滿注漿空間，在注漿壓力的作用下流體向煤壁裂隙持續滲透，將鑽孔密封；
步驟四、當膠囊A和膠囊B的密封效果下降時，通過第一注漿通道進行二次補漿；
步驟五、當注漿空間的密封效果下降時，第二注漿通道進行二次補漿。
流體為聚丙烯醯胺與交聯劑混合而成的流動性的膠狀物，隨著反應時間的增加，該流體隨著時間的增加粘稠度不斷提高，2小時後成為流動性小的膏體，一周後粘度達到最大值並保持，最終以高粘度可流動膠體存在於煤層裂隙間。
與現有技術相比，本發明的有益效果在於：
(1)本發明由兩段膠囊組成，工作時先對兩段膠囊注漿，使膠囊膨脹後密封注漿空間，再對注漿空間進行注漿密封，當膠囊或注漿空間密封效果下降時，可進行二次補漿，具有操作簡單、封孔效果好、安全可靠、適用性強、效率高的特點。
(2)鑽孔兩端採用膠囊膨脹的方法密封瓦斯抽放管與鑽孔壁之間的空隙，注漿空間內注入非牛頓流體密封材料，在壓力作用下，非牛頓流體滲入煤體，從而將鑽孔周圍的裂隙密封，有效防止瓦斯抽放時漏氣，保證抽採濃度。
(3)第一注漿通道和第二注漿通道上均設有單向逆止閥，有效防止非牛頓流體逆流，保證密封效果。
(4)注漿介質採用非牛頓流體，非牛頓流體相較於現有技術中採用的介質具有流動性和粘性，且隨著反應時間的增加，粘稠度不斷提高，2小時後成為額流動性較差的膏體，一周後粘度達到最大值，之後粘度不再變化，最終以高粘度可流動膠體存在於煤層裂隙間。
附圖說明
圖1為本發明的基於流體的分段膠囊式注漿封孔裝置的安裝結構示意圖；
圖2為第一芯管的結構示意圖；
圖3為單向逆止閥處的截面圖。
其中：1、瓦斯抽放管；2、第一注漿管；3、第二注漿管；4、膠囊A；5、膠囊B；6、單向逆止閥；7、煤體；8、鑽孔；9、瓦斯集氣口；10、第一芯管；11、第二芯管；12、注漿空間；13、一號管；14、二號管；15、過渡連接管；16-環形凹槽；17-連接孔；18-開孔；19-芯管外壁；20-芯管內壁。
具體實施方式
現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
圖中包括以下結構：瓦斯抽放管1、第一注漿管2、第二注漿管3、膠囊A4、膠囊B5、單向逆止閥6、煤體7、鑽孔8、瓦斯集氣口9、第一芯管10、第二芯管11、注漿空間12、一號管13、二號管14、過渡連接管15、環形凹槽16、連接孔17、開孔18、芯管外壁19和芯管內壁20。
如圖1-3所示，基於流體的分段膠囊式注漿封孔裝置，包括套接於瓦斯抽放管外周的第一芯管和第二芯管，瓦斯抽放管的一端設有瓦斯集氣口，沿瓦斯集氣口吸氣的方向，第一芯管在第二芯管的下遊，第一芯管外周套接膠囊A，第二芯管外周套接膠囊B，第一芯管與第二芯管之間預留注漿空間，第一注漿通道依次通向膠囊A和膠囊B，並分別向膠囊A和膠囊B內注入非牛頓流體，第二注漿通道穿過膠囊A向注漿空間內注入流體，第一注漿通道和第二注漿通道上均設有單向逆止閥。
第一芯管內壁沿其縱向一體設有1根一號管和1根二號管，第二芯管內壁沿其縱向一體設有1根一號管，一號管和二號管在預製時兩端均為封閉狀態，第一芯管上對應其內一號管和二號管的四個近端部的管壁上分別開設連接孔，連接孔分別將第一芯管內的一號管的管腔和二號管的管腔與外界連通，第二芯管上對應其內一號管朝向注漿空間的近端部的管壁上也開設連接孔，連接孔將第二芯管上的一號管的管腔與外界連通，一號管中部設置開孔，開孔貫穿第一芯管或第二芯管的管壁，單向逆止閥密封於開孔處，第一注漿通道包括依次串連貫通的第一注漿管、第一芯管上的一號管、過渡連接管和第二芯管上的一號管，第二注漿通道包括依次串連貫通的第二注漿管和第一芯管上的二號管。
第一注漿管、第一芯管上的一號管、過渡連接管和第二芯管上的一號管之間分別通過直角彎頭銜接，第二注漿管和第一芯管上的二號管之間也通過直角彎頭銜接，第一芯管上的二號管朝向注漿空間的連接孔與直角彎頭連接，直角彎頭伸入注漿空間內，直角彎頭通過螺紋匹配連接在連接孔上，直角彎頭與連接孔之間設置橡膠墊圈。
單向逆止閥包括環形凹槽和彈性密封圈，彈性密封圈套裝在環形凹槽內，凹槽分別設於第一芯管和第二芯管上對應一號管中部的開孔處。具有彈性的密封圈在沒有外力作用時恰好置於環形凹槽內，注漿時，密封圈由於壓力作用膨脹，使流體通過環形凹槽處的開孔進入膠囊，待膠囊內壓力達到要求並停止注漿時，密封圈不再受到流體的擠壓力作用而收縮，重新封閉環形凹槽內開孔。
流體為非牛頓流體，非牛頓流體為聚丙烯醯胺與膠聯劑的混合物。
基於流體的分段膠囊式注漿封孔裝置的封孔方法，包括以下步驟：
步驟一、組裝基於流體的分段膠囊式注漿封孔裝置，將基於流體的分段膠囊式注漿封孔裝置安裝至需要密封的鑽孔內；
步驟二、用第一注漿通道分別向膠囊A和膠囊B內注入流體，使膠囊A和膠囊B膨脹，壓力達到1.0-1.5MPa時停止注漿，膠囊A和膠囊B將鑽孔的兩端封堵，兩者之間形成密閉空間；
步驟三、用第二注漿通道向注漿空間內注入流體，灌滿注漿空間，在注漿壓力的作用下流體向煤壁裂隙持續滲透，將鑽孔密封；
步驟四、當膠囊A和膠囊B的密封效果下降時，通過第一注漿通道進行二次補漿；
步驟五、當注漿空間的密封效果下降時，第二注漿通道進行二次補漿。
流體為聚丙烯醯胺與交聯劑混合而成的流動性的膠狀物，隨著反應時間的增加，該流體隨著時間的增加粘稠度不斷提高，2小時後成為流動性小的膏體，一周後粘度達到最大值並保持，最終以高粘度可流動膠體存在於煤層裂隙間。