CN111322107A - 一种钻孔内二次注浆堵漏装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻孔内二次注浆堵漏装置，包括依次连接的多根单节管所构成的注入管，各单节管均包括注气管和注浆管，注浆管套设于注气管内部，其中注浆管和注浆管连接，注气管和注气管连接；多根相连注气管的里端伸出瓦斯抽采管的里端并越过钻孔的裂隙区域，且与里端气囊连接并连通，多根相连注气管的位于瓦斯抽采管的里端的地方与外端气囊连接并连通，瓦斯抽采管与钻孔的入口一端还设有密封体；注入管的多根注气管位于钻孔入口一端与供气设备连接，注入管的多根注浆管位于钻孔入口一端与注浆设备连接。本发明装置能够对失效钻孔裂隙发育位置进行精准带压注浆，从而激活恢复瓦斯抽采失效钻孔抽采功能，提高瓦斯抽采浓度和纯量。

Description

一种钻孔内二次注浆堵漏装置

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采技术领域，特别涉及一种钻孔内二次注浆堵漏装置。

背景技术

钻孔的漏气主要包括两种形式，即孔内漏气和孔外漏气。如图1所示，孔内漏气存在于抽采管与钻孔壁之间的区域，包含了密封体材料自身漏气和密封体与钻孔壁存在缝隙漏气。孔外漏气存在于钻孔壁外部的裂隙区域内，在负压作用下外界空气通过钻孔周边的裂隙进入煤体中。为了更加全面分析瓦斯抽采浓度衰减的原因，需综合考虑孔内漏气和孔外漏气，从而为钻孔的密封技术提供科学的依据。过去普遍认为,在钻孔密封过程中，密封体材料本身存在孔隙或发生收缩、与钻孔孔壁接触不严密等因素形成的孔内漏气是导致钻孔漏气的主要原因，近年来随着封孔材料性能的改进提升，受钻孔施工、巷道掘进、工作面回采动压等影响,在高负压抽采条件下钻孔周边裂隙漏气(孔外漏气)成为抽采失效的主要原因。

在抽采瓦斯过程中，抽采管底部形成抽采负压，这就造成了钻孔内部和外部的压差,为孔外的空气往钻孔内流动提供了动力,空气在压差作用下会从煤体裂隙进入钻孔内部,空气进入钻孔的途径主要有两个：

1)巷道卸压带：在巷道卸压带范围内,煤体比较破碎,裂隙扩展贯通；

2)钻孔周围塑性区：在该区域内煤体渗透率由于应力降低而显著增加。

瓦斯抽采失效主要原因是钻孔漏气，按照原因和形式分为巷道一侧煤壁漏气和钻孔封孔段漏气。其中，巷道一侧煤壁漏气形式包括钻孔轴向巷道煤壁破碎漏气带和钻孔径向围岩漏气圈；封孔段密封效果不好而产生漏气通道，分为封孔材料本身漏气、封孔材料和孔壁接触面漏气两部分。

目前现有的封孔技术如封孔器封孔和胶囊封孔等，均存在一定的缺点，其中封孔器封孔装置较为笨重，操作不方便，封孔器封孔装置用于煤层巷道侧的钻孔，由于钻孔形状难以保持规则的圆形及孔壁破碎而封孔效果往往不好，封孔质量不易保证，因此一般只适用于临时抽采封孔；胶囊封孔装置使用起来劳动强度大，成本较为昂贵，对裂隙发育扩展的封堵几乎无用。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种钻孔内二次注浆堵漏装置，能够对失效钻孔裂隙发育位置进行精准带压注浆，从而激活恢复瓦斯抽采失效钻孔抽采功能，提高瓦斯抽采浓度和纯量。

本发明的技术方案是：一种钻孔内二次注浆堵漏装置，包括多根单节管，各单节管均包括注气管和注浆管，所述注浆管套设于注气管内部，两管之间的空隙作为通气通道，注气管和注浆管之间固定有连接件，通过连接件固定两管之间的相对位置；所述的多根单节管依次首尾连接构成注入管，其中相邻两根单节管的注浆管相连接，相邻两根单节管的注气管相连接；所述注入管在对钻孔进行二次注浆堵漏时从瓦斯抽采管***，其中相连接的多根注气管的里端伸出瓦斯抽采管的里端并越过钻孔的裂隙区域，且与里端气囊连接并连通，里端气囊用于通过注气管充气后封闭所述多根注气管的里端的钻孔部位，相连接的多根注气管的位于瓦斯抽采管的里端的地方与外端气囊连接并连通，所述外端气囊用于通过注气管充气后封闭注气管与瓦斯抽采管之间的环空间隙；所述瓦斯抽采管与钻孔的入口一端还设有用于密封钻孔和瓦斯抽采管之间环空间隙的密封体；所述注入管的多根注气管位于钻孔入口一端与供气设备连接，注入管的多根注浆管位于钻孔入口一端与注浆设备连接。

上述各单节管的注气管和注浆管为套设在一起的同心异径管，且两管之间的连接件为环形的金属堵头，在各单节管的两端均设置一金属堵头，其中金属堵头的环形内侧壁上设有内螺纹，注浆管的外侧壁上设有匹配所述内螺纹的外螺纹，通过内外螺纹的螺接，使得金属堵头封住注气管和注浆管的位于金属堵头处的环空间隙，其中金属堵头的端面上开设有通气孔。

上述多根注气管的里端上设有连接接头，连接接头包括两个端口，其中一个端口与里端气囊连接，另一个端口与多根注浆管的浆液输出端连接，用于注浆管输出浆液。

上述各单节管的一端的注气管和注浆管均设有外螺纹，各单节管的另一端的注气管和注浆管均设有内螺纹，相邻两根单节管的注气管之间以及注浆管之间均通过内、外螺纹螺接。

上述里端气囊以及外端气囊均包括一弹性筒体，所述弹性筒体套设于所在的注气管上，且所套设的注气管部位开设有一排沿注气管纵向的充气孔，弹性筒体的两端均通过扣压机扣压圆筒状金属环密封固定于所在的注气管上。

上述套设弹性筒体的注气管部位的外径小于注气管的其余部位的外径，从而使得套设上弹性筒体后的注气管的套设弹性筒体的部位和其余部位的外径相当，以确保各注气管组装后外径整体保持平滑，方便在钻孔中的使用。

本发明的有益效果：本发明提供了一种钻孔内二次注浆堵漏装置，能够对失效钻孔裂隙发育位置进行精准带压注浆，激活恢复瓦斯抽采失效钻孔抽采功能，提高瓦斯抽采浓度和纯量，通过注浆专用设备将浆液注入具有煤壁裂隙的钻孔当中，随着浆液的流动，会对发生裂隙(缝)进行填充，浆液会随着时间的推移发生凝固，从而对裂隙(缝)进行弥补，这就起到了注浆堵漏的作用，从而提高瓦斯抽采浓度，本发明不仅能够进行注浆堵漏，还兼具钻孔漏气检测功能。本发明技术优点具体包括：一是全段可回收，分段可调节，本发明在实际使用过程中可进行多次重复利用，因此平均利用成本较低，所包含的气囊、注气管、注浆管各部分都可进行更换调节，能够提高整体的使用寿命；二是封孔段深度、长度可调节，本发明的各部分均相互独立，实际使用过程中可根据具体情况需要确定封孔段的长度与深度，主要是通过控制装置的整体长度和带有注浆孔的注浆管长度进行封孔段深度、长度的调节；三是带压注入封孔材料，牢固瓦斯抽采钻孔；装置在使用过程中先将气囊充气，两气囊在钻孔裂隙区域形成封闭空间，注浆过程中采用带压注浆，能够确保浆液在有压力的状态下更好的流入填充进裂隙中，保证注浆效果。本发明结合“两堵一注”原理，集合了封孔器封孔和胶囊封孔的优势部分，以高强度高回弹的胶囊材料作为堵头，轻质金属材料作为主体，制作成密封效果好、长度可调节、操作方便耐用的装置，成本也相对较低。

附图说明

图1为钻孔漏气示意图示意图；

图2为本发明的钻孔漏气检测原理图；

图3为本发明装置结构示意图。

附图标记说明：1、瓦斯抽采管；2、注气管；3、注浆管；4、密封体；5、钻孔裂隙；6、气囊；6-1、里端气囊；6-2、外端气囊。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

参见图1-图3，本发明实施例提供了一种钻孔内二次注浆堵漏装置，包括多根单节管，各单节管包括注气管2和注浆管3，所述注浆管3套设于注气管2内部，两管之间的空隙作为通气通道，注气管2和注浆管3之间固定有连接件，通过连接件固定两管之间的相对位置；所述的多根单节管依次首尾连接构成注入管，其中相邻两根单节管的注浆管3相连接，相邻两根单节管的注气管2相连接；所述注入管在对钻孔进行注浆堵漏时从瓦斯抽采管1***，其中相连接的多根注气管2的里端伸出瓦斯抽采管1的里端并越过钻孔的裂隙区域，且与里端气囊6-1连接并连通，里端气囊6-1用于通过注气管2充气后封闭所述多根注气管2的里端所处的钻孔部位，相连接的多根注气管2的位于瓦斯抽采管1的里端的地方与外端气囊6-2连接并连通，所述外端气囊6-2用于通过注气管2充气后封闭注气管2与瓦斯抽采管1之间的环空间隙；所述瓦斯抽采管1与钻孔的入口一端还设有用于密封钻孔和瓦斯抽采管1之间环空间隙的密封体4；所述注入管的多根注气管2位于钻孔入口一端与供气设备连接，注入管的多根注浆管3位于钻孔入口一端与注浆设备连接。

进一步地，各单节管的注气管2和注浆管3为套设在一起的同心异径管，且两管之间的连接件为环形的金属堵头，在各单节管的两端均设置一金属堵头，其中金属堵头的环形内侧壁上设有内螺纹，注浆管3的外侧壁上设有匹配所述内螺纹的外螺纹，通过内外螺纹的螺接，使得金属堵头封住注气管2和注浆管3的位于金属堵头处的环空间隙，其中金属堵头的端面上开设有通气孔。

进一步地，所述多根注气管2的里端上设有连接接头，连接接头包括两个端口，其中一个端口与里端气囊6-1连接，另一个端口与多根注浆管3的浆液输出端连接，用于注浆管3输出浆液。

进一步地，各单节管的一端的注气管2和注浆管3均设有外螺纹，各单节管的另一端的注气管2和注浆管3均设有内螺纹，相邻两根单节管的注气管2之间以及注浆管3之间均通过内、外螺纹螺接。

进一步地，所述里端气囊6-1以及外端气囊6-2均包括一弹性筒体，所述弹性筒体套设于所在的注气管2上，且所套设的注气管2部位开设有一排沿注气管2纵向的充气孔，弹性筒体的两端均通过扣压机扣压圆筒状金属环密封固定于所在的注气管2上。

进一步地，套设弹性筒体的注气管2部位的外径小于注气管2的其余部位的外径，从而使得套设上弹性筒体后的注气管2的套设弹性筒体的部位和其余部位的外径相当，以确保各注气管2组装后外径整体保持平滑，方便在钻孔中的使用。

本发明装置使用时通过注浆专用设备将浆液注入具有煤壁裂隙的钻孔当中，随着浆液的流动，会对发生裂隙(缝)进行填充，浆液会随着时间的推移发生凝固，从而对裂隙(缝)进行弥补，这就起到了注浆堵漏的作用，从而提高瓦斯抽采浓度，本发明不仅能够实现注浆堵漏，还兼具钻孔漏气检测功能。如图2所示，将本装置放入钻孔内，穿过封孔段16m抽采管后，通过内管逐步检测孔内16～20m区域深度处瓦斯抽采浓度(通过口孔三通与抽采管相连，保持钻孔抽采状态)，得出钻孔具体漏气区域，从而确定钻孔需要封堵的具***置与长度。如图3所示，将该装置的里气囊深入孔内合适位置，使得探测的漏气区域位于两布囊之间，通过向气囊内注气使其膨胀开，外端气囊封堵住瓦斯抽采管端部，里端气囊封堵住钻孔，两个气囊以及之间的煤壁形成一个封堵区域，再向封堵区进行带压注浆，浆液充满封堵区后再挤进钻孔煤壁裂隙，实现漏气区的封堵。

孔内二次注浆装置主要由4个部分组成，分别为囊袋短接、封孔段注浆短接、注浆连接管、孔口三通装置。为了实现囊袋、注浆段单独充气与注浆，装置采用内外管同心结构，其中外管外径45mm，壁厚3.5mm，内径38mm；内管外径28mm，壁厚7mm，内径14mm，管子尺寸即具有良好的穿封孔管能力，又能够满足外管充气，内管注浆要求。此外，管的两端采用螺纹连接，并加装“O”型密封圈，确保了装置的气密性。

第一代试验装置采用铝合金材质进行制作，虽然具有质量轻、便于人工推送的优点，但也存在接头易变形，易脱口的缺点，在井下进行试验过程中，多根试验管接头螺纹变形损坏；此外，胶囊制作工艺为外突杆体，在孔内伸缩过程易被抽采管头部位卡住，鉴于此，对装置进行改进，研发出第二代试验装置主要对杆体材质进行改进，采用不锈钢材质，虽然较铝材重了一倍，但装置更加结实耐用，且人工也能够顺利推入孔内，试验过程中无损坏现象；其次，对螺纹连接工艺进行改进，改用大螺距粗螺纹，便于人工拆装，内管改用外槽“O”型圈侧壁密封工艺，密封圈不易脱落破损；最后，对胶囊制作工艺进行改进，胶囊部位杆体外径做细，使得气囊压接后与装置其它杆体外径一致，消除第一代装置“突变”现象。

本实施例选用的注浆泵为井下注浆封孔泵，所用封孔泵为常用的SZKF-3.0QB型注浆封孔泵，最大输出压力为3.2MPa,经过井下试验，注浆泵能够顺利将浆液注入到孔内及孔壁裂隙中，且多数钻孔在注浆量已超出预计注浆量后仍能继续注浆，注浆泵无压力了，故该注浆泵能够满足二次封孔注浆压力要求。注浆泵参数如表1所示。

表1注浆泵主要性能参数表

产品型号	SZKF-3.0QB	注浆泵重量	16kg
				工作气压	0.3～0.7MPa	料筒尺寸	Φ500×1350
最大输出压力	3.2MPa	最大量程	0～30m
				最大输出流量	20L/min	通气管径3/4	3/4
耗气量	≤0.28m<sup>3</sup>/min	往复次数	≤150次/min

由于本发明技术的核心是对钻孔孔壁周围的漏气裂隙进行注浆封堵，这就要求注浆液具体很好的流动性，同时保证浆液具有一定的膨胀性，在裂隙内凝固后不收缩。此外，由于注浆设备要进行回收，故封孔段浆液初凝时间不能过快(要大于封孔注浆时间)，必须在封孔注浆装置卸压退出钻孔后才进行初凝，以防止装置无法退出钻孔，进而实现装置的重复利用功能。

矿井下封孔用水泥采用苏州坤发公司生产的KFGP-III型瓦斯封孔专用材料，该材料为微膨胀水泥，试验测得其膨胀系数为1.203，初凝时间为40min(浆液完全失去流动性)，经过试验室试验，浆液水灰比控制在1.2:1～1.6:1情况下，浆液流动性及凝固性能均较好，现场试验时，选用水灰比基本在1.2:1上下，注浆时浆液流动性与凝固性均较好，未出现堵管、注不进浆情况，且在注完浆液后，能够顺利将装置退出，未出现因浆液过快凝固而导致的卡钻现象。故该封孔材料及浆液配比能够满足二次注浆要求。

本发明装置的具体工作原理:将本发明装置放入瓦斯失效钻孔，里端气囊6-1与外端气囊6-2将裂隙区域的两端进行封堵，气囊6充气膨胀后使该区域形成密闭空间，对该区域进行带压注浆使浆液能够充分的填补到裂隙当中，恢复失效钻孔功能，提高瓦斯抽采效果。

工作步骤：装置工作过程主要包括两个部分，一是检测失效钻孔漏气部位；二是根据检测结果进行精准注浆。检测失效钻孔漏气部位步骤如下：停止钻孔带抽状态，将装置分节放入待检测钻孔，放置顺序为：外端气囊、带有注浆孔的注浆管、里端气囊、普通注浆管；将带有注浆孔的注浆管分别放入钻孔深度16m、17m、18m、19m的位置，恢复钻孔带抽状态5～10分钟后关闭，在装置外端安装上特制尖嘴物体连接抽气筒进行抽气，并将抽出的气体送入光学瓦检仪进行瓦斯浓度检测，记录并分析检测数据。根据数据情况，若某区间内瓦斯浓度降低幅度最大，则确定为钻孔漏气部位。

失效钻孔精准注浆步骤：关闭钻孔的带抽状态，将装置分节放入钻孔，外端气囊6先放入钻孔，带有注浆孔的注浆管放至经检测漏气部位，里端气囊6放至瓦斯抽采管的内部，其次普通注浆管进行依此连接。将井下压风管与装置前端设计的气路通道连接，打开控制开关对气囊6进行充气，当充气压力达到0.35～0.4MPa时(里段气囊直径能膨胀到130mm)，关闭充气阀门停止充气，同时观测压力表读数是否稳定，若读数稳定表示装置不漏气，可以进行下一步试验操作；若压力表读数缓慢下降，则表示***存在轻微漏气现象，此时保持充气阀门处于打开状态，调节阀门开关大小，使得压力表读数稳定在0.4MPa；若关闭充气阀门后，压力表读数迅速下降，则表示***存在严重漏气现象，此时退出装置重新检查气密性后推入孔内。连接注浆泵压风管路，并向注浆泵内加入清水，同时边搅拌边加入封孔水泥，按1:1～1.2：1水灰比调配注浆液；浆液充分搅拌均匀后，将本发明装置通过高压注浆管与注浆泵出浆口(注浆设备的出浆口)连接，打开阀门开始注浆，注浆过程通过装置上的注浆压力表观测孔内注浆压力变化，当注浆压力上升至0.5MPa时，适当调小注浆泵注浆频率，缓慢向孔内加压注浆直至注浆压力上升到1MPa或注浆泵憋泵停注；注浆结束后，关闭注浆管阀门，保压2分钟后卸压；打开装置气囊充气阀门对气囊进行卸压，卸压后利用注浆泵通过装置注浆管向孔内注入清水对封孔段浆液进行稀释(约2min)；退出孔内整套装置，清洗注浆泵，清理装置内外部分。

综上，本发明提供了一种钻孔内二次注浆堵漏装置，能够对失效钻孔裂隙发育位置进行精准带压注浆，激活恢复瓦斯抽采失效钻孔抽采功能，提高瓦斯抽采浓度和纯量，通过注浆专用设备将浆液注入具有煤壁裂隙的钻孔当中，随着浆液的流动，会对发生裂隙(缝)进行填充，浆液会随着时间的推移发生凝固，从而对裂隙(缝)进行弥补，这就起到了注浆堵漏的作用，从而提高瓦斯抽采浓度，本发明不仅能够进行注浆堵漏，还兼具钻孔漏气检测功能。本发明技术优点具体包括：一是全段可回收，分段可调节，本发明在实际使用过程中可进行多次重复利用，因此平均利用成本较低，所包含的气囊、注气管、注浆管各部分都可进行更换调节，能够提高整体的使用寿命；二是封孔段深度、长度可调节，本发明的各部分均相互独立，实际使用过程中可根据具体情况需要确定封孔段的长度与深度，主要是通过控制装置的整体长度和带有注浆孔的注浆管长度进行封孔段深度、长度的调节；三是带压注入封孔材料，牢固瓦斯抽采钻孔；装置在使用过程中先将气囊充气，两气囊在钻孔裂隙5区域形成封闭空间，注浆过程中采用带压注浆，能够确保浆液在有压力的状态下更好的流入填充进裂隙中，保证注浆效果。本发明结合“两堵一注”原理，集合了封孔器封孔和胶囊封孔的优势部分，以高强度高回弹的胶囊材料作为堵头，轻质金属材料作为主体，制作成密封效果好、长度可调节、操作方便耐用的装置，成本也相对较低。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种钻孔内二次注浆堵漏装置，其特征在于，包括多根单节管，各单节管均包括注气管(2)和注浆管(3)，注浆管(3)套设于注气管(2)内部，两管之间的空隙作为通气通道，注气管(2)和注浆管(3)之间通过连接件固定两管之间的相对位置；所述的多根单节管依次首尾连接构成注入管，其中相邻两根单节管的注浆管(3)相连接，相邻两根单节管的注气管(2)相连接；所述注入管在对钻孔进行二次注浆堵漏时从瓦斯抽采管(1)***，其中相连接的多根注气管(2)的里端伸出瓦斯抽采管(1)的里端并越过钻孔的裂隙区域，且与里端气囊(6-1)连接并连通，里端气囊(6-1)用于通过注气管(2)充气后封闭所述多根注气管(2)的里端的钻孔部位，相连接的多根注气管(2)的位于瓦斯抽采管(1)的里端的地方与外端气囊(6-2)连接并连通，所述外端气囊(6-2)用于通过注气管(2)充气后封闭注气管(2)与瓦斯抽采管(1)之间的环空间隙；所述瓦斯抽采管(1)与钻孔的入口一端还设有用于密封钻孔和瓦斯抽采管(1)之间环空间隙的密封体(4)；所述注入管的多根注气管(2)位于钻孔入口一端与供气设备连接，注入管的多根注浆管(3)位于钻孔入口一端与注浆设备连接。

2.如权利要求1所述的一种钻孔内二次注浆堵漏装置，其特征在于，各单节管的注气管(2)和注浆管(3)为套设在一起的同心异径管，且两管之间的连接件为环形的金属堵头，在各单节管的两端均设置一金属堵头，其中金属堵头的环形内侧壁上设有内螺纹，注浆管(3)的外侧壁上设有匹配所述内螺纹的外螺纹，通过内外螺纹的螺接，使得金属堵头封住注气管(2)和注浆管(3)的位于金属堵头处的环空间隙，其中金属堵头的端面上开设有通气孔。

3.如权利要求1所述的一种钻孔内二次注浆堵漏装置，其特征在于，所述多根注气管(2)的里端上设有连接接头，连接接头包括两个端口，其中一个端口与里端气囊(6-1)连接，另一个端口与多根注浆管(3)的浆液输出端连接，用于注浆管(3)输出浆液。

4.如权利要求1所述的一种钻孔内二次注浆堵漏装置，其特征在于，各单节管的一端的注气管(2)和注浆管(3)均设有外螺纹，各单节管的另一端的注气管(2)和注浆管(3)均设有内螺纹，相邻两根单节管的注气管(2)之间以及注浆管(3)之间均通过内、外螺纹螺接。

5.如权利要求1所述的一种钻孔内二次注浆堵漏装置，其特征在于，所述里端气囊(6-1)以及外端气囊(6-2)均包括一弹性筒体，所述弹性筒体套设于所在的注气管(2)上，且所套设的注气管(2)部位开设有一排沿注气管(2)纵向的充气孔，弹性筒体的两端均通过扣压机扣压圆筒状金属环密封固定于所在的注气管(2)上。

6.如权利要求5所述的一种钻孔内二次注浆堵漏装置，其特征在于，套设弹性筒体的注气管(2)部位的外径小于注气管(2)的其余部位的外径，从而使得套设上弹性筒体后的注气管(2)的套设弹性筒体的部位和其余部位的外径相当，以确保各注气管(2)组装后外径整体保持平滑，方便在钻孔中的使用。

Images