CN114135249A - 可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***,包括储液罐、封孔注浆泵组件、囊袋式封孔装置、负压回收泵组件和PLC自动控制***,囊袋式封孔装置安装在瓦斯抽采管外部并伸入到钻孔内,封孔注浆泵组件的进口与储液罐出口连接,囊袋式封孔装置内部穿设有注浆管和回收管,封孔注浆泵组件的出口与注浆管左端口连接,负压回收泵组件的进口与回收管左端口连接,负压回收泵组件的出口通过过滤器与储液罐顶部的进口连接;PLC自动控制***包括PLC控制器、电磁阀、压力表和压力传感器。本发明实现了重复注浆补压,浆液、封孔装置重复使用,解决了瓦斯抽采浓度低、衰减快、抽采效果差的问题,提高了钻孔抽采效率,实现智能化、自动化钻孔封孔。
Description
技术领域
本发明属于井下瓦斯防治技术领域,具体涉及一种可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***及其工作方法。
背景技术
我国是世界上煤矿瓦斯灾害最为严重的国家之一,瓦斯灾害时刻影响着矿井的安全生产。目前,对于减少瓦斯事故、实现煤与瓦斯共采最有效的措施就是对矿井煤层瓦斯进行抽采。瓦斯抽采钻孔封孔质量的好坏将直接影响煤层瓦斯抽采效果。现阶段我国煤矿抽采钻孔主要的封孔工艺有水泥浆液封孔、高分子发泡材料封孔、囊袋式封孔器封孔、二次封孔法封孔、“两堵一注”带压封孔等。
水泥浆液封孔工艺具有成本低、操作方便的优点,缺点是水泥凝固后易收缩导致漏气,而且浆液无法深入钻孔裂隙中进行封堵,会造成钻孔漏气;高分子发泡聚合材料封孔具有封孔时间短、发泡倍数高等优点,但发泡材料抗压能力有限,在高地应力或采掘干扰情况下容易产生变形,导致封孔段钻孔周围产生裂隙,影响抽采效果;囊袋式封孔器封孔具有封孔速度快的特点,但重复利用率低,对操作人员要求高,封孔质量无法保证;二次封孔法封孔工艺主要是采取一次封孔之后,又利用带压将微细膨胀粉料吹入抽放钻孔内,起到封堵钻孔周边裂隙、提高抽采率的效果,缺点是微细膨胀粉料易受潮结块,影响裂隙封堵。
其中应用较广泛,抽采效果较好的是“两堵一注”带压封孔,“两堵一注”带压封孔可以使封孔材料(浆液)很好地渗入钻孔周边裂隙,有效地封堵漏气通道,提高密封性。目前存在的问题是“两堵”强度低,导致注浆压力不高或不带压,不能对钻孔周边裂隙进行严密封堵,无法达到“一注”的目的,导致抽采效果不佳。随着时间推移封孔压力下降,之前普遍采用的“两堵一注”封孔材料无法实现二次注浆补压,封孔材料在使用后无法回收并循环使用的目的。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处,提供一种操作方便、安全可靠、施工效率高的可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***及其工作方法。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***,包括储液罐、封孔注浆泵组件、囊袋式封孔装置、负压回收泵组件和PLC自动控制***,囊袋式封孔装置安装在瓦斯抽采管外部并伸入到钻孔内,钻孔从孔口到孔底为由左向右的方向,储液罐内储存有浆液,封孔注浆泵组件的进口与储液罐出口连接,囊袋式封孔装置内部穿设有注浆管和回收管,封孔注浆泵组件的出口与注浆管左端口连接,负压回收泵组件的进口与回收管左端口连接,负压回收泵组件的出口通过过滤器与储液罐顶部的进口连接;PLC自动控制***包括PLC控制器、电磁阀、压力表和压力传感器,电磁阀和压力表安装在注浆管上,压力传感器连接在压力表的输出端和PLC控制器的输入端之间,PLC控制器的输出端分别与电磁阀的输入端和封孔注浆泵组件的输入端连接。
囊袋式封孔装置包括同轴向安装在瓦斯抽采管上的左囊袋和右囊袋,左囊袋和右囊袋外形均为圆柱形,左囊袋和右囊袋的中心设有套在瓦斯抽采管外圆的圆柱孔;
钻孔在左囊袋和右囊袋之间形成注浆密封段,注浆管自左向右依次穿过左囊袋、注浆密封段后伸入到右囊袋内部,注浆管上在左囊袋和右囊袋内部均设有止回阀,注浆管上在注浆密封段内部设有***阀。
左囊袋和右囊袋的外圆均设有环形密封加强结构;环形密封加强结构包括若干条均呈圆环形的密封凸棱条,所有的密封凸棱条沿囊袋的中心线方向均匀间隔设置,每条密封凸棱条的横截面均为半圆形结构,密封凸棱条与囊袋为一体结构制成;左囊袋和右囊袋的外圆套设有耐磨弹性布套。
左囊袋和右囊袋的左右两端平面上均设有端面加固结构;端面加固结构包括若干条凸筋加固条,所有的凸筋加固条沿囊袋端面圆周方向均匀布置,每根凸筋加固条均沿囊袋的径向方向设置,凸筋加固条与囊袋为一体结构制成。
回收管上在钻孔孔口外设有手动球阀,回收管上在左囊袋、注浆密封段和右囊袋内部分别连通的回收口。
可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***的工作方法,依次包括以下步骤:
(1)对煤层瓦斯抽采地质特征判识;
(2)安装并调试可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***;
(3)人工操控钻孔可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***进行封孔作业;
(4)在瓦斯抽采过程中,可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***进行自动封孔作业;
(5)待工作面瓦斯抽采完毕后,回收可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***的的浆液和设备。
步骤(1)对煤层瓦斯抽采地质特征判识的具体内容为:
按照煤层瓦斯含量、瓦斯压力、围岩稳定性、钻孔完整性、地应力相关指标对瓦斯地质条件进行判识,分析瓦斯抽采钻孔封孔可行性,初判封孔参数;围岩稳定性主要指钻孔通过的岩层的稳定性,根据三个围岩强度指标(煤巷顶板强度、底板围岩强度、两帮围岩强度)、埋深、岩体完整性指标、直接顶厚度与采高比值、护巷煤柱宽度五个参数将围岩稳定性分为稳定(不支护无掉块)、较稳定(不支护会掉小块)、中等稳定(维护1个月稳定后局部掉块)、不稳定(稳定时间只有几天)、极不稳定(易冒顶片帮)五个等级;钻孔完整性分为钻孔完整(裂隙小或基本没有)、正常破碎(裂隙发育正常)、严重破碎(裂隙发育极大)三个等级;瓦斯含量分为小(≤8m³/t)、大(8~12m³/t)、极大(≥12m³/t)三个等级。瓦斯压力分为低(≤0.74MPa)、高(0.74~1.2MPa)、极高(≥1.2MPa)三个等级。
步骤(2)的具体操作过程为:
首先准备可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***的各设备及部件,同时配置浆液,浆液采用胍胶、硼粉与甘油配置而成;然后在封孔地点连接可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***;连接后进行调试;根据步骤(1)中对煤层瓦斯抽采地质特征判识,确定封孔参数;按照设计要求施工钻孔并洗孔,确保钻孔的完整性,不出现变形、垮孔的情况,将囊袋式封孔装置连同瓦斯抽采管、注浆管和回收管按设计封孔参数塞入至钻孔内;工作面封孔注浆管路沿巷道边沿铺设;待准备工作完成后,对整套封孔设备进行调试,确保顺利运行。
步骤(3)的具体操作过程为:
先对两个囊袋进行“两堵”: 通过PLC控制器控制封孔注浆泵组件开始注浆,左囊袋和右囊袋内的止回阀打开,封孔注浆泵组件抽取储液罐中的浆液并充入左囊袋和右囊袋中,左囊袋和右囊袋径向膨胀,若干密封凸棱条通过耐磨弹性布套与钻孔孔壁产生顶压,待左囊袋和右囊袋内封孔浆液压力达到指定值之后,封孔段左右两端左囊袋和右囊袋将钻孔封堵牢固,完成“两堵”;
然后对注浆密封段“一注”: 封孔注浆泵组件继续增压注浆,由于压力作用导致注浆密封段内***阀开启,封孔注浆泵组件开始向注浆密封段内注浆,注浆过程中回收管上的手动球阀始终闭合,此阶段为带压注浆阶段,待注浆管上压力表示数为煤层压力2~2.5倍且压力稳定后,PLC控制器关闭电磁阀和封孔注浆泵组件,停止注浆,完成“一注”。
步骤(4)的具体操作过程为:
自动补压注浆:在瓦斯抽采过程中,当注浆管上的压力表数值通过压力传感器传达至PLC控制器,通过PLC控制器控制电磁阀开闭;当压力表的数值小于煤层压力时,一般认为压力表的数值是煤层瓦斯压力1.2~1.5倍时,PLC控制器向电磁阀和封孔注浆泵组件发出信号,电磁阀开启,封孔注浆泵组件启动,通过注浆管向注浆密封段进行注浆补压,压力表数值达到规定压力,PLC控制器向电磁阀和封孔注浆泵组件发出关闭的信号,自动注浆停止,电磁阀关闭,继续瓦斯抽采作业;
浆液循环使用:当工作面的某一钻孔瓦斯抽采完毕后,打开该钻孔外的手动球阀,启动负压回收泵组件,将封孔密封段、左囊袋、右囊袋内的浆液抽出,经过过滤器的过滤后再回抽至储液罐内;未抽采完成钻孔的封孔压力降低时,通过封孔注浆泵组件抽取储液罐内回收的浆液实现注浆补压。
采用上述技术方案,对于瓦斯压力大,地应力大,钻孔破碎程度严重,裂隙缝隙很大的情况,不能采用本发明封孔。对于瓦斯压力大,地应力一般,钻孔破碎程度一般的情况,可以采用本发明封孔。对于瓦斯压力一般,地应力大,钻孔破碎程度一般的情况,可以采用本发明进行封孔。
瓦斯压力、地应力都满足要求,能采用本发明封孔时,对于裂隙过度发育的钻孔,通过增加浆液中胍胶、硼粉占比,降低浆液流动性,加强浆液对钻孔支护作用。对于裂隙发育一般的钻孔,可适量增加浆液中甘油占比,提升浆液流动性,更加贴合缝隙。
瓦斯压力大时,可以通过增加囊袋长度来提升封孔位置压力,初始囊袋长度设为1m,以0.5m为单位向上递增,囊袋最大长度为2.5m。注浆密封段初始长度1m,最大长度设为3m,同样以0.5m为单位调节注浆段长度也可以改变注浆位置压力。若瓦斯压力特别大,囊袋长度达到2.5m,注浆密封段长度达到3m仍不能满足封孔压力要求,需要从封孔成本来衡量是否选用本发明封孔。
囊袋为双层囊袋,内层囊袋材质采用有一定厚度的橡胶,包括一体结构设在圆周的密封凸棱条和端面的凸筋加固条,外层囊袋为耐磨弹性布套(采用棉质罗纹布制成)。内层囊袋具有良好膨胀收缩性,起到膨胀封堵的作用。外层囊袋在膨胀封堵的同时能够减小内层囊袋与钻孔内壁的摩擦,延长内层囊袋使用寿命。
内层囊袋的中心圆柱孔内部穿入瓦斯抽采管,将瓦斯抽采管和内层囊袋伸入到钻孔内,向内层囊袋内部充入高压浆液后,内层囊袋膨胀,由于钻孔内壁并不是光滑平整的,有不少凹陷或凸起,因此,膨胀后的内层囊袋外圆的若干条密封凸棱条将耐磨弹性布套向外顶压,根据钻孔内壁的不同区域的凹陷或凸起紧密贴合,从而实现更好的密封效果。外密封凸棱条还具有提高内层囊袋承压强度的作用,当耐磨弹性布套多次使用磨损后,在钻孔内壁移动时,密封凸棱条与钻孔内壁滑动摩擦,减小内层囊袋本体外圆的磨损。密封凸棱条的横截面为半圆形结构,便于生产制造,在受到挤压后密封面积增加,密封效果好。
回收管上设有手动球阀,回收管上设置的回收口分别与左囊袋、封孔密封段和右囊袋连通,用于抽取浆液,回收管上的手动球阀只有浆液回收过程中才开启,平常状态下一直处于闭合状态维持封孔段内压力。
本发明***运行全过程受PLC控制器的控制,通过PLC控制器显示注浆管上压力表读数,根据压力值控制电磁阀开闭,封孔密封段内部浆液压力降低时自动注浆补压。
由于浆液在封孔过程中会渗入煤层,因此在储液罐顶部开设有补液口,通过补液口向储液罐内补充浆液。
工作面钻孔全部完成抽采所需时间按照矿井瓦斯实际抽采量确定,若抽采时间不超过10天,本发明可通过PLC控制器控制自动注浆补压,无需工人实时检查,清理废料。若抽采时间超过10天,应该以10天为单位对***定时检修,检查***运行状况,清理过滤器中的废料。
综上所述,本发明实现了重复注浆补压,浆液、封孔装置重复使用,解决了瓦斯抽采浓度低、衰减快、抽采效果差的问题,提高了钻孔抽采效率,实现智能化、自动化钻孔封孔。既能解决多次注浆补压的问题,又能减轻抽采作业劳动量,减少工人封孔的支出,使封孔操作更加便捷高效,实现自动化封孔。本发明符合当前煤矿智能开采方向,通过一个统一的智能集成控制平台建成一个能用、实用、管用、高效运行的工作面钻孔自动注浆补压封孔***。平台实施后,能够实现工作面钻孔封孔过程自动化,同时实现工作面集成通讯的能力,实现一体化监控、调度、管理应用,实现矿井安全可靠化、管理高效化、成本最小化、效益最大化。为煤矿安全、高效、智能生产具有显著的经济和社会效益。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图;
图2是本发明中囊袋横截面结构示意图;
图3是本发明中囊袋端面结构示意图;
图4是本发明中回收管的结构示意图;
图5是本发明在用于交叉钻孔瓦斯抽采时封孔布置图;
图6是本发明在用于穿层钻孔瓦斯抽采时封孔布置图。
具体实施方式
如图1-图6所示,本发明的可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***,包括储液罐1、封孔注浆泵组件2、囊袋式封孔装置、负压回收泵组件3和PLC自动控制***,囊袋式封孔装置安装在瓦斯抽采管4外部并伸入到钻孔5内,钻孔5从孔口到孔底为由左向右的方向,储液罐1内储存有浆液,封孔注浆泵组件2的进口与储液罐1出口连接,囊袋式封孔装置内部穿设有注浆管5和回收管6,封孔注浆泵组件2的出口与注浆管5左端口连接,负压回收泵组件3的进口与回收管6左端口连接,负压回收泵组件3的出口通过过滤器7与储液罐1顶部的进口连接;PLC自动控制***包括PLC控制器8、电磁阀9、压力表10和压力传感器11,电磁阀9和压力表10安装在注浆管5上,压力传感器11连接在压力表10的输出端和PLC控制器8的输入端之间,PLC控制器8的输出端分别与电磁阀9的输入端和封孔注浆泵组件2的输入端连接。
囊袋式封孔装置包括同轴向安装在瓦斯抽采管4上的左囊袋12和右囊袋13,左囊袋12和右囊袋13外形均为圆柱形,左囊袋12和右囊袋13的中心设有套在瓦斯抽采管4外圆的圆柱孔14;
钻孔5在左囊袋12和右囊袋13之间形成注浆密封段15,注浆管5自左向右依次穿过左囊袋12、注浆密封段15后伸入到右囊袋13内部,注浆管5上在左囊袋12和右囊袋13内部均设有止回阀16,注浆管5上在注浆密封段15内部设有***阀17。
左囊袋12和右囊袋13的外圆均设有环形密封加强结构;环形密封加强结构包括若干条均呈圆环形的密封凸棱条18,所有的密封凸棱条18沿囊袋的中心线方向均匀间隔设置,每条密封凸棱条18的横截面均为半圆形结构,密封凸棱条18与囊袋为一体结构制成;左囊袋12和右囊袋13的外圆套设有耐磨弹性布套19。
左囊袋12和右囊袋13的左右两端平面上均设有端面加固结构;端面加固结构包括若干条凸筋加固条20,所有的凸筋加固条20沿囊袋端面圆周方向均匀布置,每根凸筋加固条20均沿囊袋的径向方向设置,凸筋加固条20与囊袋为一体结构制成。
回收管6上在钻孔5孔口外设有手动球阀21,回收管6上在左囊袋12、注浆密封段15和右囊袋13内部分别连通的回收口22。
可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔5封孔***的工作方法,依次包括以下步骤:
(1)对煤层瓦斯抽采地质特征判识;
(2)安装并调试可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔5封孔***;
(3)人工操控钻孔5可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔5封孔***进行封孔作业;
(4)在瓦斯抽采过程中,可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔5封孔***进行自动封孔作业;
(5)待工作面瓦斯抽采完毕后,回收可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔5封孔***的的浆液和设备。
步骤(1)对煤层瓦斯抽采地质特征判识的具体内容为:
按照煤层瓦斯含量、瓦斯压力、围岩稳定性、钻孔5完整性、地应力相关指标对瓦斯地质条件进行判识,分析瓦斯抽采钻孔5封孔可行性,初判封孔参数;围岩稳定性主要指钻孔5通过的岩层的稳定性,根据三个围岩强度指标(煤巷顶板强度、底板围岩强度、两帮围岩强度)、埋深、岩体完整性指标、直接顶厚度与采高比值、护巷煤柱宽度五个参数将围岩稳定性分为稳定(不支护无掉块)、较稳定(不支护会掉小块)、中等稳定(维护1个月稳定后局部掉块)、不稳定(稳定时间只有几天)、极不稳定(易冒顶片帮)五个等级;钻孔5完整性分为钻孔5完整(裂隙小或基本没有)、正常破碎(裂隙发育正常)、严重破碎(裂隙发育极大)三个等级;瓦斯含量分为小(≤8m³/t)、大(8~12m³/t)、极大(≥12m³/t)三个等级。瓦斯压力分为低(≤0.74MPa)、高(0.74~1.2MPa)、极高(≥1.2MPa)三个等级,如下表所示:
瓦斯压力、地应力都满足要求,能采用本发明封孔时,对于裂隙过度发育的钻孔,通过增加浆液中胍胶、硼粉占比,例如选用胍胶:硼粉:甘油为2:2:1的浆液配置比,降低浆液流动性,加强浆液对钻孔支护作用,但浆液中胍胶、硼粉占比不得超过85%,避免流动性太差无法对裂隙进行有效封堵。对于裂隙发育一般的钻孔,可适量增加浆液中甘油占比,例如选用胍胶、硼粉、甘油为2:2:4的浆液配置比,提升浆液流动性,更加贴合缝隙,但浆液中甘油占比不得超过60%,避免浆液流动性太强,顺着裂缝流出封堵区域,流动性太强也无法提供足够的支护压力。
瓦斯压力大时,可以通过增加囊袋长度来提升封孔位置压力,初始囊袋长度设为1m,以0.5m为单位向上递增,囊袋最大长度为2.5m。注浆密封段初始长度1m,最大长度设为3m,同样以0.5m为单位调节注浆段长度也可以改变注浆位置压力。若瓦斯压力特别大,囊袋长度达到2.5m,注浆密封段长度达到3m仍不能满足封孔压力要求,需要从封孔成本来衡量是否选用本发明封孔。
步骤(2)的具体操作过程为:
首先准备可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔5封孔***的各设备及部件,同时配置浆液,浆液采用胍胶、硼粉与甘油配置而成;然后在封孔地点连接可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔5封孔***;连接后进行调试;根据步骤(1)中对煤层瓦斯抽采地质特征判识,确定封孔参数;按照设计要求施工钻孔5并洗孔,确保钻孔5的完整性,不出现变形、垮孔的情况,将囊袋式封孔装置连同瓦斯抽采管4、注浆管5和回收管6按设计封孔参数塞入至钻孔5内;工作面封孔注浆管5路沿巷道边沿铺设;待准备工作完成后,对整套封孔设备进行调试,确保顺利运行。
步骤(3)的具体操作过程为:
先对两个囊袋进行“两堵”: 通过PLC控制器8控制封孔注浆泵组件2开始注浆,左囊袋12和右囊袋13内的止回阀16打开,封孔注浆泵组件2抽取储液罐1中的浆液并充入左囊袋12和右囊袋13中,左囊袋12和右囊袋13径向膨胀,若干密封凸棱条18通过耐磨弹性布套19与钻孔5孔壁产生顶压,待左囊袋12和右囊袋13内封孔浆液压力达到指定值之后,封孔段左右两端左囊袋12和右囊袋13将钻孔5封堵牢固,完成 “两堵”;
然后对注浆密封段15“一注”:封孔注浆泵组件2继续增压注浆,由于压力作用导致注浆密封段15内***阀17开启,封孔注浆泵组件2开始向注浆密封段15内注浆,注浆过程中回收管6上的手动球阀21始终闭合,此阶段为带压注浆阶段,待注浆管5上压力表10示数为煤层压力2~2.5倍且压力稳定后, PLC控制器8关闭注浆管5上的电磁阀9和封孔注浆泵组件2,停止注浆,完成“一注”。
步骤(4)的具体操作过程为:
自动补压注浆:在瓦斯抽采过程中,当注浆管5上的压力表10数值通过压力传感器11传达至PLC控制器8,通过PLC控制器8控制电磁阀9开闭;当压力表10的数值小于煤层压力时,一般认为压力表10的数值是煤层瓦斯压力1.2~1.5倍时,PLC控制器8向电磁阀9和封孔注浆泵组件2发出信号,电磁阀9开启,封孔注浆泵组件2启动,通过注浆管5向注浆密封段15进行注浆补压,压力表10数值达到规定压力,PLC控制器8向电磁阀9和封孔注浆泵组件2发出关闭的信号,自动注浆停止,电磁阀9关闭,继续瓦斯抽采作业;
浆液循环使用:当工作面的某一钻孔5瓦斯抽采完毕后,打开该钻孔5外的手动球阀21,启动负压回收泵组件3,将封孔密封段、左囊袋12、右囊袋13内的浆液抽出,经过过滤器7的过滤后再回抽至储液罐1内;未抽采完成钻孔5的封孔压力降低时,通过封孔注浆泵组件2抽取储液罐1内回收的浆液实现注浆补压。
图5是本发明在用于交叉钻孔瓦斯抽采时封孔布置图,图6是本发明在用于穿层钻孔瓦斯抽采时封孔布置图。在每个钻孔内均布置一套囊袋式封孔装置,若干根注浆管5并联布置,若干根回收管6并联布置,统一注浆、补浆,逐个浆液回收,钻孔抽采完成后设备回收。这样施工操作更加简便,也大大提高了施工效率。
本发明中储液罐1、封孔注浆泵组件2、负压回收泵组件3、过滤器、阀门和PLC自动控制***等部件均为现有技术,市场上可购置,因此,具体结构不再赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,本实施例中的叙述的各部件的设置位置及相应方向,仅仅便于本领域技术人员对技术方案的理解,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***,其特征在于:包括储液罐、封孔注浆泵组件、囊袋式封孔装置、负压回收泵组件和PLC自动控制***,囊袋式封孔装置安装在瓦斯抽采管外部并伸入到钻孔内,钻孔从孔口到孔底为由左向右的方向,储液罐内储存有浆液,封孔注浆泵组件的进口与储液罐出口连接,囊袋式封孔装置内部穿设有注浆管和回收管,封孔注浆泵组件的出口与注浆管左端口连接,负压回收泵组件的进口与回收管左端口连接,负压回收泵组件的出口通过过滤器与储液罐顶部的进口连接;PLC自动控制***包括PLC控制器、电磁阀、压力表和压力传感器,电磁阀和压力表安装在注浆管上,压力传感器连接在压力表的输出端和PLC控制器的输入端之间,PLC控制器的输出端分别与电磁阀的输入端和封孔注浆泵组件的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***,其特征在于:囊袋式封孔装置包括同轴向安装在瓦斯抽采管上的左囊袋和右囊袋,左囊袋和右囊袋外形均为圆柱形,左囊袋和右囊袋的中心设有套在瓦斯抽采管外圆的圆柱孔;
钻孔在左囊袋和右囊袋之间形成注浆密封段,注浆管自左向右依次穿过左囊袋、注浆密封段后伸入到右囊袋内部,注浆管上在左囊袋和右囊袋内部均设有止回阀,注浆管上在注浆密封段内部设有***阀。
3.根据权利要求2所述的可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***,其特征在于:左囊袋和右囊袋的外圆均设有环形密封加强结构;环形密封加强结构包括若干条均呈圆环形的密封凸棱条,所有的密封凸棱条沿囊袋的中心线方向均匀间隔设置,每条密封凸棱条的横截面均为半圆形结构,密封凸棱条与囊袋为一体结构制成;左囊袋和右囊袋的外圆套设有耐磨弹性布套。
4.根据权利要求2或3所述的可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***,其特征在于:左囊袋和右囊袋的左右两端平面上均设有端面加固结构;端面加固结构包括若干条凸筋加固条,所有的凸筋加固条沿囊袋端面圆周方向均匀布置,每根凸筋加固条均沿囊袋的径向方向设置,凸筋加固条与囊袋为一体结构制成。
5.根据权利要求4所述的可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***,其特征在于:回收管上在钻孔孔口外设有手动球阀,回收管上在左囊袋、注浆密封段和右囊袋内部分别连通的回收口。
6.采用如权利要求5所述的可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***的工作方法,其特征在于:依次包括以下步骤:
(1)对煤层瓦斯抽采地质特征判识;
(2)安装并调试可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***;
(3)人工操控钻孔可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***进行封孔作业;
(4)在瓦斯抽采过程中,可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***进行自动封孔作业;
(5)待工作面瓦斯抽采完毕后,回收可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***的浆液和设备。
7.根据权利要求6所述的可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***的工作方法,其特征在于:步骤(1)对煤层瓦斯抽采地质特征判识的具体内容为:
按照煤层瓦斯含量、瓦斯压力、围岩稳定性、钻孔完整性、地应力相关指标对瓦斯地质条件进行判识,分析瓦斯抽采钻孔封孔可行性,初判封孔参数;围岩稳定性主要指钻孔通过的岩层的稳定性,根据三个围岩强度指标(煤巷顶板强度、底板围岩强度、两帮围岩强度)、埋深、岩体完整性指标、直接顶厚度与采高比值、护巷煤柱宽度五个参数将围岩稳定性分为稳定(不支护无掉块)、较稳定(不支护会掉小块)、中等稳定(维护1个月稳定后局部掉块)、不稳定(稳定时间只有几天)、极不稳定(易冒顶片帮)五个等级;钻孔完整性分为钻孔完整(裂隙小或基本没有)、正常破碎(裂隙发育正常)、严重破碎(裂隙发育极大)三个等级;瓦斯含量分为小(≤8m³/t)、大(8~12m³/t)、极大(≥12m³/t)三个等级;瓦斯压力分为低(≤0.74MPa)、高(0.74~1.2MPa)、极高(≥1.2MPa)三个等级。
8.根据权利要求7所述的可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***的工作方法,其特征在于:步骤(2)的具体操作过程为:
首先准备可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***的各设备及部件,同时配置浆液,浆液采用胍胶、硼粉与甘油配置而成;然后在封孔地点连接可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***;连接后进行调试;根据步骤(1)中对煤层瓦斯抽采地质特征判识,确定封孔参数;按照设计要求施工钻孔并洗孔,确保钻孔的完整性,不出现变形、垮孔的情况,将囊袋式封孔装置连同瓦斯抽采管、注浆管和回收管按设计封孔参数塞入至钻孔内;工作面封孔注浆管路沿巷道边沿铺设;待准备工作完成后,对整套封孔设备进行调试,确保顺利运行。
9.根据权利要求8所述的可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***的工作方法,其特征在于:步骤(3)的具体操作过程为:
先对两个囊袋进行“两堵”: 通过PLC控制器控制封孔注浆泵组件开始注浆,左囊袋和右囊袋内的止回阀打开,封孔注浆泵组件抽取储液罐中的浆液并充入左囊袋和右囊袋中,左囊袋和右囊袋径向膨胀,若干密封凸棱条通过耐磨弹性布套与钻孔孔壁产生顶压,待左囊袋和右囊袋内封孔浆液压力达到指定值之后,封孔段左右两端左囊袋和右囊袋将钻孔封堵牢固,完成“两堵”;
然后对注浆密封段“一注”:封孔注浆泵组件继续增压注浆,由于压力作用导致注浆密封段内***阀开启,封孔注浆泵组件开始向注浆密封段内注浆,注浆过程中回收管上的手动球阀始终闭合,此阶段为带压注浆阶段,待注浆管上压力表示数为煤层压力2~2.5倍且压力稳定后,PLC控制器关闭电磁阀和封孔注浆泵组件,停止注浆,完成“一注”。
10.根据权利要求9所述的可复用、自动补压瓦斯抽采钻孔封孔***的工作方法,其特征在于:步骤(4)的具体操作过程为:
自动补压注浆:在瓦斯抽采过程中,当注浆管上的压力表数值通过压力传感器传达至PLC控制器,通过PLC控制器控制电磁阀开闭;当压力表的数值小于煤层压力时,一般认为压力表的数值是煤层瓦斯压力1.2~1.5倍时,PLC控制器向电磁阀和封孔注浆泵组件发出信号,电磁阀开启,封孔注浆泵组件启动,通过注浆管向注浆密封段进行注浆补压,压力表数值达到规定压力,PLC控制器向电磁阀和封孔注浆泵组件发出关闭的信号,自动注浆停止,电磁阀关闭,继续瓦斯抽采作业;
浆液循环使用:当工作面的某一钻孔瓦斯抽采完毕后,打开该钻孔外的手动球阀,启动负压回收泵组件,将封孔密封段、左囊袋、右囊袋内的浆液抽出,经过过滤器的过滤后再回抽至储液罐内;浆液回抽完毕后,取出钻孔内封孔段的囊袋式封孔装置,未抽采完成钻孔的封孔压力降低时,通过封孔注浆泵组件抽取储液罐内回收的浆液实现注浆补压。
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