本發(fā)明涉及一種封孔裝置及封孔方法，特別是涉及一種煤礦瓦斯抽采鉆孔封孔裝置及封孔方法，屬于煤礦瓦斯治理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重威脅礦井安全生產(chǎn)。目前，防治煤礦井下瓦斯災(zāi)害最有效的措施是瓦斯抽采，而我國95％以上高瓦斯和突出礦井屬于低透氣性煤層，其透氣性系數(shù)只有10^-3～10^-4md，煤層透氣性差，加之目前瓦斯抽采鉆孔封孔不嚴(yán)造成抽采過程中漏氣嚴(yán)重，鉆孔的瓦斯抽采濃度衰減較快，瓦斯抽采困難、瓦斯抽采效率低是國內(nèi)突出礦井普遍存在的技術(shù)難題。

目前我國煤礦瓦斯抽采鉆孔的封孔技術(shù)主要有:水泥砂漿封孔、聚氨酯封孔、礦用封孔器封孔等，這些技術(shù)一定時期內(nèi)都得到推廣應(yīng)用但都存在著一定的不足，如水泥砂漿封水平或近水平孔時，由于重力作用砂漿沉淀與鉆孔之間形成間隙，密封效果不佳；聚氨酯封孔材料反應(yīng)時間較快，操作過程中易造成材料浪費(fèi)、環(huán)境污染，且價格昂貴；封孔器的封孔深度有限，等等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種瓦斯抽采鉆孔封孔裝置及封孔方法，能夠?qū)Ω鲀A斜角度的鉆孔進(jìn)行有效地永久性封孔。本發(fā)明使得鉆孔有效抽采時間長，且操作簡單、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、安全性好。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種瓦斯抽采鉆孔封孔裝置，包括布袋、前卡盤、后卡盤和抽采管，所述的布袋主體由目數(shù)為30～40的彈性薄壁微孔材料制成，布袋前端固定在前卡盤上、后端固定在后卡盤上；所述的抽采管前端穿過前卡盤、后端穿過后卡盤，前卡盤與抽采管固定連接，后卡盤與抽采管密封滑動連接，抽采管兩端為快速管接頭結(jié)構(gòu)；后卡盤上設(shè)有軸向的注漿管插口；

進(jìn)一步的，所述的抽采管為兩端設(shè)螺紋接口的特制抽采短管；

進(jìn)一步的，所述的前卡盤和后卡盤由橡膠制成，前卡盤通過孔壁上設(shè)置的兩條環(huán)狀突起結(jié)構(gòu)固定在抽采管上；

進(jìn)一步的，所述的前卡盤和后卡盤外圓上設(shè)有環(huán)形固定槽，布袋兩端通過環(huán)形卡帶固定在前卡盤和后卡盤的固定槽內(nèi)；

進(jìn)一步的，所述的后卡盤的注漿管插口上設(shè)置逆止閥，逆止閥與后卡盤一體成型。

一種瓦斯抽采鉆孔封孔方法，包括如下步驟：

(a)按照煤層的數(shù)據(jù)參數(shù)，施工形成鉆孔；

(b)將抽采裝置通過抽采管前端的快速管接頭與作業(yè)現(xiàn)場鉆孔內(nèi)的瓦斯抽采管連接，采用同樣的方式在抽采裝置的后端連接新一節(jié)瓦斯抽采管；

(c)向后滑動后卡盤至新接入的瓦斯抽采管上，將所有已經(jīng)接好的瓦斯抽采管向鉆孔內(nèi)推動；繼續(xù)接入新一節(jié)的瓦斯抽采管，繼續(xù)向后滑動卡盤；如此反復(fù)操作，直至布袋被拉直；

(d)將注漿管插入到后卡盤上的注漿管插口后，將整個封孔裝置送入計(jì)劃的封孔段，再將注漿管接入注漿系統(tǒng)；

(e)準(zhǔn)備封孔材料并開始注漿，達(dá)到設(shè)定的注漿壓力時，將注漿管與封孔裝置及注漿設(shè)備脫離；

(f)整理注漿管、注漿泵并進(jìn)行清洗，以備下次使用。

進(jìn)一步的，所述的封孔材料為由封孔粉料和水按照1:1.5～1:2混合而成的稠漿，封孔粉料由90～100份的硅酸鹽水泥、0.5～1份的生石灰、0.15～0.3份的鐵粉和氧化物混合物、0.3～0.6份的鎂粉、8～15份的硅酸鈉組成，硅酸鹽水泥為封孔粉料的主要成分，生石灰、鐵粉和氧化物混合物、鎂粉作為膨脹劑，硅酸鈉作為速凝劑；

進(jìn)一步的，所述的封孔材料凝固后，膨脹倍數(shù)為1.2～2倍，抗壓強(qiáng)度為35mpa；

進(jìn)一步的，封孔段與孔口的距離為8米～15米。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本封孔裝置通過將前卡盤固定在抽采管上、后卡盤與抽采管滑動連接，使得布袋能夠折疊套在抽采管上，使得本裝置自成一套完整裝置，便于存放及運(yùn)輸；現(xiàn)場只需要通過快速管接頭與其他瓦斯抽采管連接，然后注漿即可，無需其他操作，過程簡單快速，易于掌握推廣且價格低廉(每套裝置成本僅50元)。

(2)布袋由彈性薄壁微孔材料制成，封孔材料注入到布袋里后期會發(fā)生膨脹擠壓，布袋腔內(nèi)形成一定的壓力使腔內(nèi)的封孔材料能夠向外滲透到鉆孔周圍巖石的裂隙中進(jìn)行封堵，從而使注漿腔與周圍巖石緊密結(jié)合，既能夠?qū)︺@孔形成密封支護(hù)，還可以有效地防止鉆孔周圍漏氣。

(3)本發(fā)明使用無機(jī)膨脹材料作為封孔材料，制作簡單、環(huán)保且價格低廉，經(jīng)濟(jì)性好。

(4)本發(fā)明無需高壓注漿即可實(shí)現(xiàn)封孔，安全性好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是前卡盤結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是后卡盤結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施方案圖。

圖中：2、前卡盤，3、布袋，4、后卡盤，6、抽采管，7、環(huán)形卡帶，8、注漿管，10、固定槽，11、突起結(jié)構(gòu)，12、注漿管插口，13、鉆孔，14、裂隙。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1至圖4所示，一種瓦斯抽采鉆孔封孔裝置，包括布袋3、前卡盤2、后卡盤4和抽采管6，所述的布袋3主體由目數(shù)為30～40的彈性薄壁微孔材料制成，兩端由袖筒布制成，布袋3前端固定在前卡盤2上、后端固定在后卡盤4上；所述的抽采管6前端穿過前卡盤2、后端穿過后卡盤4，前卡盤2與抽采管6固定連接，后卡盤4與抽采管6密封滑動連接，抽采管6兩端為快速管接頭結(jié)構(gòu)；后卡盤4上設(shè)有軸向的注漿管插口12，以備與注漿管8連接。所述的布袋3的微孔尺寸大于封孔材料的粒徑，將封孔材料注入到布袋3中后，膨脹后的封孔材料會在布袋3內(nèi)部壓力作用下向布袋3外滲透，從而對鉆孔13周圍的裂隙14進(jìn)行封堵，實(shí)現(xiàn)鉆孔13的永久性穩(wěn)定的密封。

所述的抽采管6為兩端設(shè)螺紋接口的特制抽采短管，長度為0.4米；布袋3整體折疊在抽采管6上，布袋3折疊收縮好后的長度為0.11米，伸展開的長度為5米～10米，便于與現(xiàn)場其他抽采管快速無縫連接，且方便運(yùn)輸存放。

所述的前卡盤2和后卡盤4由橡膠制成，前卡盤2通過孔壁上設(shè)置的兩條環(huán)狀突起結(jié)構(gòu)11固定在抽采管6上；橡膠是可逆形變的高彈性聚合物材料，具有很好的彈性，固定及密封效果較好，能保證抽采管6與注漿管8在能輕松穿過卡盤同時也能與其實(shí)現(xiàn)無縫結(jié)合，拔掉注漿管8后漿液不會回流。

所述的前卡盤2和后卡盤4外圓上設(shè)有環(huán)形固定槽10，布袋3兩端通過環(huán)形卡帶7固定在前卡盤2和后卡盤4的固定槽10內(nèi)；此種結(jié)構(gòu)連接可靠，可避免布袋3內(nèi)壓力較高時，布袋3脫離前卡盤2和后卡盤4。

所述的后卡盤4的注漿管插口12上設(shè)置逆止閥(圖中未畫出)，逆止閥與后卡盤4一體成型，無需特意連接，能夠更有效地防止拔掉注漿管8后，封孔漿液回流。

一種瓦斯抽采鉆孔封孔方法，包括如下步驟：

(a)按照煤層的數(shù)據(jù)參數(shù)，施工形成鉆孔13；

(b)將抽采裝置通過抽采管6前端的快速管接頭與作業(yè)現(xiàn)場鉆孔13內(nèi)的瓦斯抽采管連接，采用同樣的方式在抽采裝置的后端連接新一節(jié)瓦斯抽采管；

(c)向后滑動后卡盤4至新接入的瓦斯抽采管上，將所有已經(jīng)接好的瓦斯抽采管向鉆孔13內(nèi)推動；繼續(xù)接入新一節(jié)的瓦斯抽采管，繼續(xù)向后滑動卡盤4；如此反復(fù)操作，直至布袋3被拉直；

(d)將注漿管8插入到后卡盤4上的注漿管插口12后，將整個封孔裝置送入計(jì)劃的封孔段，再將注漿管8接入注漿系統(tǒng)；

(e)準(zhǔn)備封孔材料并開始注漿，達(dá)到設(shè)定的注漿壓力時，將注漿管8與封孔裝置及注漿設(shè)備脫離；

(f)整理注漿管8、注漿泵并進(jìn)行清洗，以備下次使用。

所述的封孔材料為由封孔粉料和水按照1:1.5～1:2混合而成的稠漿，封孔粉料由90～100份的硅酸鹽水泥、0.5～1份的生石灰、0.15～0.3份的鐵粉和氧化物混合物、0.3～0.6份的鎂粉、8～15份的硅酸鈉組成，硅酸鹽水泥為封孔粉料的主要成分，生石灰、鐵粉和氧化物混合物、鎂粉作為膨脹劑，在反應(yīng)過程中生成氫氣和膨脹性晶體氫氧化鎂，有效補(bǔ)償了水泥水化后產(chǎn)生的體積收縮，并且使材料具有良好的膨脹性，在反應(yīng)過程中消耗水，縮短了材料的凝固時間；硅酸鈉作為速凝劑，進(jìn)一步地縮短了漿液的凝固時間。所述的封孔材料失水率低，半個小時后開始反應(yīng)膨脹，能夠封實(shí)鉆孔(尤其對于水平幾近水平鉆孔封實(shí)可靠)，初凝時間為2小時，注漿24小時后即可開始瓦斯抽采。采用所述的封孔漿液封孔時，注漿壓力小于0.5mpa，杜絕了高壓作業(yè)的風(fēng)險，工藝效率也比采用其他的封孔漿液封孔的工藝效率高。

所述的封孔材料凝固后，膨脹倍數(shù)為1.2～2倍，抗壓強(qiáng)度為35mpa；能夠保證有效地封堵瓦斯預(yù)抽鉆孔及周圍裂隙，并保證封孔的永久性及穩(wěn)定性。

封孔段與孔口的距離為8米～15米，應(yīng)用本發(fā)明的封孔裝置及方法在此位置封孔，能夠滿足地應(yīng)力、煤層強(qiáng)度等工況條件。