本發(fā)明涉及煤礦開采裝置及其方法，具體地說涉及一種煤礦井下一段式水密封裝置及其密封方法。

背景技術(shù)：

瓦斯抽采是煤礦瓦斯治理的根本措施和主要途徑，而抽采鉆孔的封孔效果對(duì)抽采效果有著很大的影響，主要表現(xiàn)為鉆孔密封效果差，鉆孔漏氣現(xiàn)象嚴(yán)重，瓦斯抽采濃度很低。這進(jìn)而導(dǎo)致很多礦區(qū)的瓦斯抽采濃度達(dá)不到可以利用的濃度，瓦斯利用率低下，大量的瓦斯被排放到空氣中，不僅造成瓦斯資源的巨大浪費(fèi)，也對(duì)大氣造成了污染。

目前最常用的封孔方法是通過聚氨酯封堵鉆孔內(nèi)抽采管兩端，然后在中間注入水泥砂漿來實(shí)現(xiàn)封孔。這個(gè)方法存在很大的問題，由于井下工作環(huán)境很差，水泥砂漿材料的配比及攪拌受到的影響因素很多，很難嚴(yán)格按照配比要求進(jìn)行操作，并且封孔工藝也比較繁瑣。由于隨著煤層瓦斯的抽采，鉆孔會(huì)發(fā)生變形，而水泥砂漿和聚氨酯材料硬化固結(jié)后，形狀難以隨著鉆孔孔形的變化而變化，最終密封效果變差，漏氣嚴(yán)重。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種煤礦井下適應(yīng)鉆孔形狀煤礦井下一段式水密封的裝置；本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供上述裝置密封鉆孔的方法。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種煤礦井下一段式水密封裝置，包括設(shè)于抽采鉆孔內(nèi)的抽采管，在抽采管內(nèi)設(shè)有一段注水管，所述注水管外周設(shè)有可充盈的第一膨脹管和第二膨脹管，注水管在第一膨脹管和第二膨脹管之間的部分設(shè)有從抽采管管壁穿出的第一支路，第一支路末端設(shè)有第一膨脹囊體；注水管分別對(duì)應(yīng)第一膨脹管和第二膨脹管的部分各設(shè)有一條從抽采管管壁穿出的第二支路。

作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，直接向第一膨脹管和第二膨脹管注水充盈，以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井鉆孔的密封。所述第一支路經(jīng)三通與注水管連接；第一支路的末端設(shè)有一個(gè)第一單向閥。所述第一膨脹囊體內(nèi)還設(shè)有與第一單向閥連接的第一內(nèi)囊，第一內(nèi)囊和第一膨脹囊體之間充盈有水溶凝膠，所述第一膨脹囊體破裂時(shí)的壓力大于第一內(nèi)囊破裂時(shí)的壓力。

作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，利用水溶凝膠實(shí)現(xiàn)第一膨脹管和第二膨脹管的充盈，具體來說，所述兩個(gè)第二支路的末端設(shè)有第二膨脹囊體。

進(jìn)一步地，所述第一膨脹囊體內(nèi)設(shè)有與注水管連通的第一內(nèi)囊，第一內(nèi)囊和第一膨脹囊體之間充盈有水溶凝膠；所述兩個(gè)第二膨脹囊體內(nèi)設(shè)有與注水管連通的第二內(nèi)囊，第二內(nèi)囊和第二膨脹囊體之間充盈有水溶凝膠。

進(jìn)一步地，所述第一膨脹囊體破裂時(shí)的壓力大于第二膨脹囊體破裂時(shí)的壓力；所述第一膨脹囊體破裂時(shí)的壓力大于第一內(nèi)囊破裂時(shí)的壓力，所述第二膨脹囊體破裂時(shí)的壓力大于第二內(nèi)囊破裂時(shí)的壓力。

進(jìn)一步地，所述第一支路經(jīng)三通與注水管連接，第一支路的末端設(shè)有連接第一內(nèi)囊的第一單向閥；所述第二支路經(jīng)三通分別與注水管連接，兩條第二支路的末端分別設(shè)有一個(gè)第二單向閥，每個(gè)第二單向閥出口處各設(shè)有一個(gè)第二內(nèi)囊。

本發(fā)明所述第一膨脹管和第二膨脹管至少設(shè)有一層橡膠層、以及一層限制膨脹體積的紡布層。一般來說，紡布層設(shè)于橡膠層外層，紡布層材料包括但不限于錦綸、滌綸、芳綸任意一種或多種布料混紡的組合。

本發(fā)明所述水溶凝膠包括但不限于丙凝、羧甲基纖維素鈉、水溶性尿醛樹脂的任意一種。所述水溶凝膠遇水后會(huì)形成具有較好抗壓性的凝膠狀物質(zhì)，該凝膠狀物質(zhì)滲入鉆孔周圍的裂隙中后有效的提高了封孔段的密封性。且水溶凝膠具有一定的保濕性和彈性，在抽采一段時(shí)間后，能隨著鉆孔的變性而變形，始終保持對(duì)鉆孔內(nèi)壁裂隙的緊密封堵。

利用前述裝置密封鉆孔的方法，對(duì)于向第一膨脹管和第二膨脹管直接注水的方案，是向注水管持續(xù)加壓注水；

在P0時(shí)，第一膨脹管和第二膨脹管充水膨脹并擠壓鉆孔內(nèi)壁，使第一膨脹管和第二膨脹管之間形成密閉空腔；

在P4時(shí)，第一單向閥打開，并開始向第一內(nèi)囊注水；

在P5時(shí)，第一內(nèi)囊破裂，水和水溶凝膠在第一膨脹囊體內(nèi)混合形成溶膠；

在P6時(shí)，第一膨脹囊體破裂，溶膠填充于所述密閉空腔；

在P7時(shí)，停止注水；

其中，P0、P4、P5、P6、P7表示不同的注水壓力，P7＞P6＞P5＞P4＞P0。

利用前述裝置密封鉆孔的方法，作為本發(fā)明的優(yōu)選密封裝置的密封方案，是向注水管持續(xù)加壓注水，

在P1時(shí)，第二單向閥打開，并開始向第二內(nèi)囊注水；

在P2時(shí)，第二內(nèi)囊破裂，水和水溶凝膠在第二膨脹囊體內(nèi)混合形成溶膠；

在P3時(shí)，第二膨脹囊體破裂，水和溶膠填充第一膨脹管和第二膨脹管，使其膨脹并擠壓鉆孔內(nèi)壁，第一膨脹管和第二膨脹管之間形成密閉空腔；

在P4時(shí)，第一單向閥打開，并開始向第一內(nèi)囊注水；

在P5時(shí)，第一內(nèi)囊破裂，水和水溶凝膠在第一膨脹囊體內(nèi)混合形成溶膠；

在P6時(shí)，第一膨脹囊體破裂，水和溶膠填充于所述密閉空腔；

在P7時(shí)，停止注水；

其中，P1至P7表示不同的注水壓力，P7＞P6＞P5＞P4＞P3＞P2＞P1。

須說明的是，本發(fā)明P1-P7的壓力根據(jù)第一膨脹管、第二膨脹管材料、堵漏長度、鉆孔直徑的不同而進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。

有益效果：本發(fā)明的密封裝置利用流體充盈膨脹管實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井鉆孔裂隙的上下游進(jìn)行密閉，并提供了節(jié)省成本的水充盈、以及變形效果好的水溶凝膠充盈兩種方案；密閉后水和水溶凝膠混合形成溶膠，有效填充密閉空間。溶膠具有較好的保濕性和密封性，解決了現(xiàn)有的固體封孔材料在抽采一段時(shí)間后由于鉆孔變形而導(dǎo)致密封效果變差的缺陷，可以長期保持優(yōu)良的密封性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1

一種煤礦井下一段式水密封裝置，包括設(shè)于抽采鉆孔內(nèi)的抽采管，在抽采管內(nèi)設(shè)有一段注水管，注水管外周設(shè)有可充盈的第一膨脹管和第二膨脹管，注水管在第一膨脹管和第二膨脹管之間的部分設(shè)有從抽采管管壁穿出的第一支路，第一支路末端設(shè)有第一膨脹囊體；注水管分別對(duì)應(yīng)第一膨脹管和第二膨脹管的部分各設(shè)有一條從抽采管管壁穿出的第二支路。第一支路經(jīng)三通與注水管連接；第一支路的末端設(shè)有一個(gè)第一單向閥。第一膨脹囊體內(nèi)還設(shè)有與第一單向閥連接的第一內(nèi)囊，第一內(nèi)囊和第一膨脹囊體之間充盈有水溶凝膠，第一膨脹囊體破裂時(shí)的壓力大于第一內(nèi)囊破裂時(shí)的壓力。

第一膨脹管和第二膨脹管至少設(shè)有一層橡膠層、以及一層限制膨脹體積的紡布層。一般來說，紡布層設(shè)于橡膠層外層，紡布層材料包括但不限于錦綸、滌綸、芳綸任意一種或多種布料混紡的組合。

水溶凝膠包括但不限于丙凝、羧甲基纖維素鈉、水溶性尿醛樹脂的任意一種。水溶凝膠遇水后會(huì)形成具有較好抗壓性的凝膠狀物質(zhì)，該凝膠狀物質(zhì)滲入鉆孔周圍的裂隙中后有效的提高了封孔段的密封性。且水溶凝膠具有一定的保濕性和彈性，在抽采一段時(shí)間后，能隨著鉆孔的變性而變形，始終保持對(duì)鉆孔內(nèi)壁裂隙的緊密封堵。

實(shí)施例2

利用本實(shí)施例1的一段式密封裝置密封鉆孔的方法，向注水管持續(xù)加壓注水，隨著水壓的上升：

第一膨脹管和第二膨脹管充水膨脹并擠壓鉆孔內(nèi)壁，使第一膨脹管和第二膨脹管之間形成密閉空腔；

在水壓升至0.5MPa時(shí)，第一單向閥打開，并開始向第一內(nèi)囊注水；

水壓升至0.6MPa時(shí)，第一內(nèi)囊破裂，水和水溶凝膠在第一膨脹囊體內(nèi)混合形成溶膠；

水壓升至0.7MPa時(shí)，第一膨脹囊體破裂，溶膠填充于所述密閉空腔；

水壓升至1MPa時(shí)，停止注水；

其中，P0、P4、P5、P6、P7表示不同的注水壓力，P7＞P6＞P5＞P4＞P0。

實(shí)施例3

如圖1所示，一種煤礦井下一段式水密封裝置，包括設(shè)于抽采鉆孔內(nèi)的抽采管1，在抽采管1內(nèi)設(shè)有一段注水管2，注水管2外周設(shè)有可充盈的第一膨脹管3和第二膨脹管4，注水管2在第一膨脹管3和第二膨脹管4之間的部分設(shè)有從抽采管1管壁穿出的第一支路5，注水管2分別對(duì)應(yīng)第一膨脹管3和第二膨脹管4的部分各設(shè)有一條從抽采管1管壁穿出的第二支路6。第一支路5末端設(shè)有第一膨脹囊體7；兩個(gè)第二支路6的末端各設(shè)有一個(gè)第二膨脹囊體8。

第一膨脹囊體7內(nèi)設(shè)有與注水管2連通的第一內(nèi)囊9，第一內(nèi)囊9和第一膨脹囊體7之間充盈有水溶凝膠；兩個(gè)第二膨脹囊體8內(nèi)設(shè)有與注水管2連通的第二內(nèi)囊10，第二內(nèi)囊10和第二膨脹囊體8之間充盈有水溶凝膠。

第一膨脹囊體7破裂時(shí)的壓力大于第二膨脹囊體8破裂時(shí)的壓力；第一膨脹囊體7破裂時(shí)的壓力大于第一內(nèi)囊9破裂時(shí)的壓力，第二膨脹囊體8破裂時(shí)的壓力大于第二內(nèi)囊10破裂時(shí)的壓力。

第一支路5經(jīng)三通11與注水管2連接，第一支路5的末端設(shè)有連接第一內(nèi)囊9的第一單向閥12；第二支路6經(jīng)三通11分別與注水管2連接，兩條第二支路6的末端分別設(shè)有一個(gè)第二單向閥13，每個(gè)第二單向閥13出口處各設(shè)有一個(gè)第二內(nèi)囊10。

實(shí)施例4

如圖1所示，利用實(shí)施例3所述的改良一段式密封裝置密封鉆孔的方法，向注水管2持續(xù)加壓注水，隨著水壓的上升：

在水壓升至0.2MPa時(shí)，第二單向閥13打開，并開始向第二內(nèi)囊10注水；

在水壓升至0.3MPa時(shí)，第二內(nèi)囊10破裂，水和水溶凝膠在第二膨脹囊體8內(nèi)混合形成溶膠；

在水壓升至0.4MPa時(shí)，第二膨脹囊體8破裂，水和溶膠填充第一膨脹管3和第二膨脹管4，使其膨脹并擠壓鉆孔內(nèi)壁，第一膨脹管3和第二膨脹管4之間形成密閉空腔14；

在水壓升至0.5MPa時(shí)，第一單向閥12打開，并開始向第一內(nèi)囊9注水；

水壓升至0.6MPa時(shí)，第一內(nèi)囊9破裂，水和水溶凝膠在第一膨脹囊體7內(nèi)混合形成溶膠；

水壓升至0.7MPa時(shí)，第一膨脹囊體7破裂，水和溶膠填充于所述密閉空腔14；

水壓升至1MPa時(shí)，停止注水；

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。