中心分流囊袋式注浆封孔器的研制_中心分流囊袋

2020-02-29 其他范文下载本文

中心分流囊袋式注浆封孔器的研制由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“中心分流囊袋”。

中心分流囊袋式注浆封孔器的研制

The development of the center tap capsule bag grouting seal hole opener 摘要：我国政府高度重视煤矿瓦斯抽采利用，确立了“先抽后采”的瓦斯治理工作方针，建立了“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”的瓦斯综合治理工作体系。中心分流囊袋式注浆封孔是一种新型高效的煤层瓦斯抽采封孔方法，封孔浆液从注浆阀分流进入两个囊袋，囊袋膨胀压力达到设定值后注浆阀上的压力控制打开，浆液进入两个囊袋之间的钻孔内。此种封孔器结构新颖，操作方便，减小了工人的劳动强度，抽采的瓦斯浓度大幅提高，有利于煤矿的安全开采。

关键词：注浆阀

中心分流

囊袋

封孔器

Abstract: The Chinese government attaches great importance to the coal mine gasdrainage and utilization.Established the gas control policy of “exploitation after gas drainage”.The establishment of the “ventilation and reliable extraction standards,monitoring and effective management in place” of the comprehensive gas control system.Center shunt bursa bag grouting hole sealing of coal seam gas is a new type of high efficient extraction hole sealing method,hole sealing grouting slurry valves split into two pouch,pouch expansion preure at value after grouting preure control on valve to open,slurry into the inside the bore of between two pouch.Such openings for new structure,it is easy to operate,reduce the labor intensity of workers,Improve the extraction of gas concentration.The safe mining of the coal mine.Keywords: Grouting valve

Center tap

pouch

Sealing hole opener 0 引言

煤炭是我国最主要的一次消费能源，伴随着我国国民经济的快速发展,对煤炭的需求量大幅度增长[1-3]

① 聚氨酯膨胀速度快，难以封孔到位。钻孔变形严重情况下，封孔器材的插入相对困难，尤其突出煤层，封孔深度需要避开防突钻孔的控制范围，合理封孔深度超过20米，聚氨酯膨胀速度快，不能从容不迫地进行封孔施工，很难封孔到位，这样导致巷道壁漏气、防突钻孔短路漏气等，封孔效果难以保证。② 聚氨酯抗压强度很低，不能抵抗钻孔的变形。高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井的开采深普遍较大，地应力较高，钻孔蠕变和变形非常普遍。聚氨酯膨胀凝固后的抗压强度很低、可压缩变形量很大，聚氨酯不能抵抗抽采期间的钻孔收敛变形，导致钻孔周围的漏气裂隙进一步扩张，钻孔漏气进一步加剧。

中心分流囊袋式注浆封孔法是河南理。随着煤炭开采的日益加剧,各地的矿井开采条件也越来越复杂。我国近50%的矿井属于“高瓦斯矿井”和“煤与瓦斯突出矿井”，国家规定：“高瓦斯矿井”和“煤与瓦斯突出矿井”必须建立抽采（抽放）系统，采取先抽后采的方针[4-6]。

目前国内现有的瓦斯抽采钻孔封孔器材存在诸多缺陷，比如封孔不到位，封孔工艺复杂，封孔质量差导致抽采浓度低，存在安全隐患。国内曾经普遍采用聚氨酯封孔器，但随着国内煤炭产量的飙升，开采深度的加大，在高地应力情况下，钻孔变形严重，塌孔现象越来越多，聚氨酯封孔越来越不能适应国内封孔的需要。聚氨酯封孔效果差的原因主要表现在两个方面：工大学开发的新型封孔方法，通过安置在封孔管上的两个囊袋封堵两段钻孔。压力达到设定值后，注浆阀上的压力控制打开，两个囊袋之间注入封孔材料，封孔之后在钻孔一定深度范围内形成一个水泥圆柱体。对抽采钻孔提供一个支护力，封孔密实，不漏气。中心分流囊袋式注浆封孔器克服了聚氨酯封孔存在的以上两个缺陷。抽采效率高，使矿山开采更加安全。

1.中心分流囊袋式注浆封孔器设计方案 1.1 中心分流囊袋式注浆封孔器结构原理

制阀打开，浆液再进入两个膨胀起来的囊袋之间的钻孔内。压力再次升高至设定的压力后，停止注浆。拔出注浆头，封孔完毕。1.2中心分流囊袋式注浆封孔器关键部件设计

图21、6分流通道、2玻璃球、3扣帽、4爆破片、5弹簧

图1 1注浆阀、2套管、3端堵头、4喉箍、5抽采挂、6囊袋、7防退环

该中心分流囊袋式注浆封孔器的关键

部件是其中的注浆阀，注浆阀由阀体、玻璃球

2、弹簧

5、爆破片

4、扣帽3组成，如图2所示。玻璃球与进浆小孔密封接触，弹簧压在玻璃球上。起到一个单向阀的作用。爆破片粘接在阀体的出浆口处，由扣帽压紧，作为压力控制阀。注浆过程中，带压浆液顶起玻璃球，经过分流通道1和分流通道6向两端的囊袋进浆。压力达到爆破片的爆破压力时，爆破片爆裂，浆液经扣帽进入煤层钻孔。

其次，该中心分流囊袋式注浆封孔器的另一关键部件是囊袋，选择的囊袋必须有足够的强度。根据整个注浆系统的匹配要求，囊袋的强度须能够承受不低于2Mpa的压力。囊袋选则有足够大的膨胀性，自由状态下，囊袋的膨胀量须大于钻孔直径2倍以上，充分接触煤壁、阻断漏气通道、同时带压的封孔浆液又支护钻孔。

2设计关键及创新性该中心分流囊袋式注浆封孔器主要由注浆阀、套管、端堵头、喉箍、抽采挂、囊袋、防退环等组成，如图1所示。该中心分流囊袋式注浆封孔器以中心阀1的中心左右两端对称。各个零部件采用双抗PVC材料制成，注浆阀通过PVC胶与抽采管、套管分别粘接，端堵头穿过抽采管与套管粘接。套管与抽采管同轴，但套管和端堵头与抽采管之间有一定的空间，这个空间是注浆过程中的浆液进入囊袋的通道。囊袋穿套在抽采管上，一端通过喉箍固定在端堵头上，另一端反捆在抽采管上。注浆阀左端与右端的零部件对称布置。注浆阀内径与注浆头采用小间隙配合。封孔浆液具有一定的粒度，不会从注浆头与注浆阀的间隙渗出。浆液经注浆阀分流，流经套管与抽采管的空腔进入两端的囊袋中。压力达到设定的压力时，压力控(1)该中心分流囊袋式注浆封孔器的注浆阀上安装了爆破片，根据不同的注浆压力要求，可以选择不同爆破压力的爆破片，确定合适的压力控制阀。这种压力控制阀结构简单可靠，加工方便。

（2）压力控制阀与囊袋的强度的匹配关系是该中心分流囊袋式注浆封孔器的关键，压力控制阀设定压力过高，注浆压力达到囊袋的承受极限就会使得封孔失败。压力控制阀设定压力过低，囊袋未注满浆液时就会打开压力控制阀。压力控制阀与囊袋强度的匹配关系是关键技术。中心分流囊袋式注浆封孔器的主要特点

⑴实现钻孔壁注浆，封堵初期漏气裂隙先向囊袋注浆，通过囊袋膨胀后封堵封孔段钻孔，然后囊袋内的浆液再向钻孔壁注浆，通过巧妙的装置（注浆囊袋）实现封孔段钻孔的注浆，解决了多年来人们没有解决的任意角度注浆封孔的难题。注浆时浆液在注浆压力作用下封闭钻孔的周围的裂隙，起到封堵初期漏气通道的作用。

⑵ 主动支护钻孔，使封孔段钻孔周围形成高应力区

封孔浆液注入时带有注浆压力，压力达到设定值时才停止注浆，带压浆液对钻孔有一定的主动支护作用。

(3)有效提升抽采浓度

采用该中心分流囊袋式封孔器封孔，既能使得钻孔周围的裂隙得到很好的充填，消除开孔时候的漏气通道，又能使得钻孔得到可靠支护。保证钻孔的稳定。使得周围不产生新的漏气通道。有效提升浓度。3应用结果

在山西某矿现场的工业性试验，工程示范区域选择：用“聚氨酯封孔法”抽采5个月，钻孔平均瓦斯抽采浓度低于20%的低透

气性区域进行工程试验。采用“中心分流囊袋式注浆封孔器”，抽采5个月，钻孔平均抽采浓度提高100%以上（即浓度翻一番），钻孔平均浓度大于45%。

此外，采用该中心分流囊袋式封孔器节省了抽采孔的封孔时间，降低至10min/孔，降低了工人的劳动强度，提高了瓦斯的抽采效率。有望大规模推广应用。

参考文献

[1] 刘炯天.关于我国煤炭能源低碳发展的思考[J].中国矿业大学学报(社会科学版), 2011(01):5-12.[2] 田旭峰.鄂尔多斯煤炭企业可持续发

展战略研究[D].内蒙古大学, 2010.[3] 张自政, 张德海, 杨勇.浅谈几种特