[发明专利]一种煤层脉动注水钻孔密封装置及封孔方法

说明书

本发明提供了一种煤层脉动注水钻孔密封装置及封孔方法，涉及钻孔注水技术领域，密封装置包括注浆管、导水管、单向阀、第一注水胶囊、第二注水胶囊和密封胶囊，注水钻孔由外而内依次设置有第一注水胶囊、第二注水胶囊和密封胶囊，注浆管穿过第一注水胶囊出口在第一注水胶囊和第二注水胶囊之间，注水管穿过第一注水胶囊到达第二注水胶囊，单向阀设置在注浆管出口处，密封胶囊内均匀设置有粒径由逐渐变大的颗粒，形成渐进式缓冲层；利用本装置进行封孔，脉动注水时水流渐进式缓冲层处逐渐卸压，从而减小变水压对封孔材料以的冲击，保证钻孔的密封性能，另外还具有防止封孔材料因脉动注水压力而发生疲劳损伤导致钻孔密封失效等优点。

技术领域

本发明涉及钻孔注水技术领域，尤其是一种煤层脉动注水用的钻孔密封装置，以及利用该装置进行封孔的方法。

背景技术

在煤矿井下生产中，采、掘、运各个工序都会产生大量粉尘，随着大功率采、掘机械的迅速发展，煤矿采、掘工作面的粉尘浓度大幅度升高。产生的粉尘不仅会污染工作环境，对各种机械设备产生损害，同时也会对工作人员的身体健康造成伤害。为从源头上降低粉尘的产尘量，煤矿井下常采用煤层注水减尘技术，该技术通过在煤层中施工钻孔-封孔-注水方式来增加煤体含水量，降低煤体破碎时的产尘能力，是降低采、掘工作面煤尘污染的有效手段。因我国煤层开采深度逐渐增加，煤体的地应力高、孔隙率低、渗透性差，为提高煤层注水效果，常采用脉动注水方式来增加煤层渗透性。脉动注水是利用液体的压力振动波在液体中传播能量，水对煤体产生水击和水劈作用，使煤体产生疲劳损伤积累，形成疲劳破坏，在煤层内部产生新的、相互关联的煤体裂隙网，进而增加注水量、扩大湿润半径，提升注水效果，相比于传统的恒压注水效果良好。但在脉动注水过程中，脉动水压不但对煤体产生疲劳损伤-致裂的效果，也会对封孔材料产生同样的效果，传统的水泥封孔材料极易产生裂隙导致钻孔密封失效。为此，需要提供一种煤层脉动注水钻孔的密封装置来消除脉动注水对封孔装置产生的影响，实现脉动注水过程钻孔的高效密封。

发明内容

为了消除煤层脉动注水过程中对封孔材料的脉动压力影响，保证脉动注水钻孔的密封性能，本发明提供了一种煤层脉动注水钻孔密封装置及封孔方法，具体技术方案如下。

一种煤层脉动注水钻孔密封装置，包括注浆管、导水管、单向阀、第一注水胶囊、第二注水胶囊和密封胶囊，注水钻孔由外而内依次设置有第一注水胶囊、第二注水胶囊和密封胶囊，注浆管穿过第一注水胶囊出口在第一注水胶囊和第二注水胶囊之间，导水管穿过第一注水胶囊伸至第二注水胶囊，单向阀设置在注浆管出口处；密封胶囊内均匀设置有粒径由小逐渐变大的颗粒，形成渐进式缓冲层。

优选的是，第一注水胶囊、第二注水胶囊和密封胶囊均套设在注水管上，密封胶囊的钻孔内侧一端设置有金属网。

优选的是，密封胶囊的两端均设置有金属网，金属网和注水管通过螺纹连接。

进一步优选的是，密封胶囊内的颗粒为高硅质硅酸盐或多孔陶瓷，钻孔里侧至钻孔外侧颗粒的粒径由大变小。

还优选的是，第一注水胶囊和第二注水胶囊使用遇水膨胀止水橡胶材料制作而成；所述密封胶囊的外壳使用遇水膨胀的止水橡胶制作而成；所述第一注水胶囊和第二注水胶囊的外直径小于注水钻孔的孔径。

一种煤层脉动注水钻孔封孔方法，利用上述的一种煤层脉动注水钻孔密封装置，其步骤包括：

步骤A.设置密封胶囊，依次填充粒径由小逐渐变大的颗粒，将密封胶囊套设在注水管上；

步骤B.密封胶囊前端的注水管上安装金属网；

步骤C.在密封胶囊后方的注水管上分别安装第一注水胶囊和第二注水胶囊，将注水管沿注水钻孔导入；

步骤D.通过注浆管和导水管分别向第一注水胶囊和第二注水胶囊送水；

步骤E.第一注水胶囊和第二注水胶囊膨胀封闭钻孔后，通过单向阀向第一注水胶囊和第二注水胶囊之间的注水钻孔内注浆；