[发明专利]一种基于分段压裂的隔水层强化注浆改造装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于分段压裂的隔水层强化注浆改造装置及方法，该装置包括至少两段依次通过高压压裂管柱串联的压裂注浆控制器，各压裂注浆控制器之间的高压压裂管柱上均串联有安全丢开装置；压裂注浆控制器包括外套管、封隔胶囊、内套管、压簧和单向封堵弹片；外套管上设有第一开孔和第二开孔，外套管内设有阀座；封隔胶囊套设于外套管外并与第一开孔连通；内套管滑动适配于外套管内，压簧支撑于内套管和阀座之间，内套管设有第三开孔和第四开孔，第三开孔可与第一开孔对准，第四开孔可与第二开孔对准，内套管的内端还设置有第一球座；单向封堵弹片设于阀座的内侧。本发明能够克服现有顶板水害防治存在的问题。

技术领域

本发明涉及煤矿井下安全技术领域，具体涉及一种基于分段压裂的隔水层强化注浆改造装置及方法。

背景技术

我国煤层覆存差异大，与东部矿区相比，西部矿区生态环境较为脆弱，大规模、高强度地下开采导致西部矿区水资源破坏加剧。西部矿区煤层上部存在浅埋松软岩层，其顶板岩层的运动及范围在横向、纵向上尤为敏感和强烈，实际开采过程中覆岩也难以形成大的稳定结构，岩体移动变形较为显著，垮落带及导水(砂)裂缝带发育充分，采动破断裂缝甚至可直接沟通地表，形成较大规模的地裂缝，导地下含水层富集水溃入井下，形成严重的顶板水害问题。

针对该类灾害，现有采取的方法主要是钻孔超前疏排或者疏降含水层中富集水。采用以上方法可有效解决减弱了工作面回采过程中涌水量，达到消除或缓解顶板水灾害，但西部地区整体为干旱半干旱的生态环境脆弱的区域。高强度地下水的疏排，不仅增加了矿井排水工程量，并加大了经费投入，同时极大浪费了地下水，并易引发地下水为下降、地表水污染、土地盐碱化、植被破坏等一系列问题，给生态脆弱的西部矿区带来极大的危害。

因此，在安全有效回采的基础上，如何对地下水资源和地面生态环境进行保护，是目前需要解决的难题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种基于分段压裂的隔水层强化注浆改造装置及方法，以克服现有顶板水害防治存在的问题，实现顶板水害的有效控制及地面水资源和地面生态的保护。

一方面，本发明提供了一种基于分段压裂的隔水层强化注浆改造装置，包括至少两段依次通过高压压裂管柱串联并置于钻孔内的压裂注浆控制器，靠近钻孔孔口的一段所述压裂注浆控制器通过高压压裂管柱接出钻孔外，各所述压裂注浆控制器之间的高压压裂管柱上均串联有安全丢开装置；

所述压裂注浆控制器包括外套管、封隔胶囊、内套管、压簧和单向封堵弹片；

所述外套管的两端分别与对应端的高压压裂管柱相连，外套管的管壁上沿由外向内的方向依次设有第一开孔和第二开孔，外套管的内壁上位于其内端和所述第二开孔之间设有阀座；

所述封隔胶囊套设于所述外套管设有第一开孔一段的管外，封隔胶囊与第一开孔连通；

所述内套管滑动适配于所述外套管位于其外端和阀座之间的管内，所述压簧支撑于所述内套管和阀座之间，所述内套管沿由外向内的方向依次设有第三开孔和第四开孔，压簧发生一级压缩时，所述第三开孔与所述第一开孔对准，压簧发生二级压缩时，所述第四开孔与所述第二开孔对准，所述内套管的内端还设置有第一球座，从钻孔孔口到钻孔孔底的各段压裂注浆控制器的第一球座的口径逐渐缩小；

所述单向封堵弹片设于所述阀座的内侧，用于单向封堵该阀座。

进一步地，靠近钻孔孔底的一段压裂注浆控制器的内端通过高压压裂管柱连接有导向器。

进一步地，靠近钻孔孔底的一段压裂注浆控制器与所述导向器之间的高压压裂管柱上串联有单流阀。

进一步地，所述单向封堵弹片的一端铰接于所述外套管的内壁，单向封堵弹片的内侧与外套管的内壁之间设置有用于将该单向封堵弹片顶紧于该阀座内侧的弹簧。

进一步地，所述阀座的内侧设有锥形口，所述单向封堵弹片的外侧设有与所述锥形口适配的锥形凸体。