半重叠套袋式瓦斯钻孔封孔装置的制作方法

1.说到瓦斯，人们往往想到瓦斯事故，尤其恶性瓦斯事故，对生命财产造成的危害是全社会都不可接受的。另一方面，瓦斯又称为煤层气，是一种清洁能源。本发明涉及一种半重叠套袋式瓦斯钻孔封孔装置，以预防瓦斯事故的发生，提高瓦斯采集能力和提高利用率，降低对环境的危害。


背景技术：

2.打孔、封孔、抽采，在煤矿井下，尤其是高瓦斯矿井，历来是防止瓦斯事故基础性的手段和常态化的工作流程。在这三个环节中，封孔是关键。封堵瓦斯抽放孔不同于封堵一般的孔、穴，也是一项技术性较强的工艺。封孔质量的高低，直接关系到瓦斯抽采浓度。有必要简要说明瓦斯钻孔的特定结构特征。
①
狭窄。通常直径尺寸为75mm-133mm，最大直径尺寸 153mm。
②
深邃，一般情况下，打孔深度为50-100米。封孔深度，以煤孔(顺层孔)为例不得少于8米。
③
封堵段的两端皆为开放端，采用注入式封堵，还需要解决封堵段深部
‘
堵头’的问题，否则会导致跑料，甚至会封住抽放管的入气口，造成报废孔。
④
瓦斯钻孔的横截面如同两个同心圆。内圆是抽放管，外圆是钻孔壁，需要封堵的是两个同心圆之间的环形空间并封堵到实体煤层。
3.密实不透气是封堵瓦斯抽放孔的基本要求。但真正落在实践中确有难度。现有封孔技术存在的问题，主要体现在两个方面：封体透气和环缝透气。
4.环缝是指，封体与两个界面，即封体与抽放管管壁、封体与钻孔壁之间由于封体回缩、膨胀压力不足够等原因，未能实质性一体化结合，导致其间缝隙的出现。在至少13千帕的抽放负压下，哪怕再细小的缝隙，随着抽采持续，缝隙会越来越大，尤其是外环缝，透气性会越来越强，瓦斯抽采浓度会越来越低。
5.现有技术中，聚氨酯膨胀体作为封体材料，具有膨胀性和流动性特征。但本领域对于聚氨酯膨胀体的运用存在诸多误区，尤其在原料配比和控制手段上缺陷尤为突出。例如反应速度过快，导致允许操作时间过短，回缩，力学性能差等。
6.此外，无论聚氨酯发泡袋或注入式聚氨酯桶装料，受多种因素的影响，尤其是配方缺陷和温度的影响，在密度(膨胀倍数)、反应速度、袋装产品的出料部位等的控制方面，存在诸多缺陷。泡沫体开孔率过高，密度低，随着温度降低造成回缩。在标定的13千帕的抽放负压条件下，透气性造成钻孔内外气体循环窜流，导致瓦斯抽采浓度很难得到提升。
7.有必要强调的是，封孔的核心问题是膨胀压力的控制和使用。控制是使用的前提。封孔材料或产品皆有一个共同的膨胀性特征，这是封堵客体瓦斯钻孔的特征所限定的。在封孔作业中通常不是因为膨胀能量不足，而是能量流失或浪费或使用不当等原因造成的。本发明对于膨胀压力的控制和传导提供了一个案例。


技术实现要素：

8.为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种半重叠套袋式瓦斯钻孔封孔装置。
9.一个全封闭的柔性袋子，其材质为铝塑薄膜结合而成，此为内袋。该内袋中间部位横向造成一隔离，分别装有双组份浇筑型聚氨酯膨胀体的两类物料。内袋的外面还套着一个外袋，形成一个双层套袋。内袋朝向钻孔出孔方向一端设有一个自动开启的出料机构。当内袋的膨胀压力大于所设定的压力值时，例如压强达到1.6-1.8千克/平方厘米时，该机构自动开启。允许物料从该出料口流出，到达非重叠的外袋段位(见附图中的
②
)。该外袋的纵向尺寸长于内袋的纵向尺寸，所以该套袋是一个半重叠式套袋。外袋的材质是不透气，抗摩擦力和抗剪能力强，挂胶能力强的高分子材料。其表层覆盖着防水胶。外袋朝孔口方向一端设有一个压力控制机构。该控制机构通过控制膨胀物料从套袋中的溢出量，来控制套袋中的膨胀压力。当膨胀体遇到压力控制机构(见附图中的
④
)时，其中的气体被排出，也允许少量膨胀体排除，重要的是，阻止过多物料流失，以确保整个套袋的膨胀压力。
10.本发明所谓浇筑型聚氨酯膨胀体是指，其密度40千克/立方米以上，膨胀倍数≤20倍。而用于保温、包装、弹性垫等泡沫体其密度可低至9.8千克/立方米，膨胀倍数可高达70倍。这样的膨胀体存在密度、回缩、反应速度、膨胀压力等方面的缺陷不适宜封堵瓦斯抽放孔。
11.煤矿井下采用袋或囊用于封堵瓦斯钻孔的工艺并不罕见，但与本发明的套袋不同。“聚氨酯发泡袋’退而言之，仅相当于本发明的
‘
内袋’，况且出料方式特征不同。这是其一。其二，本发明的套袋所解决的技术问题不同。现有技术中的袋或囊解决的技术问题多数是做
‘
堵头’用。所谓
‘
堵头’，本领域公知，钻孔封堵段的两端都是开放端或自由端。封堵段两端必须设有
‘
堵头’，以防封堵物料从钻孔口流出，尤其向钻孔深部流动，以至堵塞抽采管进气口，造成报废孔。
‘
两堵一注’的工艺中的
‘
两堵’指的就是两个堵头。其三，本发明的套袋与 (树脂封孔器)(申请号201510491408.8)的“复合土工膜袋”相比，无论在袋的材质、结构、功能、性质、解决的实际技术问题均不相同。
12.一个完整的闭环压力控制系统和闭环压力传导系统是本发明的突出特征。根据分子反应动力学原理，以双组份浇筑型聚氨酯膨胀体的两类物料为动力源，以半重叠式套袋为主线，附之以内袋上的自动开启出料机构和外袋上的压力控制机构为节点，加之防水胶的运用，层层控制，层层传导，具体为：双组份浇筑型聚氨酯膨胀体的两类物料经现场混合反应，产生膨胀压力，通过如下环节层层闭环传导：浇筑型聚氨酯膨胀体的两类物料经混合膨胀
→
内袋
→
(内向)抽放管
→
(外向)外袋
→
防水胶
→
钻孔壁。从封体到钻孔壁，实质性结合成一体，从根本上解决了封体和环缝透气性的技术难题。
13.膨胀压力是促成多层合成封体一体化，也是封体与包括抽放管、钻孔壁及其二者之间的狭窄的环形空间在内的封堵客体完全一体化必不可缺少的动力学条件。在内袋不自爆，不被撑破的条件下，要确保最大或接近最大膨胀压力值。例如，当袋的膨胀压力(压强)达到1.8 千克/平方厘米的时候，内袋一端的自动出料机构会自动开启，使袋内连续膨胀增加的压力与自动出料机构卸载的压力短时相对平衡。从而锁住膨胀压力。可见，在内、外袋约束的前提下，内袋上的自动出料机构的作用是
‘
放’，外袋上的压力控制机构的作用是
‘
收’，这一放一收恰到好处地控制了膨胀压力的流失。
14.将防水胶用于本发明，其粘结强度和抗剪强度远高于聚氨酯发泡体。在浇筑型聚氨酯膨胀体压力下，防水胶不但可以将封体与钻孔壁粘接成一体，且能进入细微的围岩裂隙，将封体与钻孔壁粘结成一体。对于普遍存在的含水孔、富含水孔实施的顶水作业效果突
出。若使用其它聚氨酯类物料直接封堵，水就是催化剂，遇水其原有结构就会遭到破坏。尽管本发明的浇筑型聚氨酯膨胀体也属聚氨酯类，但在本发明中，受到内袋和外袋的保护，与含水钻孔直接打交道的恰恰是防水胶，而不是聚氨酯，实验证明，在膨胀压力作用下，可以进入围岩裂隙。其抗剪能力可以满足使用要求。总之，本产品多种技术要素叠加形成的综合效能，足以保障在重复抽采过程中维持本产品的高效稳定状态。
15.本产品发明的有益效果是：产品的结构特别适合深层封堵到实体煤层，加之上述技术要素的综合作用，提高瓦斯抽采浓度30％以上。公知，钻孔瓦斯抽采与瓦斯事故密不可分，尤其是煤与瓦斯突出等恶性事故。对瓦斯事故的发生必然会起到相当大的抑制作用；瓦斯抽采浓度的提升会导致瓦斯利用的提高，从而减少对环境的污染；成本显著降低，单就产品原材料而言，就能节省50％以上。还有不消耗能源，使用工艺简要，劳动强度降低等不一而足。
具体实施方式
16.现场并不需要复杂的工艺操作。手动(或用简单的工具)打开内袋的中间隔离，并混合袋中的双组份物料，取下防水胶的保护膜，边接管，边入孔。
附图说明
17.图1纵剖面图：
①
内袋
②
外袋
③
内袋端部的自动开启出料机构
④
外袋端部的压力控制机构
⑤
抽放管
⑥
钻孔口
⑦
防水胶层
⑧
围岩
18.图2横剖面图：
①
抽放管
②
内袋中的膨胀体
③
防水胶层
④
抽放管管壁与内袋无缝隙重叠
⑤
内袋与外袋无缝隙重叠
⑥
围岩。