井下抽采钻孔柔性保压可回收智能封孔施工方法

1.本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种井下抽采钻孔柔性保压可回收智能封孔施工方法。


背景技术：

2.传统的瓦斯抽釆封孔工艺一般是在抽釆钻孔成孔之后，插入封孔器，工人向储浆桶内按一定比例加入封孔材料和水充分搅拌形成浆液，用注浆泵向封孔器内注入浆液，待浆液凝固之后即可将抽釆管连接抽釆管路进行瓦斯抽釆，这种封孔工艺存在着封孔材料运输成本高、劳动强度高、操作复杂、成功率低、受工人的操作水平影响较大，浆液在封孔器中凝固之后如果钻孔受采动影响发生变形很容易形成漏气影响瓦斯抽釆浓度，另外封孔器和封孔材料不能回收再利用成本较高。


技术实现要素：

3.本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种直接在井下制备封孔浆液、操作方便、封孔保持恒压不漏气的井下抽采钻孔柔性保压可回收智能封孔施工方法。
4.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：井下抽采钻孔柔性保压可回收智能封孔施工方法，包括以下步骤:（1）在井下巷道布置plc控制器、储浆搅拌容器、注浆管泵组件和回浆管泵组件，在抽采钻孔内设置双柔性胎囊封孔器，注浆搅拌容器下侧部与注浆管泵组件的进液口连接，注浆搅拌容器的出液口与双柔性胎囊封孔器的进液口连接，双柔性胎囊封孔器的出液口与回浆管泵组件的进液口连接，回浆管泵组件的出液口与储浆搅拌容器顶部连接，在布置连接各管路时将管路上安装的阀门、泵站、流量传感器、压力传感器和电磁阀；（2）储浆搅拌容器制备封孔用浆液；（3）向双柔性胎囊封孔器内进行注浆封孔作业；（4）连接瓦斯抽采管路对抽采钻孔进行瓦斯抽采作业；（5）瓦斯抽采作业过程中，井下储浆及输送系统对双柔性胎囊封孔器进行动态保压，并对双柔性胎囊及中间段失压进行报警和处置；（6）瓦斯抽采完毕后，对双柔性胎囊封孔器和浆液进行回收。
5.储浆搅拌容器包括储浆桶，储浆桶顶部设有固体原料注入口，固体原料注入口连接有螺旋给料机，储浆桶上侧部连接有供水管，供水管上设有供水电磁阀和供水流量计，储浆桶顶部设有搅拌电机，搅拌电机主轴传动连接有设在储浆桶内的搅拌器，储浆桶内壁中下部设有密度传感器和黏度传感器，储浆桶内壁上部和下部分别设有一个液位传感器。
6.双柔性胎囊封孔器设在抽采钻孔内；双柔性胎囊封孔器包括第一柔性胎囊、第二柔性胎囊、胎囊内注浆回收管和胎囊间注浆回收管，第一柔性胎囊和第二柔性胎囊的中心孔插设有一根抽采管，第一柔性胎囊位于第二柔性胎囊下方，胎囊内注浆回收管自下而上依次穿过第一柔性胎囊和第二柔性胎囊，胎囊内注浆回收管上端封堵，胎囊内注浆回收管
上设有位于第一柔性胎囊内的第一柔性胎囊内注浆回收孔和位于第二柔性胎囊内的第二柔性胎囊内注浆回收孔，胎囊间注浆回收管上端口自下而上穿过第一柔性胎囊后伸入到第一柔性胎囊和第二柔性胎囊之间；胎囊内注浆回收管的下端口连接有第一三通管，胎囊内注浆回收管下部设有第一压力传感器和第一流量传感器，第一三通管的第二接口上设有第一电磁阀，第一三通管的第三接口上设有第二电磁阀；第二注浆管的下端口连接有第二三通管，第二注浆管下部设有第二压力传感器和第二流量传感器，第二三通管的第二接口上设有第三电磁阀，第二三通管的第三接口上设有第四电磁阀。
7.注浆管泵组件包括注浆保压主管，注浆保压主管的进口端与储浆桶下侧部连接，注浆保压主管沿浆液流向依次设有第五电磁阀、井下注浆泵、第三流量传感器、第六电磁阀和第三压力传感器。
8.回浆管泵组件包括智能保压回浆主管，智能保压回浆主管的出口端与储浆桶顶部连接，智能保压回浆主管上沿浆液流向依次设有第四压力传感器、第七电磁阀、第四流量传感器和井下回浆泵；第一三通管的第二接口通过第一注浆软管与注浆保压主管连接，第一三通管的第三接口通过第一回浆软管与智能保压回浆主管连接，第二三通管的第二接口通过第二注浆软管与注浆保压主管连接，第二三通管的第三接口通过第二回浆软管与智能保压回浆主管连接。
9.步骤（2）的具体过程为：按照预定制浆量，plc控制器向供水管进口连接的供水泵发出指令，同时指令搅拌电机、螺旋给料机均启动、供水电磁阀打开，向储浆桶内注入一定量的水，根据供水流量计信息判断达到预定水量停止注水，螺旋给料机将固体物料定量输送到储浆桶内，搅拌电机带动搅拌器开始搅拌，使材料和水充分混合搅拌均匀，直到达到预定比例，该封孔材料具有较好的流动性和一定的粘稠度，密度传感器和黏度传感器用于实时测定浆液的粘稠度和密度信息并传输至plc控制器，浆液合格后搅拌电机停止工作。
10.步骤（3）的具体过程为：plc控制器指令第五电磁阀和第六电磁阀打开，井下注浆泵启动，浆液通过注浆保压主管将浆液输送到封孔地点，plc控制器通过第三压力传感器发出压力信号值控制注浆保压主管上的第五电磁阀、第六电磁阀实现管路通断以及井下注浆泵的启停，让注浆保压主管中始终保持一定的注浆压力；双柔性胎囊封孔器插入到钻孔预定封孔深度，通过plc控制器发出封孔指令，此时第一三通管上的第一电磁阀打开，胎囊内注浆回收管开始向两个第一柔性胎囊、第二柔性胎囊中注入浆液，第一压力传感器监测到达设定的压力值时，第一电磁阀关闭，停止注浆，接着第二三通管上的第三电磁阀打开，浆液通过胎囊间注浆回收管开始向第一柔性胎囊和第二柔性胎囊段之间的中间段内注浆，直至第二压力传感器监测达到预设注浆压力值，plc控制器发出关闭第三电磁阀指令，停止注浆，该抽采钻孔封孔完毕。
11.步骤（5）中对双柔性胎囊封孔器进行动态保压的具体过程为：当抽采钻孔发生变形截面变大从而造成第一柔性胎囊和/或第二柔性胎囊中的压力变小并且小于预定恒压压力时，第一压力传感器将压力监测数据传输到plc控制器，plc控制器指令第一电磁阀打开，胎囊内注浆回收管开始向两个第一柔性胎囊、第二柔性胎囊中补注浆液，第一压力传感器监测到达设定的压力值时，第一电磁阀关闭，停止补浆；同理、当第一柔性胎囊和第二柔性
胎囊之间的中间段由于抽采钻孔周围裂隙的出现浆液不断渗入裂隙造成压力下降时，胎囊间注浆回收管连接上的第三电磁阀打开，浆液通过胎囊间注浆回收管开始向第一柔性胎囊和第二柔性胎囊段之间的中间段内补浆，直至第二压力传感器监测达到预设注浆压力值，井下plc控制器发出关闭第三电磁阀指令，停止补浆；当钻孔由于采动影响抽采钻孔发生形变有效直径变小时，双柔性胎囊和中间段承受的压力就会变大，当大于设定压力值时，第一压力传感器和第二压力传感向plc控制器发出压力变化信息，plc控制器先向第四电磁阀、第七电磁阀发出打开指令信息，钻孔中间段浆液就会先通过胎囊间注浆回收管和第二三通管的第三接口（回浆口）进入第二回浆软管，流入智能保压回浆主管，最后流入巷道的储浆桶中，当第二压力传感器监测到的数值达到设定数值后，第四电磁阀、第七电磁阀关闭；然后，plc控制器先向第二电磁阀、第七电磁阀发出打开指令信息，第一柔性胎囊、第二柔性胎囊内的浆液就会先通过胎囊内注浆回收管和第一三通管的第三接口（回浆口）进入第一回浆软管，流入智能保压回浆主管，最后流入巷道的储浆桶中，当第一压力传感器监测到的数值达到设定数值后，第二电磁阀、第七电磁阀关闭。
12.步骤（5）中对双柔性胎囊及中间段失压进行报警和处置的具体过程为：a）双柔性胎囊失压报警及处置：当柔性胎囊破损出现瞬时漏浆造成第一压力传感器监测的压力急剧下降，补注浆液也不能使柔性胎囊保压，或者压力上升后短时间出现失压现象，系统就会停止继续向该柔性胎囊注入浆液，防止浆液大量涌入钻孔或者巷道，并发出声光警报，提示该钻孔内柔性胎囊失压破损，此时可先对该钻孔内的柔性胎囊进行回收操作，更换破损柔性胎囊后再实施封孔操作即可保证该钻孔继续正常抽釆；b）中间段失压报警及处置：当钻孔中间段由于采动影响出现大量贯通型裂隙，造成钻孔中间段浆液损失严重，第二压力传感器监测的压力急剧下降，补注浆液也不能使中间段保压，或者压力上升后短时间出现失压现象，系统就会停止继续向该钻孔中间段注入浆液，防止浆液大量涌入钻孔或者巷道，并发出声光警报，提示该钻孔中间段失压，此时可先对该钻孔单孔内瓦斯浓度进行测量，若单孔内瓦斯浓度没有出现明显降低不予处理，若该钻孔浓度较之前下降过多，可对该钻孔双柔性胎囊封孔器进行回收操作，调整封孔器封孔位置或者中间段封孔浆液的密度和粘稠度，再次封孔；如果还是难以保压，证明该钻孔周围出现严重较大裂隙难以封堵，可对该钻孔进行关闭处理，以免因该钻孔发生漏气造成抽釆管路瓦斯浓度整体下降。
13.步骤（6）中对双柔性胎囊封孔器和浆液进行回收的具体过程为：plc控制器首先向第四电磁阀、第七电磁阀发出打开指令信息，钻孔中间段浆液就会先通过胎囊间注浆回收管和第二三通管的第三接口（回浆口）进入第二回浆软管，流入智能保压回浆主管，再通过第三三通管流入主回浆管，在井下回浆泵的作用下，最后流入储浆桶中，当第二压力传感器监测到的数值达到设定数值后，第四电磁阀、第七电磁阀关闭；然后，plc控制器先向第二电磁阀、第七电磁阀发出打开指令信息，第一柔性胎囊、第二柔性胎囊内的浆液就会先通过胎囊内注浆回收管和第一三通管的第三接口（回浆口）进入第一回浆软管，流入智能保压回浆主管，在井下回浆泵的作用下，最后流入储浆桶中，当第一压力传感器监测到的数值达到设定数值后，第二电磁阀、第七电磁阀关闭。
14.采用上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
1、本发明中的控制系统为plc控制器，plc控制器主要负责根据制浆、储浆、输浆要求及流量传感器、密度传感器、黏度传感器、液位传感器反馈的信息控制搅拌电机、井下注浆泵、井下回浆泵及电磁阀等进行相应的动作，并将相关信息显示在plc控制器的显示屏上，并可根据需要调整制浆量、输浆量、储浆量等关键数据，实时通信显示井下储浆及封孔器的关键数据信息。
15.2、在制浆时，plc控制器根据制浆量和制浆浓度控制供水管上供水电磁阀的开闭、通过供水流量计计量的注水量，通过控制螺旋给料机的启闭计量固体原料的给料量，在巷道内布置料仓，螺旋给料机设置在料仓下端口。密度传感器和黏度传感器安装在储浆桶的相应位置，用于实时测定浆液的粘稠度和密度信息并传输至plc控制器。
16.3、在回收浆液时，先回收中间段内的浆液，再回收第一柔性胎囊和第二柔性胎囊内部的浆液，这种先后顺序避免了柔性胎囊压力降低中间段压力高引起漏浆的情况，保证了柔性胎囊不会被钻孔变形压力增大而破裂的情况发生。
17.4、钻孔柔性封孔动态保压封孔保证整个钻孔始终处于一个稳定的保压抽釆状态，杜绝了传统封孔材料凝固后由于钻孔体积变大造成的漏气和钻孔体积变小挤压抽釆管破碎引起的抽釆钻孔失效现象，保障了抽釆的安全高效。
18.综上所述，本发明直接在井下制浆并输送到双柔性胎囊封孔器，利用控制系统实现注浆封孔高度智能化，做到封孔压力精确自由控制、钻孔封孔始终自动保压，抽釆结束后封孔材料自动回收，封孔器也可回收重复利用，具有占用空间小、操作简单、自动化程度高、工人劳动强度低，节约成本等优点。
附图说明
19.图1是本发明中储浆搅拌容器、注浆管泵组件、回浆管泵组件之间连接结构示意图；图2是本发明中双柔性胎囊封孔器的结构示意图；图3是图2中两个柔性胎囊的轴向剖视图；图4是本发明中双柔性胎囊封孔器在穿层钻孔内沿巷道长度方向布置的示意图；图5是本发明中双柔性胎囊封孔器在穿层钻孔内沿巷道宽度方向布置的示意图；图6是本发明中双柔性胎囊封孔器在顺层钻孔内沿巷道长度方向布置的示意图。
具体实施方式
20.如图1-图6所示，本发明的井下抽采钻孔柔性保压可回收智能封孔施工方法，包括以下步骤：（1）在井下巷道布置plc控制器、储浆搅拌容器、注浆管泵组件和回浆管泵组件，在抽采钻孔内设置双柔性胎囊封孔器5，注浆搅拌容器下侧部与注浆管泵组件的进液口连接，注浆搅拌容器的出液口与双柔性胎囊封孔器的进液口连接，双柔性胎囊封孔器的出液口与回浆管泵组件的进液口连接，回浆管泵组件的出液口与储浆搅拌容器顶部连接，在布置连接各管路时将管路上安装的阀门、泵站、流量传感器、压力传感器和电磁阀；（2）储浆搅拌容器制备封孔用浆液；（3）向双柔性胎囊封孔器5内进行注浆封孔作业；
（4）连接瓦斯抽采管路对抽采钻孔进行瓦斯抽采作业；（5）瓦斯抽采作业过程中，井下储浆及输送系统对双柔性胎囊封孔器5进行动态保压，并对柔性胎囊及中间段失压进行报警和处置；（6）瓦斯抽采完毕后，对双柔性胎囊封孔器5和浆液进行回收。
21.储浆搅拌容器包括储浆桶6，储浆桶6顶部设有固体原料注入口7，储浆桶6上侧部连接有供水管8，供水管8上设有供水电磁阀9和供水流量计10，储浆桶6顶部设有搅拌电机11，搅拌电机11主轴传动连接有设在储浆桶6内的搅拌器12，储浆桶6内壁中下部设有密度传感器13和黏度传感器14，储浆桶6内壁上部和下部分别设有一个液位传感器15。
22.双柔性胎囊封孔器5设在抽采钻孔29内（抽采钻孔29包括穿层钻孔和顺层钻孔）；双柔性胎囊封孔器5包括第一柔性胎囊30、第二柔性胎囊31、胎囊内注浆回收管32和胎囊间注浆回收管33，第一柔性胎囊30和第二柔性胎囊31的中心孔插设有一根抽采管34，第一柔性胎囊30位于第二柔性胎囊31下方，胎囊内注浆回收管32自下而上依次穿过第一柔性胎囊30和第二柔性胎囊31，胎囊内注浆回收管32上端封堵，胎囊内注浆回收管32上设有位于第一柔性胎囊30内的第一柔性胎囊内注浆回收孔35和位于第二柔性胎囊31内的第二柔性胎囊内注浆回收孔36，胎囊间注浆回收管33上端口自下而上穿过第一柔性胎囊30后伸入到第一柔性胎囊30和第二柔性胎囊31之间；胎囊内注浆回收管32的下端口连接有第一三通管64，胎囊内注浆回收管32下部设有第一压力传感器37和第一流量传感器38，第一三通管64的第二接口上设有第一电磁阀41，第一三通管64的第三接口上设有第二电磁阀42；胎囊间注浆回收管33的下端口连接有第二三通管43，胎囊间注浆回收管33下部设有第二压力传感器44和第二流量传感器45，第二三通管43的第二接口上设有第三电磁阀48，第二三通管43的第三接口上设有第四电磁阀49。
23.注浆管泵组件包括注浆保压主管3，注浆保压主管3的进口端与储浆桶6下侧部连接，注浆保压主管3沿浆液流向依次设有第五电磁阀16、井下注浆泵17、第三流量传感器18、第六电磁阀19和第三压力传感器20。
24.回浆管泵组件包括智能保压回浆主管4，智能保压回浆主管4的出口端与储浆桶6顶部连接，智能保压回浆主管4上沿浆液流向依次设有第四压力传感器21、第七电磁阀22、第四流量传感器23和井下回浆泵24。
25.第一三通管64的第二接口通过第一注浆软管39与注浆保压主管3连接，第一三通管64的第三接口通过第一回浆软管40与智能保压回浆主管4连接，第二三通管43的第二接口通过第二注浆软管46与注浆保压主管3连接，第二三通管43的第三接口通过第二回浆软管47与智能保压回浆主管4连接。
26.步骤（2）的具体过程为：按照预定制浆量，plc控制器向供水管8进口连接的供水泵发出指令，同时指令搅拌电机11、螺旋给料机均启动、供水电磁阀9打开，向储浆桶6内注入一定量的水，根据供水流量计10信息判断达到预定水量停止注水，螺旋给料机将固体物料定量输送到储浆桶6内，搅拌电机11带动搅拌器12开始搅拌，使材料和水充分混合搅拌均匀，直到达到预定比例，该封孔材料具有较好的流动性和一定的粘稠度，密度传感器13和黏度传感器14用于实时测定浆液的粘稠度和密度信息并传输至plc控制器，浆液合格后搅拌电机11停止工作。
27.步骤（3）的具体过程为：plc控制器指令第五电磁阀16和第六电磁阀19打开，井下注浆泵17启动，浆液通过注浆保压主管3将浆液输送到封孔地点，plc控制器通过第三压力传感器20发出压力信号值控制注浆保压主管3上的第五电磁阀16、第六电磁阀19实现管路通断以及井下注浆泵17的启停，让注浆保压主管3中始终保持一定的注浆压力。双柔性胎囊封孔器5插入到钻孔预定封孔深度，通过plc控制器发出封孔指令，此时第一三通管64上的第一电磁阀41打开，胎囊内注浆回收管32开始向两个第一柔性胎囊30、第二柔性胎囊31中注入浆液，第一压力传感器37监测到达设定的压力值时，第一电磁阀41关闭，停止注浆，接着第二三通管43上的第三电磁阀48打开，浆液通过胎囊间注浆回收管33开始向第一柔性胎囊30和第二柔性胎囊31段之间的中间段内注浆，直至第二压力传感器44监测达到预设注浆压力值，plc控制器发出关闭第三电磁阀48指令，停止注浆，该抽采钻孔29封孔完毕。
28.步骤（5）中对双柔性胎囊封孔器进行动态保压的具体过程为：当抽采钻孔29发生变形截面变大从而造成第一柔性胎囊30和/或第二柔性胎囊31中的压力变小并且小于预定恒压压力时，第一压力传感器37将压力监测数据传输到plc控制器，plc控制器指令第一电磁阀41打开，胎囊内注浆回收管32开始向两个第一柔性胎囊30、第二柔性胎囊31中补注浆液，第一压力传感器37监测到达设定的压力值时，第一电磁阀41关闭，停止补浆。同理、当第一柔性胎囊30和第二柔性胎囊31之间的中间段由于抽采钻孔29周围裂隙的出现浆液不断渗入裂隙造成压力下降时，胎囊间注浆回收管33连接上的第三电磁阀48打开，浆液通过胎囊间注浆回收管33开始向第一柔性胎囊30和第二柔性胎囊31段之间的中间段内补浆，直至第二压力传感器44监测达到预设注浆压力值，井下plc控制器发出关闭第三电磁阀48指令，停止补浆。
29.当钻孔由于采动影响抽采钻孔29发生形变有效直径变小时，柔性胎囊和中间段承受的压力就会变大，当大于设定压力值时，第一压力传感器37和第二压力传感向plc控制器发出压力变化信息，plc控制器先向第四电磁阀49、第七电磁阀22发出打开指令信息，钻孔中间段浆液就会先通过胎囊间注浆回收管33和第二三通管43的第三接口（回浆口）进入第二回浆软管47，流入智能保压回浆主管4，最后流入巷道28的储浆桶6中，当第二压力传感器44监测到的数值达到设定数值后，第四电磁阀49、第七电磁阀22关闭。然后，plc控制器先向第二电磁阀42、第七电磁阀22发出打开指令信息，第一柔性胎囊30、第二柔性胎囊31内的浆液就会先通过胎囊内注浆回收管32和第一三通管64的第三接口（回浆口）进入第一回浆软管40，流入智能保压回浆主管4，最后流入巷道28的储浆桶6中，当第一压力传感器37监测到的数值达到设定数值后，第二电磁阀42、第七电磁阀22关闭。
30.先回收中间段内的浆液，再回收第一柔性胎囊30和第二柔性胎囊31内部的浆液，这种先后顺序避免了柔性胎囊压力降低中间段压力高引起漏浆的情况，保证了柔性胎囊不会被钻孔变形压力增大而破裂的情况发生。
31.步骤（5）中对双柔性胎囊及中间段失压进行报警和处置的具体过程为：a）双柔性胎囊失压报警及处置：当柔性胎囊破损出现瞬时漏浆造成第一压力传感器37监测的压力急剧下降，补注浆液也不能使柔性胎囊保压，或者压力上升后短时间出现失压现象，系统就会停止继续向该柔性胎囊注入浆液，防止浆液大量涌入钻孔或者巷道28，并发出声光警报，提示该钻孔内柔性胎囊失压破损，此时可先对该钻孔内的柔性胎囊进行回收操作，更换破损柔性胎囊后再实施封孔操作即可保证该钻孔继续正常抽釆。
32.b）中间段失压报警及处置：当钻孔中间段由于采动影响出现大量贯通型裂隙，造成钻孔中间段浆液损失严重，第二压力传感器44监测的压力急剧下降，补注浆液也不能使中间段保压，或者压力上升后短时间出现失压现象，系统就会停止继续向该钻孔中间段注入浆液，防止浆液大量涌入钻孔或者巷道28，并发出声光警报，提示该钻孔中间段失压，此时可先对该钻孔单孔内瓦斯浓度进行测量，若单孔内瓦斯浓度没有出现明显降低可以不予处理，若该钻孔瓦斯浓度较之前下降过多，可对该钻孔封孔器进行回收操作，调整封孔器封孔位置或者中间段封孔浆液的密度和粘稠度，再次封孔。若果还是难于保压，证明该钻孔周围出现严重较大裂隙难以封堵，可对该钻孔进行关闭处理，以免因该钻孔发生漏气造成抽釆管路瓦斯浓度整体下降。
33.步骤（6）中对双柔性胎囊封孔器和浆液进行回收的具体过程为：plc控制器首先向第四电磁阀49、第七电磁阀22发出打开指令信息，钻孔中间段浆液就会先通过胎囊间注浆回收管33和第二三通管43的第三接口（回浆口）进入第二回浆软管47，流入智能保压回浆主管4，再通过第三三通管流入主回浆管，在井下回浆泵24的作用下，最后流入储浆桶6中，当第二压力传感器44监测到的数值达到设定数值后，第四电磁阀49、第七电磁阀22关闭。然后，plc控制器先向第二电磁阀42、第七电磁阀22发出打开指令信息，第一柔性胎囊30、第二柔性胎囊31内的浆液就会先通过胎囊内注浆回收管32和第一三通管64的第三接口（回浆口）进入第一回浆软管40，流入智能保压回浆主管4，在井下回浆泵24的作用下，最后流入储浆桶6中，当第一压力传感器37监测到的数值达到设定数值后，第二电磁阀42、第七电磁阀22关闭。
34.本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。