一种用于测定煤层顶板裂隙带位置的注水封孔器的制作方法

1.本实用新型属于矿井瓦斯治理技术领域，具体涉及一种用于测定煤层顶板裂隙带位置的注水封孔器。


背景技术：

2.煤层开采后，在动压影响下，采空区顶板冒落，此时会产生冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。受开采技术与开采条件的限制，高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井回采工作面由于瓦斯涌出量大，极易造成工作面回风流和上隅角瓦斯超限，形成安全隐患。目前普遍采用煤层顶板裂隙带高位钻孔抽采技术。其机理是利用回采工作面开采在采空区顶板形成的冒落带、裂隙带和弯曲下沉带的空间高度和渗透性不同，连通采面和上隅角通风瓦斯的程度不同，在裂隙较为发育的裂隙带合适位置布置抽采钻孔，大量抽采高浓度瓦斯，实现防止瓦斯超限目的。在对裂隙带中积聚的瓦斯进行抽放时需要知道冒落带及裂隙带的高度，目前采用的方法大多为使用经验公式计算得出，由于顶板岩石的复杂性导致经验公式的计算并不准确。使用不够精确的裂隙带高度进行指导瓦斯的抽放，其效果也不会达到最佳。所以要使抽采效果达到最佳就需要探明精确的裂隙带与冒落带高度。需要精准测定煤层顶板裂隙带位置，即距离煤层的垂直高度，根测定结果设计施工顶板裂隙带抽采钻孔，并对钻孔内进行封孔注水作业，封孔器需要在一个钻孔内反复封孔多次，现有的封孔器通常采用间隔设置的双胎囊，先需要对胎囊进行注水，然后在两个胎囊之间形成的腔体内进行注水封孔，最后通过中心注水管向钻孔底部注水，这种常规的封孔器操作较为繁琐，在一个钻孔内多次封孔操作，效率较低。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中封孔器的问题，本实用新型提供一种结构简单、方便操作、可大大提高施工效率的用于测定煤层顶板裂隙带位置的注水封孔器。
4.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种用于测定煤层顶板裂隙带位置的注水封孔器，包括由后向前依次布置的第一注水管、第二注水管和第三注水管，第一注水管的出水口通过一个四通管接头与第二注水管的进水口连接，第一注水管上设有注水阀，四通管接头的另两个接口分别连接有水压表和水量表，第二注水管的出水口通过一个三通管接头与第三注水管的进水口连接，三通管接头的另一个接口连接有泄压阀，第三注水管的出水口端外圆同轴线设有圆柱形的胎囊，胎囊与第三注水管上对应开设有连通的注水孔，第三注水管的出水口处设有定压排水装置。
5.定压排水装置包括导向锥筒、导向柱、圆锥密封塞、圆锥密封套和弹簧，导向锥筒为前细后粗的圆锥筒结构，导向锥筒后端固定设有环形板，环形板内圆与第三注水管前端口固定连接，圆锥密封塞外圆和圆锥密封套内圆均为前粗后细的圆锥形结构，圆锥密封套外圆和导向柱外圆均为圆柱体结构，圆锥密封套外径、导向柱外径和第三注水管内径相等，导向柱后端与圆锥密封塞前端同轴线固定连接，圆锥密封套同轴线设置在第三注水管内并
通过径向设置的沉头铆钉与第三注水管固定连接，导向柱滑动连接在第三注水管的前端口内，导向锥筒前端敞口，导向锥筒内部设有支架，弹簧前端和后端分别与支架和导向柱前端面顶压连接，在弹簧的弹力作用下，圆锥密封塞外圆和圆锥密封套内圆压接密封配合。
6.导向柱外圆沿平行于轴线的方向设有轴向导水槽，圆锥密封塞的外圆前端设有环形导水槽，环形导水槽与轴向导水槽的后端连通。
7.支架包括从后到前依次间隔设置的三个十字架，三个十字架的外端均与导向锥筒内壁固定连接，最前侧的一个十字架设置在导向锥筒的前端口内，相邻两个十字架支架设有一根沿导向锥筒中心线方向设置的支杆，弹簧前端顶压连接在左后侧的一个十字架的中心处。
8.导向锥筒前端口设有圆形网片，圆形网片同时与导向锥筒前端口和最前端的十字架连接。
9.采用上述技术方案，在钻孔后，使用本实用新型对钻孔进行中压封孔并高压注水，其具体工作过程为：
10.第一输水管的进口端的连接注水泵，打开注水阀，中压水沿第一注水管、第二注水管进入到第三注水管内，第三注水管前端口处设置的定压排水装置将第三注水管的出水口封闭，中压水由注水孔进入到胎囊内，胎囊膨胀，胎囊外圆与钻孔内壁压接将钻孔封闭，第三注水管内的压力水向前顶压对圆锥密封塞后端面，当水压未超过定压排水装置的额定封闭压力，圆锥密封塞外圆始终与圆锥密封套内圆密封连接，当注水的水压大于定压排水装置的额定封闭压力后，第三注水管内的压力水推动圆锥密封塞和导向柱向前移动，弹簧被压缩，圆锥密封塞外圆与圆锥密封套内圆之间具有圆锥形间隙，压力水通过圆锥形间隙、环形导水槽和轴向导水槽流入到导向锥筒内，再由导向锥筒前端口排入到钻孔内，在注水过程中观测并记录水压表和水量表的示数，水压越大，圆锥形间隙越大，泄压水流速度越大。
11.导向锥筒的前端出水口处位于弯曲下沉带中时，由于弯曲下沉带裂隙不发育、无负压、泄压速度与注水速度一致，泄压压力与注水压力一样保持不变，注水压力与泄压压力达到动态平衡以后保持的压力会比在裂隙带中保持的压力大；时刻观察水量表，看是否保持足够的进水量，记录此时的水压表数值，关闭注水控制阀门，此时胎囊仍然保持膨胀的最大状态，圆锥密封塞与圆锥密封套压接密封，不再出水泄压；因需要往孔口回撤继续测定，则需要对胎囊内的水压进行泄压处理，打开三通管接头上的泄压阀，胎囊内的水压泄压，泄压以后胎囊缩回原来未膨胀状态，整个专用中压自胀式封孔器进行回撤，回撤到指定位置以后重复上述操作记下水压表和水量表数据。
12.本实用新型中的专用中压自胀式封孔器采用向胎囊里注入压力水实现胎囊的膨胀，胎囊膨胀后将钻孔封闭，水压达到定压排水装置的额定封闭压力（即弹簧的最大弹力）后，压力水通过导向锥筒向钻孔内泄压排水，在封孔的同时进行注水作业。导向锥筒不仅起到在向钻孔的孔底移动过程中的导向作用，而且为弹簧提供支撑连接的作用。导向锥筒内设置十字架，起到对导向锥筒的支撑，相邻十字架之间通过支杆连接，确保最后侧的十字架在弹簧弹力作用下稳定不变形。导向锥筒前端口设置圆形网片，避免钻孔内的颗粒状杂物进入导向锥筒内影响弹簧的正常工作。在弹簧和水压的作用下，导向柱在第三注水管内前后移动，圆锥密封塞外圆和圆锥密封套内圆的压接密封，密封性好，沉头铆钉将圆锥密封套与第三注水管固定，确保密封的可靠性。环形导水槽与轴向导水槽起到溢流导流的作用。胎
囊固定套设在第三注水管前端出水口的外圆上，另外胎囊在不膨胀时，环形板外径大于或等于胎囊外径，胎囊前端与环形板接触，这样可避免在向钻孔内移动时，胎囊前端与钻孔内的杂物接触，保护胎囊不受损伤。
13.综上所述，本实用新型结构简单、操作方便、在封孔的同时进行注水，确保封孔的压力保持恒定，封孔效果好，且便于泄压退出封孔胎囊，特别适用于在一个钻孔内反复封孔作业。
附图说明
14.图1是本实用新型的结构示意图；
15.图2是图1中第三注水管前端口胎囊和定压排水装置的放大图。
具体实施方式
16.如图1和图2所示，本实用新型的一种用于测定煤层顶板裂隙带位置的注水封孔器，包括由后向前依次布置的第一注水管4、第二注水管5和第三注水管6，第一注水管4的出水口通过一个四通管接头7与第二注水管5的进水口连接，第一注水管4上设有注水阀27，四通管接头7的另两个接口分别连接有水压表8和水量表9，第二注水管5的出水口通过一个三通管接头10与第三注水管6的进水口连接，三通管接头10的另一个接口连接有泄压阀11，第三注水管6的出水口端外圆同轴线设有圆柱形的胎囊12，胎囊12与第三注水管6上对应开设有连通的注水孔13，第三注水管6的出水口处设有定压排水装置14。
17.定压排水装置14包括导向锥筒15、导向柱16、圆锥密封塞17、圆锥密封套18和弹簧19，导向锥筒15为前细后粗的圆锥筒结构，导向锥筒15后端固定设有环形板20，环形板20内圆与第三注水管6前端口固定连接，圆锥密封塞17外圆和圆锥密封套18内圆均为前粗后细的圆锥形结构，圆锥密封套18外圆和导向柱16外圆均为圆柱体结构，圆锥密封套18外径、导向柱16外径和第三注水管6内径相等，导向柱16后端与圆锥密封塞17前端同轴线固定连接，圆锥密封套18同轴线设置在第三注水管6内并通过径向设置的沉头铆钉21与第三注水管6固定连接，导向柱16滑动连接在第三注水管6的前端口内，导向锥筒15前端敞口，导向锥筒15内部设有支架，弹簧19前端和后端分别与支架和导向柱16前端面顶压连接，在弹簧19的弹力作用下，圆锥密封塞17外圆和圆锥密封套18内圆压接密封配合。
18.导向柱16外圆沿平行于轴线的方向设有轴向导水槽22，圆锥密封塞17的外圆前端设有环形导水槽23，环形导水槽23与轴向导水槽22的后端连通。
19.支架包括从后到前依次间隔设置的三个十字架24，三个十字架24的外端均与导向锥筒15内壁固定连接，最前侧的一个十字架24设置在导向锥筒15的前端口内，相邻两个十字架24支架设有一根沿导向锥筒15中心线方向设置的支杆25，弹簧19前端顶压连接在左后侧的一个十字架24的中心处。
20.导向锥筒15前端口设有圆形网片26，圆形网片26同时与导向锥筒15前端口和最前端的十字架24连接。
21.在钻孔后，使用本实用新型对钻孔进行中压封孔并高压注水，其具体工作过程为：
22.第一输水管的进口端的连接注水泵，打开注水阀27，中压水沿第一注水管4、第二注水管5进入到第三注水管6内，第三注水管6前端口处设置的定压排水装置14将第三注水
管6的出水口封闭，中压水由注水孔13进入到胎囊12内，胎囊12膨胀，胎囊12外圆与钻孔内壁压接将钻孔封闭，第三注水管6内的压力水向前顶压对圆锥密封塞17后端面，当水压未超过定压排水装置14的额定封闭压力，圆锥密封塞17外圆始终与圆锥密封套18内圆密封连接，当注水的水压大于定压排水装置14的额定封闭压力后，第三注水管6内的压力水推动圆锥密封塞17和导向柱16向前移动，弹簧19被压缩，圆锥密封塞17外圆与圆锥密封套18内圆之间具有圆锥形间隙，压力水通过圆锥形间隙、环形导水槽23和轴向导水槽22流入到导向锥筒15内，再由导向锥筒15前端口排入到钻孔内，在注水过程中观测并记录水压表8和水量表9的示数，水压越大，圆锥形间隙越大，泄压水流速度越大。
23.导向锥筒15的前端出水口处位于弯曲下沉带中时，由于弯曲下沉带裂隙不发育、无负压、泄压速度与注水速度一致，泄压压力与注水压力一样保持不变，注水压力与泄压压力达到动态平衡以后保持的压力会比在裂隙带中保持的压力大；时刻观察水量表9，看是否保持足够的进水量，记录此时的水压表8数值，关闭注水控制阀门，此时胎囊12仍然保持膨胀的最大状态，圆锥密封塞17与圆锥密封套18压接密封，不再出水泄压；因需要往孔口回撤继续测定，则需要对胎囊12内的水压进行泄压处理，打开三通管接头10上的泄压阀11，胎囊12内的水压泄压，泄压以后胎囊12缩回原来未膨胀状态，整个专用中压自胀式封孔器进行回撤，回撤到指定位置以后重复上述操作记下水压表8和水量表9数据。
24.本实用新型中的专用中压自胀式封孔器采用向胎囊12里注入压力水实现胎囊12的膨胀，胎囊12膨胀后将钻孔封闭，水压达到定压排水装置14的额定封闭压力（即弹簧19的最大弹力）后，压力水通过导向锥筒15向钻孔内泄压排水，在封孔的同时进行注水作业。导向锥筒15不仅起到在向钻孔的孔底移动过程中的导向作用，而且为弹簧19提供支撑连接的作用。导向锥筒15内设置十字架24，起到对导向锥筒15的支撑，相邻十字架24之间通过支杆25连接，确保最后侧的十字架24在弹簧19弹力作用下稳定不变形。导向锥筒15前端口设置圆形网片26，避免钻孔内的颗粒状杂物进入导向锥筒15内影响弹簧19的正常工作。在弹簧19和水压的作用下，导向柱16在第三注水管6内前后移动，圆锥密封塞17外圆和圆锥密封套18内圆的压接密封，密封性好，沉头铆钉21将圆锥密封套18与第三注水管6固定，确保密封的可靠性。环形导水槽23与轴向导水槽22起到溢流导流的作用。胎囊12固定套设在第三注水管6前端出水口的外圆上，另外胎囊12在不膨胀时，环形板20外径大于或等于胎囊12外径，胎囊12前端与环形板20接触，这样可避免在向钻孔内移动时，胎囊12前端与钻孔内的杂物接触，保护胎囊12不受损伤。
25.本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型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，均属于本实用新型技术方案的保护范围。