專利名稱：用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種封堵鉆孔的器具，具體涉及用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器。
背景技術(shù)：
近年來，隨著煤礦生產(chǎn)在國家戰(zhàn)略發(fā)展中占據(jù)越來越重的地位，煤礦采掘過程中的安全問題和效率問題成為了國家安全監(jiān)管部門和煤礦管理單位的首要考慮的問題，并逐漸形成了 “先抽后采、以風定產(chǎn)、監(jiān)測監(jiān)控”的瓦斯治理方針。在煤礦采掘過程中產(chǎn)生的粉塵和瓦斯，對煤礦工人及煤礦采掘形成極大的危害。使用封孔器對煤礦井下掘進工作面注水或抽放瓦斯，能夠有效增加煤體注水區(qū)域的水分，降低掘進過程中粉塵產(chǎn)生量，改善工人勞動條件，間接促使煤體松弛，提高采煤效率，同時有效排出瓦斯，保證煤礦安全生產(chǎn)?，F(xiàn)階段，按封孔器的封孔原理，可以分為水壓式封孔器、氣壓式封孔器、推脹式封孔器、插入式封孔器、吸入式封孔器等；按封孔器的用途可分為注水用封孔器、注漿用封孔器、抽放瓦斯用封孔器、抽放瓦斯及注水用封孔器等。1)注水用封孔器此類型封孔器主要為水壓式、氣壓式，由橡膠軟管、順序閥及快速接頭等組成，根據(jù)膨脹體使用的是尼龍簾子布纏繞或鋼絲增強層纏繞的橡膠管，可以選擇靜壓或高壓注水。其特點是膨脹后外徑大，適用孔徑范圍大，存在加工長度大，抗靜電性能低等缺陷。2)注漿用封孔器此類型封孔器主要為水壓式，其特點是膨脹后外徑大，適用孔徑范圍大，存在加工長度大，可承受爆破壓力小，重復利用次數(shù)受限等缺陷。3)抽放瓦斯用封孔器此類型封孔器主要為水壓式、推脹式或插入式，其適用孔徑范圍較小，可承受爆破壓力小，抗靜電性能要求相對較高。4)抽放瓦斯及注水用封孔器此類型封孔器主要為水壓式、推脹式，其特點是可膨脹外徑范圍較小，存在承受爆破壓力大，加工長度大，抗靜電性能要求相對較高等缺陷。實際生產(chǎn)中，由于當前沒有專門的標準作為封孔器設(shè)計、生產(chǎn)、檢驗參考，生產(chǎn)廠家各行其事，造成封孔器的質(zhì)量參差不一，如應(yīng)用較多的水力膨脹式自動封孔器存在注水停泵時會出現(xiàn)封孔器與鉆孔壁之間漏水、注水完畢停泵后封孔器從鉆孔中沖出，封孔效果不是很理想，而且市場價格偏高等缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的發(fā)明目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，安裝使用方便，采用脹殼式的機械膨脹原理，一來使其更容易緊固，二來由于其構(gòu)造具有“愈壓愈緊”的特點，使封孔效果更好的用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的技術(shù)方案是這樣解決的一種用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器的特殊之處在于該封孔器的一帶有內(nèi)螺紋的搬手螺母一端與注液管一端連接，搬手螺母另一端通過墊片與帶有外螺紋的空心桿體一端連接，所述的空心桿體另一端與穿入到錐形脹殼體的楔形體右端連接，所述的空心桿體外徑上套入有套筒，錐形脹殼體上開有環(huán)形槽和脹槽，所述脹槽與脹槽之間連接膨脹片，所述的錐形脹殼體右端喇叭口上插入楔形體，所述的錐形脹殼體的外徑上套入連接有彈性套，所述的注液管連接有閥門和壓力表。

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的楔形體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1的脹殼體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖1的位移量與施加壓力的關(guān)系曲線圖。
具體實施方式
附圖為本實用新型的實施例。
以下結(jié)合附圖對發(fā)明內(nèi)容作進一步說明參照圖1所示，用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器的該封孔器的一帶有內(nèi)螺紋的搬手螺母3 —端與注液管1 一端連接，搬手螺母3另一端通過墊片4與帶有外螺紋的空心桿體6 —端連接，所述的空心桿體6另一端與穿入到錐形脹殼體8的楔形體13 右端連接，所述的空心桿體6外徑上套入有套筒5，錐形脹殼體8上開有環(huán)形槽9和脹槽12， 所述脹槽與脹槽之間連接膨脹片10，所述的錐形脹殼體8右端喇叭口上插入楔形體13，所述的錐形脹殼體8的外徑上套入連接有彈性套11，所述的注液管1連接有閥門2和壓力表。所述的注液管1、空心桿體6、錐形脹殼體8、楔形體13內(nèi)腔置有吸氣管7。所述的彈性套為橡膠筒。所述的楔形體軸向長度為L=60mm 85mm，內(nèi)管徑為d為18mm 25mm，楔角為 α =5° 8°。所述的脹殼體的軸向長度為L=13mm 17mm、d=2mm 5mm。圖2、圖3所示為楔形體，脹殼體結(jié)構(gòu)示意圖。(1)楔形體現(xiàn)有封孔器中楔形體的尺寸為軸向長度為L= 75mm,內(nèi)管徑為d=20mm，楔角為 α =5°，如圖2所示。(2)脹殼體脹殼體的軸向長度為L=15mm、d=2mm，脹殼體結(jié)構(gòu)示意圖如圖3。(3)套筒及注液吸氣管套筒及注液吸氣管的軸向長度L隨工程實際需要而定，注液吸氣管的外徑 d=20mm，套筒的內(nèi)徑應(yīng)比注液吸氣管的外徑稍大，但應(yīng)比脹殼體錐形端的外徑小。(4)橡皮套單級連接時，橡皮套的原始(未發(fā)生變形)長度為120mm，厚度為3mm，內(nèi)徑為觀讓， 彈性套可以增加摩擦力，封堵更密實，接觸更牢靠。圖4所示為位移量與施加壓力的關(guān)系曲線圖，垂直座標為壓力值，水平座標為位移量，當壓力不斷增大到Pm=15. 7Mpa時，錐形體相對脹殼體向施加壓力的方向運動25mm。
4[0032]帶內(nèi)螺紋的楔形體插入連接在脹殼體一端的喇叭口上，脹殼體錐形端與另一脹殼的喇叭口活動連接，在脹殼體的筒體上開有脹槽和環(huán)形槽，兩端帶外螺紋空心桿體穿過至少兩節(jié)脹殼體內(nèi)腔，外套一鋼管套筒，套筒直徑小于脹殼體錐形端直徑和螺母直徑，一端旋轉(zhuǎn)連接到帶內(nèi)螺紋的楔形體上，另一端與螺母連接，鋼管套筒長度為脹殼錐形端到空心桿體另一端螺紋處，空心桿體，套筒與脹殼體、螺母剛性連接。在脹殼體與楔形體外套一段拉緊的橡膠筒。封孔器安裝完畢后，擰動螺母，拉動錨桿桿體，使楔形體與脹殼體產(chǎn)生相對位移， 使脹殼體膨脹開來，脹殼體上的橡膠筒與孔壁緊密接觸，孔內(nèi)壁產(chǎn)生極大的壓力，在巨大的壓力橡膠筒與孔壁之間產(chǎn)生的摩擦力足以抵抗孔內(nèi)壓力。巨大的壓力使橡膠筒與鉆孔緊密連接，起到很好的防漏作用。同時孔內(nèi)壓力推動楔形頭往外運動，使其與脹殼體之間相對位移越來越大，對鉆孔壁壓力不斷增大，孔壁與橡膠筒間的摩擦力更大，孔壁內(nèi)孔隙收縮，防止其滲漏，同時橡膠筒與孔壁連接更緊密，達到更好的封孔效果。實施例1注液吸氣管抗拉安裝封孔器時，要擰動螺絲，拉緊注液吸氣管，使脹殼體膨脹，因此要對其進行抗拉實驗。經(jīng)實驗室測定，為達到抽放瓦斯的密封要求時，拉緊力大小小于鋼管及注液吸氣管的抗拉強度。因此，注液吸氣管在實際應(yīng)用中滿足初始預緊力要求。封水效果實驗室模擬堅硬煤體，進行封水效果測試，封孔器端頭安裝壓力表測量注水壓力.封孔器安裝完畢后，開啟注水閥門，調(diào)節(jié)注水壓力，監(jiān)測封孔器的封孔，當注水壓力達到15.7Mpa時，持續(xù)10分鐘未出現(xiàn)漏水情況，封孔效果良好。水力膨脹式自動封孔器在注水壓力達到15Mpa時，持續(xù)20分鐘未出現(xiàn)漏水或滑動情況，說明該封孔器能夠滿足煤層中高壓注水要求。承壓性能在實驗室，以一鋼管(L=30mm D=5mm)模擬煤壁鉆孔，將封孔器從鋼管一端插入25mm使錐形體相對脹殼體向外運動，使脹殼體膨脹與孔壁緊密接觸，達到封孔效果。從另一端對錐形體施加壓力模擬水壓。當壓力不斷增大時，錐形體相對脹殼體向施加壓力的方向運動，脹殼體膨脹量繼續(xù)增大，錐形體的位移量與施加壓力的關(guān)系如圖4所示，當施加壓力增大到Pm=15. 7Mpa時，該封孔器可以滿足要求。本實用新型與現(xiàn)有技相比，具有以下特點(1)、構(gòu)造簡單，該封孔器核心部件由脹殼體和楔形頭組成，結(jié)構(gòu)簡單，零件少，組裝方便。(2)、封孔質(zhì)量可靠，采用了兩級或多級脹殼體串聯(lián)的形式，前部脹殼體相當于后部脹殼體的楔形頭，后部脹殼體同時向前部脹殼體提供推力，更有效的保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。(3)、成本低廉，該封孔器由價格低廉的材料制造而成，與現(xiàn)有封孔器相比，成本大大降低。套筒和注液吸氣管用完后可回收，多次利用。這也是該封孔器的最大優(yōu)點。(4)、多用途，不僅可以用于注水封孔，還可用于注漿及瓦斯抽放封孔，現(xiàn)有注水封孔器難以完成黏度較大的漿體注射及瓦斯抽放，該封孔器注液吸氣管與楔形體孔徑相同， 孔內(nèi)結(jié)構(gòu)簡單，注漿時不會發(fā)生堵塞現(xiàn)象，清理也方便。此外，在拉應(yīng)力較小時，此封孔器可用作簡易錨桿錨頭，若拉應(yīng)力較大，可將空心管換為實心管，錨固能力會大大增強。(5)封孔器的位置可以在鉆孔孔深的任何位置進行安裝施工，不受其它件限制， 安裝速度快，在10-20秒之間。而其它封孔器只能在孔口，不能在鉆孔孔深的某一位置。(6)封孔器還可以在一個鉆孔孔內(nèi)的不同位置安裝兩個或兩個以上封孔器，以達到不同的科研要求目的。目前其它形式的封孔器都達不到一個鉆孔孔內(nèi)的不同位置安裝兩個或兩個以上封孔器的要求。(7)封孔是針對外徑是38mm 49mm鉆孔進行封孔的，如果鉆孔的孔徑變大，還可以生產(chǎn)設(shè)計不同的封孔器來達到其要求的。工業(yè)性試驗封孔器承載性工業(yè)實驗分別在大水頭煤礦、大屯煤電公司姚橋煤礦進行過漲殼錨頭實驗。錨固力達到5 8噸。達到現(xiàn)場支護要求。綜上所述，改進后的機械摩擦式封孔器最大的性能優(yōu)點在于其采用脹殼式的機械膨脹原理，一來使其更容易緊固，二來由于其構(gòu)造本身能使其具有“愈壓愈緊”的特點，使封孔效果更佳。更重要的是其簡單的結(jié)構(gòu)和低廉的造價也是其他封孔器所不能比擬的，所以， 使用時可不必回收其脹殼與楔形頭部分，避免了水力膨脹式封孔器回收、清洗、保養(yǎng)所帶來的麻煩。這些都有利于提高礦井生產(chǎn)中的工作效率，降低了勞動強度，節(jié)約了成本。另外， 根據(jù)同樣的原理，該封孔器的核心部件脹殼和楔形頭可用作可回收錨桿的錨頭，而且這一技術(shù)已在現(xiàn)場試驗中得到了驗證。
權(quán)利要求1.一種用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器，其特征在于該封孔器的一帶有內(nèi)螺紋的搬手螺母(3)—端與注液管(1) 一端連接，搬手螺母(3)另一端通過墊片(4)與帶有外螺紋的空心桿體(6)—端連接，所述的空心桿體(6)另一端與穿入到錐形脹殼體(8)的楔形體(13)右端連接，所述的空心桿體(6)外徑上套入有套筒(5)，錐形脹殼體(8)上開有環(huán)形槽(9)和脹槽(12)，所述脹槽與脹槽之間連接膨脹片(10)，所述的錐形脹殼體(8)右端喇叭口上插入楔形體(13)，所述的錐形脹殼體(8)的外徑上套入連接有彈性套(11)，所述的注液管(1)連接有閥門(2)和壓力表。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器，其特征在于所述的注液管(1)、空心桿體(6)、錐形脹殼體(8)、楔形體(13)內(nèi)腔置有吸氣管(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器，其特征在于所述的彈性套為橡膠筒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器，其特征在于所述的楔形體軸向長度為L=60mm 85mm，內(nèi)管徑為d為18mm 25mm，楔角為α =5° 8°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器，其特征在于所述的脹殼體的軸向長度為L=13mm 17mm、d=2mm 5mm。
專利摘要本實用新型公開了用于抽放瓦斯或注水用的摩擦式多功能封孔器。封孔器的一帶有內(nèi)螺紋螺母一端與注液管一端連接，另一端通過墊片與帶有外螺紋的空心桿體一端連接，空心桿體另一端與錐形脹殼體連接，空心桿體外圓套入套筒，空心桿體與外圓套入套筒之間置有注液吸氣管，錐形脹殼體上開有環(huán)形槽和脹槽，脹槽與脹槽之間連接膨脹片，錐形脹殼體右端喇叭口上插入楔形體，錐形脹殼體外徑上套有彈性套，注液管連接有閥門和壓力表。構(gòu)造簡單，該封孔器核心部件由脹殼體和楔形頭組成，結(jié)構(gòu)簡單，組裝方便，成本低廉，多用途，用于注水封孔、注漿及瓦斯抽放封孔，注漿時不會發(fā)生堵塞現(xiàn)象，不同位置可安裝兩個以上封孔器，廣泛用于煤礦，地下工程等行業(yè)。
文檔編號E21B33/127GK202023529SQ20112008611
公開日2011年11月2日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者李毅, 來興平, 高喜才 申請人:西安科技大學