一种可复用式的瓦斯钻孔两堵一注一体式坐封封隔器
阅读说明：本技术 一种可复用式的瓦斯钻孔两堵一注一体式坐封封隔器 (Reusable gas drilling two-plugging one-injection integrated setting packer ) 是由 程健维 王钰 吴宇辰 吴雨航 梅境 田松杰 罗望 关品品 郑欣睿 张蕊 王最 于 2020-11-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可复用式的瓦斯钻孔两堵一注一体式坐封封隔器,包括套接在瓦斯管外部的硬质支撑杆,硬质支撑杆的尾端套设有密封囊袋,硬质支撑杆内设置有注水管以及注浆管,注浆管的末端通过非凝浆液注浆口与瓦斯钻孔的内腔连通,注水管的末端通过孔底囊袋进液口与密封囊袋连通,硬质支撑杆的前端套设有密封橡胶,注水管通过密封机构进液口与密封橡胶连通,密封橡胶的两侧对应设置有环形体,环形体的外侧依次对应设置有锥形体、防突环、卡瓦、液压缸,液压缸的进液口与注水管连通,可以实现双重密封,密封效果更好,而且可以在泄压后进行反复使用,解决了原先囊袋膨胀不足,难以回收的问题,是对其系统中的可复用式设备一次全新探索。(The invention discloses a reusable two-plug one-injection integral setting packer for a gas drilling hole, which comprises a hard supporting rod sleeved outside a gas pipe, wherein a sealing bag is sleeved at the tail end of the hard supporting rod, a water injection pipe and a grouting pipe are arranged in the hard supporting rod, the tail end of the grouting pipe is communicated with an inner cavity of the gas drilling hole through a non-coagulation slurry grouting port, the tail end of the water injection pipe is communicated with the sealing bag through a liquid inlet of a bag at the bottom of the hole, sealing rubber is sleeved at the front end of the hard supporting rod, the water injection pipe is communicated with the sealing rubber through a liquid inlet of a sealing mechanism, annular bodies are correspondingly arranged at two sides of the sealing rubber, a conical body, an anti-bulge ring, a slip and a hydraulic cylinder are correspondingly arranged outside the annular bodies in sequence, the liquid inlet of the hydraulic cylinder is communicated with the water injection pipe, double sealing can be realized, the sealing, the problem of difficult recovery is a brand new exploration for the reusable equipment in the system.)
技术领域
本发明涉及瓦斯抽采钻孔封堵设备，特别是一种可复用式的瓦斯钻孔两堵一注一体式坐封封隔器。
背景技术
传统封孔方法都是采用的“固封气”思路，即用固体封堵气体，难以解决新生裂隙的封堵问题，而使用“液封气”思路的非凝固绿色浆液对可对瓦斯抽采钻孔裂实现动态封堵，有效解决了瓦斯抽采过程中新生裂隙难以封堵的问题，能显著提高瓦斯抽采效果。但是对于新型封堵的投入使用而言还存在着一个难题，即封堵系统的不完善，缺少配套的设备和经验。目前广泛应用的“两堵一注”装备存在失效率高、不可复用的不足；虽有研发出的可复用封孔装备，但多使用简单的注水膨胀囊袋的方法，实际应用中存在膨胀不足、难以回收的问题。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种可复用式的瓦斯钻孔两堵一注一体式坐封封隔器。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种可复用式的瓦斯钻孔两堵一注一体式坐封封隔器，包括套接在瓦斯管外部的硬质支撑杆，所述硬质支撑杆的尾端套设有密封囊袋，所述密封囊袋的两端设置有套接在硬质支撑杆以及瓦斯管外部的用于轴向固定密封囊袋的硬质堵头，所述硬质支撑杆内设置有注水管以及注浆管，所述注浆管的末端通过非凝浆液注浆口与瓦斯钻孔的内腔连通，所述注水管的末端通过孔底囊袋进液口与密封囊袋连通，所述硬质支撑杆的前端套设有密封橡胶，所述注水管通过密封机构进液口与密封橡胶连通，所述密封橡胶的两侧对应设置有环形体，所述环形体的外侧依次对应设置有锥形体、与锥形体对应的防突环、与防突环对应的卡瓦、与卡瓦连接的液压缸，所述液压缸的进液口与注水管连通，所述注水管上设置有用于封堵注水管的系统限位阀，所述卡瓦的内侧对应设置有复位弹簧，所述注浆管的端部设置有三通。
优选地，所述瓦斯管的末端形成有花管，便于更好的收集瓦斯。
优选地，所述注水管的端部形成有注水口，所述系统限位阀靠近注水口端设置，通过注水口向注水管注水，给器中压力以实现设备的坐封，系统限位阀可以更好的封堵注水管，且可以在解封时，进行泄压。
优选地，所述注浆管的端部设置有三通，所述三通的直管段的前端与前侧的注浆管连通，所述直管段的后端与后侧的注浆管连通，所述前侧的注浆管端部形成有注浆口，所述三通的上管段连通有压力表，三通结构的设置可以更好的设置压力表，通过压力表可以更好的观测注浆压力，注浆口采用螺纹堵头密封，不需要注浆时关闭，需要注浆时，打开堵头，利用自动注浆补浆设备注入浆液即可。
优选地，所述防突环、卡瓦上形成有与锥形体对应的锥管部，可以更好的方便科瓦沿着锥形体的锥面移动挤压防突环。
优选地，所述卡瓦内侧形成有与复位弹簧对应的轴向设置的卡接凹槽，所述复位弹簧与环形体的小端对应设置，复位弹簧与卡接凹槽内壁焊接，方便在泄压后，通过复位弹簧将卡瓦推到原来位置。
优选地，所述系统限位阀的迎面为斜坡式，可以采用细长杆状物打开系统限位阀的，易于在抽采完成之后进行泄压再利用。
本发明的有益效果在于：本发明结构简单，可以实现双重密封，密封效果更好，而且可以在泄压后进行反复使用，解决了原先囊袋膨胀不足，难以回收的问题，是对其系统中的可复用式设备一次全新探索，具体使用时，将一体式的密封囊袋下至钻孔合适位置，连接高压水至注水口，水先通过孔底囊袋进液口将密封囊袋膨胀，以完成底部囊袋的先行封堵；通过器中液体压力的改变，在底部囊袋完成固定稳固的初步封堵之后，紧接着装置内水压逐渐增大，液压缸活塞被推动，同时带动卡瓦沿锥形体斜向移动，至卡紧在孔壁上，防突环被卡瓦挤压膨胀，封堵钻孔，开启基于坐封原理的第二次封堵；通过器中液体压力的改变，在坐封初步完成之后，水压逐渐增大达到密封机构进液口爆破阀阈值后，水流进入密封橡胶机构并将其膨胀，最后在水压作用下推动系统限位阀封堵注水管，完成封堵过程注浆时将配置好的非凝浆液通过注浆口注入，当达到合适压力后，拧紧三通，注浆工作完成，需进行补浆时利用自动注浆补浆设备进行补浆；解封时，使用工具将系统限位阀人为复原，泄压放水，卡瓦内部的复位弹簧作用，使卡瓦移动回到原来的位置，最后拔出囊袋可进行下一次封孔作业。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的坐封机构结构示意图；
图3为本发明的坐封状态示意图；
图4为本发明的坐封状态的坐封机构结构示意图；
图5为本发明的膨胀体积和贴合力关系的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实例提供一种可复用式的瓦斯钻孔两堵一注一体式坐封封隔器，包括套接在瓦斯管1外部的硬质支撑杆17，所述硬质支撑杆17的尾端套设有密封囊袋15，所述密封囊袋15的两端设置有套接在硬质支撑杆17以及瓦斯管1外部的用于轴向固定密封囊袋15的硬质堵头18，所述硬质支撑杆17内设置有注水管以及注浆管，所述注浆管的末端通过非凝浆液注浆口14与瓦斯钻孔的内腔连通，所述注水管的末端通过孔底囊袋进液口16与密封囊袋15连通，所述硬质支撑杆17的前端套设有密封橡胶12，所述注水管通过密封机构进液口13与密封橡胶12连通，所述密封橡胶12的两侧对应设置有环形体11，所述环形体11的外侧依次对应设置有锥形体10、与锥形体10对应的防突环9、与防突环9对应的卡瓦7、与卡瓦7连接的液压缸6，所述液压缸6的进液口与注水管连通，所述注水管上设置有用于封堵注水管的系统限位阀5，所述卡瓦7的内侧对应设置有复位弹簧8，所述注浆管的端部设置有三通4。所述瓦斯管1的末端形成有花管19，便于更好的收集瓦斯。所述注水管的端部形成有注水口2，所述系统限位阀5靠近注水口2端设置，通过注水口2向注水管注水，给器中压力以实现设备的坐封，系统限位阀5可以更好的封堵注水管，且可以在解封时，进行泄压。所述注浆管的端部设置有三通4，所述三通4的直管段的前端与前侧的注浆管连通，所述直管段的后端与后侧的注浆管连通，所述前侧的注浆管端部形成有注浆口3，所述三通4的上管段连通有压力表，三通结构的设置可以更好的设置压力表，通过压力表可以更好的观测注浆压力，注浆口3采用螺纹堵头密封，不需要注浆时关闭，需要注浆时，打开堵头，利用自动注浆补浆设备注入浆液即可。所述防突环9、卡瓦7上形成有与锥形体10对应的锥管部，可以更好的方便科瓦7沿着锥形体的锥面移动挤压防突环9。所述卡瓦7内侧形成有与复位弹簧8对应的轴向设置的卡接凹槽，所述复位弹簧8与环形体11的小端对应设置，复位弹簧8与卡接凹槽内壁焊接，方便在泄压后，通过复位弹簧8将卡瓦7推到原来位置。所述系统限位阀5的迎面为斜坡式，可以采用细长杆状物打开系统限位阀5的，易于在抽采完成之后进行泄压再利用。
如图1-图4所示，具体使用时，瓦斯钻孔成孔后按照原有工艺将一体式的密封囊袋15下至钻孔合适位置，连接高压水至注水口2，水先通过孔底囊袋进液口16将密封囊袋15膨胀，以完成底部囊袋的先行封堵，此时水压未达到孔口坐封机构工作水压；装置内水压逐渐增大，液压缸6活塞被推动，同时带动卡瓦7沿锥形体10斜向移动，至卡紧在孔壁上，防突环被卡瓦挤压膨胀，封堵钻孔；水压逐渐增大达到密封机构进液口13爆破阀阈值后，水流进入密封橡胶机构12并将其膨胀，最后在水压作用下推动系统限位阀5封堵注水管，完成封堵过程；注浆时将配置好的非凝浆液通过注浆口14注入，同时在三通4上观测注浆压力，当达到合适压力后，关闭三通4上的堵头，注浆工作完成。利用自动注浆补浆设备进行补浆时拧开三通4上的堵头注入浆液即可；解封时，使用工具将系统限位阀5人为复原，泄压放水，卡瓦7内部的复位弹簧8作用，使卡瓦7移动回到原来的位置，最后拔出囊袋可进行下一次封孔作业。
如图5通过模拟实验得出了封孔器膨胀体积与切合力之间的关系,由于膨胀橡胶层与孔壁之间的切合力无法直接测定,但切合力与它们之间的摩擦力成正比例,所以可以通过测摩擦力得知切合力公式：f＝uN；N是切合力，f是摩擦力，u是摩擦系数。
本发明结构简单，可以实现双重密封，密封效果更好，而且可以在泄压后进行反复使用，解决了原先囊袋膨胀不足，难以回收的问题，是对其系统中的可复用式设备一次全新探索。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。