本發(fā)明涉及一種具有動態(tài)密封-柔性噴涂的鉆孔一體化封隔系統(tǒng)及方法，屬于煤礦瓦斯抽采。

背景技術：

1、瓦斯抽采作業(yè)在高瓦斯突出礦井安全生產(chǎn)中起著關鍵作用。通過向煤層中施工鉆孔來抽采瓦斯，可以降低煤層中的瓦斯含量，進而減少煤與瓦斯突出或瓦斯爆炸事故發(fā)生的可能性。然而，瓦斯抽采鉆孔在采掘應力擾動作用下，傳統(tǒng)固體封堵材料和煤體會發(fā)生破裂，形成漏風通道，導致瓦斯抽采效率低下，嚴重時還可能導致瓦斯抽采鉆孔失效。目前，瓦斯抽采鉆孔密封的技術主要集中在水泥基材料或聚氨酯材料密封。這些方法雖然具有一定的密封效果，但在深部高應力條件下，因煤體變形、鉆孔變形及應力分布不均，傳統(tǒng)固體密封材料難以適應變形和壓力變化，從而導致裂隙發(fā)育或鉆孔密封不嚴，進而嚴重影響瓦斯抽采效果。此外，當前的密封技術多為“被動”密封，即密封材料凝固后通過抗壓實現(xiàn)密封，這種方式難以適應鉆孔變形和采掘擾動應力分布變化，無法及時調整密封情況。

2、因此，如何提供一種新的封隔系統(tǒng)及方法，使其能夠在鉆孔密封過程中既提供動態(tài)適應性、又具備高效柔性噴涂密封性能，從而適應鉆孔變形和采掘擾動應力分布變化情況，確保在復雜地應力環(huán)境下實現(xiàn)瓦斯的有效抽采。

技術實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種具有動態(tài)密封-柔性噴涂的鉆孔一體化封隔系統(tǒng)及方法，能夠在鉆孔密封過程中既提供動態(tài)適應性、又具備高效柔性噴涂密封性能，從而適應鉆孔變形和采掘擾動應力分布變化情況，確保在復雜地應力環(huán)境下持續(xù)保持封孔質量較好，最終實現(xiàn)對鉆孔瓦斯的高效抽采。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種具有動態(tài)密封-柔性噴涂的鉆孔一體化封隔系統(tǒng)，包括氣體抽采及封孔裝置、瓦斯抽采鉆孔封孔質量檢測裝置、智能控制系統(tǒng)、注漿裝置和噴涂裝置；

3、所述氣體抽采及封孔裝置包括瓦斯抽采管、氣體抽采管和兩個封堵囊袋，瓦斯抽采管裝在鉆孔內(nèi)，用于抽采鉆孔內(nèi)部瓦斯；兩個封堵囊袋裝在瓦斯抽采管外部，用于對鉆孔與瓦斯抽采管之間進行密封、且在兩個封堵囊袋之間形成密封空間；氣體抽采管一端從瓦斯抽采管內(nèi)穿過伸入至鉆孔內(nèi)部、另一端處于鉆孔外部，用于采集鉆孔內(nèi)部瓦斯抽采管末端的氣體；

4、所述瓦斯抽采鉆孔封孔質量檢測裝置包括殼體、微型抽采泵、氣體檢測模塊、封孔質量判定模塊和氣管，殼體兩側分別設有進氣口和排氣口，氣管裝在殼體內(nèi)且其兩端分別與進氣口和排氣口連接，氣體抽采管從外部通過進氣口與氣管連接，用于向氣管內(nèi)輸送采集的氣體；微型抽采泵裝在氣管上，用于對氣管內(nèi)部提供抽采負壓；氣體檢測模塊裝在氣管上，用于檢測流經(jīng)氣管的氣體成分及濃度；封孔質量判定模塊與氣體檢測模塊連接，用于獲取氣體檢測模塊的檢測數(shù)據(jù)進行分析處理后判斷鉆孔的封孔質量；

5、所述注漿裝置包括第一注漿管、第二注漿管、注漿泵組和儲漿容器組，第一注漿管一端穿過靠近孔口處的封堵囊袋伸入至另一封堵囊袋內(nèi)，且處于兩個封堵囊袋內(nèi)部的第一注漿管上均設有注漿口一，第二注漿管一端穿過靠近孔口處的封堵囊袋伸入至密封空間內(nèi)，且處于密封空間內(nèi)的第二注漿管上開設注漿口二；注漿泵組包括第一注漿泵和第二注漿泵，儲漿容器組包括第一儲漿容器和第二儲漿容器，第一儲漿容器通過第一注漿泵與第一注漿管另一端連接，用于將第一儲漿容器內(nèi)的漿液經(jīng)過第一注漿泵增壓后輸送至兩個封堵囊袋內(nèi)使其膨脹密封；第二儲漿容器通過第二注漿泵與第二注漿管另一端連接，用于將第二儲漿容器內(nèi)的漿液經(jīng)過第二注漿泵增壓后輸送至密封空間進行水密封；所述第一儲漿容器盛放含有膨脹劑的水泥漿液，第二儲漿容器盛放柔性封孔漿液；

6、所述噴涂裝置包括儲料罐和噴槍，儲料罐內(nèi)盛放柔性噴涂材料，儲料罐通過輸液管與噴槍連接，用于將柔性噴涂材料經(jīng)過噴槍噴涂至鉆孔外部的巷道壁面；

7、所述智能控制系統(tǒng)包括plc控制器、顯示裝置、噴涂預警裝置、壓力傳感器一、壓力傳感器二、控制閥門一和控制閥門二，壓力傳感器一和壓力傳感器二分別裝在第一注漿管和第二注漿管上，用于監(jiān)測第一注漿管內(nèi)的壓力和第二注漿管內(nèi)的壓力；控制閥門一和控制閥門二分別裝在第一注漿管和第二注漿管上，用于控制第一注漿管和第二注漿管的通斷；plc控制器與瓦斯抽采鉆孔封孔質量檢測裝置、顯示裝置、噴涂預警裝置、注漿泵組、壓力傳感器一、壓力傳感器二、控制閥門一和控制閥門二連接，用于接收瓦斯抽采鉆孔封孔質量檢測裝置、壓力傳感器一和壓力傳感器二反饋的數(shù)據(jù)，根據(jù)反饋的封孔質量情況，對注漿泵組和噴涂預警裝置的狀態(tài)以及控制閥門一和控制閥門二的開閉進行控制，同時將瓦斯抽采鉆孔封孔質量情況、壓力數(shù)據(jù)、注漿泵組、噴涂預警裝置、控制閥門一和控制閥門二的狀態(tài)傳輸給顯示裝置進行顯示；所述噴涂預警裝置設有語音信號提醒，用于提醒人工啟動噴涂裝置將柔性噴涂材料噴涂到鉆孔外部的巷道壁面。

8、進一步，所述氣體抽采管由多根長度1m、直徑20mm的空心管通過密封螺紋同軸連接而成，氣體抽采管的長度根據(jù)鉆孔深度調整；所述空心管采用鋁塑材質制成。

9、進一步，處于鉆孔外部的瓦斯抽采管通過三通與主抽采管路連接，所述氣體抽采管一端裝有過濾網(wǎng)，用于防止煤屑進入氣體抽采管堵塞管路，氣體抽采管另一端從三通伸出且設有閥門開關，用于對氣體抽采管的通斷進行控制。

10、進一步，所述氣體檢測模塊包括氧氣濃度傳感器、瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳌⒇搲簜鞲衅骱土髁總鞲衅?，分別用于檢測氣管內(nèi)氣體的氧氣濃度、瓦斯?jié)舛?、氣壓和流量；所述氣管材質為pvc阻燃管。

11、進一步，所述封孔材料為非凝固型柔性膏體材料，所述柔性噴涂材料為表面密封材料。

12、進一步，所述注漿口一和注漿口二均裝有單向閥，用于防止注漿時漿液反流至第一注漿管或第二注漿管。

13、上述具有動態(tài)密封-柔性噴涂的鉆孔一體化封隔系統(tǒng)的工作方法，具體步驟為：

14、a、布設一體化封隔系統(tǒng)：將瓦斯抽采管放入瓦斯抽采鉆孔中，并將氣體抽采管一端置于瓦斯抽采管中，另一端與瓦斯抽采鉆孔封孔質量檢測裝置的進氣口連接；制備含有膨脹劑的水泥漿液、柔性封堵漿液和柔性噴涂材料，分別放入第一儲漿容器、第二儲漿容器和儲料罐，然后將其他部件連接后，完成一體化封隔系統(tǒng)布設過程；

15、b、封堵囊袋封孔：plc控制器先使控制閥門一開啟、并啟動第一注漿泵，通過第一注漿管及注漿口一向兩個封堵囊袋中注入含有膨脹劑的水泥漿液，注漿過程中兩個封堵囊袋不斷膨脹，逐漸支撐整個鉆孔，在兩個封堵囊袋中間形成密閉空間，同時第一注漿管上的壓力傳感器一的示數(shù)不斷變化，當壓力傳感器一的示數(shù)逐漸穩(wěn)定至2mpa時，plc控制器使控制閥門一和第一注漿泵關閉，完成封堵囊袋封孔；

16、c、初步密封與噴涂：待封堵囊袋中的水泥漿液凝固后，plc控制器使控制閥門二開啟、并啟動第二注漿泵，通過第二注漿管向兩個封堵囊袋中間的密閉空間內(nèi)注入柔性封孔漿液，注漿壓力不小于設定的最低注漿壓力，使得柔性封孔漿液能夠滲入到鉆孔圍巖的裂隙中，實現(xiàn)對鉆孔的密封，在此過程中，第二注漿管上的壓力傳感器二的示數(shù)不斷變化，并不斷反饋給plc控制器，當壓力傳感器二的示數(shù)達到1.6mpa時，plc控制器對第二注漿泵發(fā)送脈動循環(huán)注漿指令，持續(xù)注入直至壓力傳感器二示數(shù)保持穩(wěn)定10min后，plc控制器使控制閥門二和第二注漿泵關閉，完成瓦斯抽采鉆孔的初次密封；隨后plc控制器啟動噴涂預警裝置，語音提醒人工啟動噴涂裝置將柔性噴涂材料噴涂到鉆孔外側的巷道壁面，將整個鉆孔巷道壁面噴涂完畢后完成初次噴涂工作；

17、d、動態(tài)密封-柔性噴涂：完成初次密封和噴涂后，將瓦斯抽采管與主抽采管路連接，開始進行瓦斯抽采，在抽采過程中，通過瓦斯抽采鉆孔封孔質量檢測裝置實時監(jiān)測鉆孔的封孔質量情況，當封孔質量降低時，plc控制器啟動鉆孔密封程序，使控制閥門二開啟并啟動第二注漿泵，通過第二注漿管向密閉空間內(nèi)注入柔性封孔漿液，注漿壓力不小于設定的最低注漿壓力，在此過程中，第二注漿管上的壓力傳感器二的示數(shù)不斷變化，并不斷反饋給plc控制器，當壓力傳感器二的示數(shù)達到1.6mpa時，plc控制器對第二注漿泵發(fā)送脈動循環(huán)注漿指令，持續(xù)注入直至壓力傳感器二示數(shù)保持穩(wěn)定10min后，plc控制器使控制閥門二和第二注漿泵關閉，完成瓦斯抽采鉆孔二次密封，之后再次通過瓦斯抽采鉆孔封孔質量檢測裝置檢測鉆孔封孔質量，若鉆孔封孔質量恢復正常，則繼續(xù)進行瓦斯抽采工作；若鉆孔封孔質量仍然降低，則plc控制器啟動噴涂預警裝置，語音提醒人工啟動噴涂裝置將柔性噴涂材料噴涂到鉆孔外側的巷道壁面，噴涂完畢后繼續(xù)瓦斯抽采工作；并持續(xù)監(jiān)測鉆孔封孔質量，并循環(huán)重復先密封-后噴涂的動態(tài)封孔過程，從而保證瓦斯抽采的效率。

18、進一步，所述瓦斯抽采鉆孔封孔質量檢測裝置實時監(jiān)測鉆孔的封孔質量情況具體為：

19、在封孔質量判定模塊內(nèi)設定氧氣濃度閾值和瓦斯?jié)舛乳撝?，氣體檢測模塊實時檢測從氣體抽采管內(nèi)抽出氣體的氧氣濃度及瓦斯?jié)舛龋魴z測的氧氣濃度超過氧氣濃度閾值，同時瓦斯?jié)舛乳撝档陀谕咚節(jié)舛乳撝?，說明鉆孔質量降低，此時plc控制器啟動鉆孔密封程序。

20、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用氣體抽采及封孔裝置、瓦斯抽采鉆孔封孔質量檢測裝置、智能控制系統(tǒng)、注漿裝置和噴涂裝置相結合方式，先通過注漿裝置對兩個封堵囊袋注漿膨脹對鉆孔進行封堵，并在兩個封堵囊袋之間形成密封空間，并在密封空間內(nèi)注入柔性封孔漿液使?jié){液進入鉆孔裂隙內(nèi)，實現(xiàn)初次密封；接著利用噴涂裝置在鉆孔外部的巷道面噴涂柔性噴涂材料，實現(xiàn)初次噴涂工作；完成后通過瓦斯抽采管對鉆孔進行瓦斯抽采，并在瓦斯抽采過程中，瓦斯抽采鉆孔封孔質量檢測裝置通過氣體抽采及封孔裝置實時采集鉆孔內(nèi)的氣體，氣體經(jīng)過瓦斯抽采鉆孔封孔質量檢測裝置進行氧氣濃度及瓦斯?jié)舛葯z測，并與設定閾值進行分析處理，從而能判斷鉆孔封孔質量，若封孔質量降低，則通過控制注漿裝置和噴涂裝置依次工作，實現(xiàn)對鉆孔的再次密封及噴涂；并在后續(xù)瓦斯抽采過程中，根據(jù)實時判斷的鉆孔質量，能持續(xù)進行先密封-后噴涂的動態(tài)封孔過程，從而保證瓦斯抽采的效率。