本發(fā)明涉及瓦斯抽采領(lǐng)域，特別是用于定向長鉆孔的封堵技術(shù)。

背景技術(shù)：

1、在煤礦瓦斯抽采領(lǐng)域，大直徑定向長鉆孔技術(shù)因其高效性被廣泛應(yīng)用，但受井下復(fù)雜地質(zhì)條件和開采擾動影響，鉆孔內(nèi)部不可避免產(chǎn)生一些裂隙。

2、在現(xiàn)階段瓦斯抽采過程中，抽采鉆孔內(nèi)部裂隙的產(chǎn)生主要分為兩個階段，第一個階段為地質(zhì)因素和打孔擾動的影響造成鉆孔內(nèi)部產(chǎn)生裂隙；第二階段為隨著煤層回采，冒落帶和裂隙帶持續(xù)擴(kuò)展，抽采鉆孔受地應(yīng)力變化及開采擾動影響，鉆孔內(nèi)部會產(chǎn)生新的次生孔隙，尤其是孔底區(qū)域由于更靠近開采區(qū)域，其新產(chǎn)生的裂隙可能會更嚴(yán)重。上述問題導(dǎo)致外部空氣大量滲入抽采系統(tǒng)，致使瓦斯?jié)舛蕊@著下降，嚴(yán)重制約抽采效率，甚至導(dǎo)致抽采鉆孔失效。

3、探測瓦斯抽采鉆孔內(nèi)部裂隙位置的現(xiàn)有技術(shù)主要包括以下幾種：

4、孔內(nèi)濃度變化：瓦斯抽采鉆孔內(nèi)瓦斯由里向外流動，當(dāng)瓦斯組分一定時(shí)，孔內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊母叩腿Q于沿途漏入空氣的多少?？諝饴┤肟變?nèi)的具體區(qū)域可通過區(qū)域前后瓦斯?jié)舛鹊淖兓闆r進(jìn)行分析判斷，通過濃度變化趨勢分析，得出鉆孔具體漏氣區(qū)域。

5、負(fù)壓監(jiān)測技術(shù)：通過監(jiān)測鉆孔內(nèi)的負(fù)壓變化，定位裂隙發(fā)育區(qū)和漏風(fēng)地點(diǎn)。

6、以及公開號為cn115263245b、cn119507892a等專利技術(shù)均可以精準(zhǔn)定位瓦斯鉆孔內(nèi)壁的裂隙位置。

7、探測到瓦斯抽采鉆孔內(nèi)部裂隙位置后，現(xiàn)有封堵技術(shù)主要聚焦于孔口或局部區(qū)域封堵，存在以下關(guān)鍵缺陷：

8、1.?單次封堵與裝置不可移動性：

9、傳統(tǒng)封堵技術(shù)（如膨脹膠囊、水泥注漿）需將封堵裝置固定于鉆孔某一位置，封堵后裝置無法移動。例如，膨脹膠囊注漿后與鉆孔內(nèi)壁固結(jié)，導(dǎo)致封堵段內(nèi)徑大幅縮小（縮小超過50%，甚至僅能通過抽采管），阻礙后續(xù)裝置通過，無法對鉆孔其他位置的裂隙進(jìn)行二次封堵。此類技術(shù)需多次施工新鉆孔或廢棄原有鉆孔，造成資源浪費(fèi)。

10、2、孔底封堵靜態(tài)化：

11、孔底封堵多采用一次性水泥凝固注漿，無法適應(yīng)開采過程中孔底裂隙的動態(tài)擴(kuò)展。隨著冒落帶和裂隙帶擴(kuò)大，孔底封堵材料易因應(yīng)力變化開裂失效，導(dǎo)致抽采濃度驟降，需重新施工鉆孔，嚴(yán)重影響抽采連續(xù)性。

12、3、封堵材料分布不合理：

13、現(xiàn)有注漿技術(shù)常將漿液填充至鉆孔整個截面（如全孔注漿），導(dǎo)致封堵段內(nèi)徑顯著縮小，不僅限制注漿裝置移動，還阻礙瓦斯流動路徑，降低抽采效率。

14、現(xiàn)有技術(shù)問題總結(jié)

15、上述缺陷的核心矛盾在于：固定式封堵裝置與動態(tài)裂隙擴(kuò)展之間的矛盾。具體表現(xiàn)為：

16、封堵不可逆：裝置固定后無法移動，無法應(yīng)對鉆孔內(nèi)部多位置裂隙的封堵需求；

17、封堵效率低：單次封堵后鉆孔內(nèi)徑縮小，后續(xù)封堵需重新施工，成本高昂；

18、孔底失效不可控：靜態(tài)封堵無法適應(yīng)孔底裂隙的動態(tài)變化，抽采系統(tǒng)可靠性差。

19、針對上述問題，現(xiàn)有技術(shù)缺乏一種可移動、可重復(fù)利用的封堵裝置，以及一種動態(tài)適應(yīng)孔底裂隙變化的封堵方法。本專利的核心改進(jìn)思路為：

20、通過可移動封堵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多次封堵：設(shè)計(jì)彈性囊袋與液壓膨脹器的組合結(jié)構(gòu)，封堵后收縮裝置并保留較大內(nèi)徑，使裝置可自由移動至其他裂隙位置重復(fù)使用。

21、通過環(huán)形注漿空間優(yōu)化材料分布：將封堵漿液限制在鉆孔內(nèi)壁周邊區(qū)域（而非整個截面），減少內(nèi)徑損失，確保裝置移動和瓦斯流動的暢通性。

22、通過動態(tài)孔底封堵應(yīng)對失效風(fēng)險(xiǎn)：采用不凝固壓力液，結(jié)合裝置移動能力，根據(jù)抽采數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整孔底封堵位置（孔底封堵位置可上移即后移），延長鉆孔使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于定向長鉆孔的移動式瓦斯抽采封堵裝置，解決傳統(tǒng)技術(shù)中封堵不可逆、封堵裝置不能實(shí)現(xiàn)移動式封堵，孔底失效不可控、封堵鉆孔中的裂隙部位會導(dǎo)致鉆孔內(nèi)徑過度縮小等問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于定向長鉆孔的移動式瓦斯抽采封堵裝置，以指向定向長鉆孔深處的方向?yàn)榍跋颍ㄍ咚钩椴上到y(tǒng)、注漿系統(tǒng)和可移動封堵系統(tǒng)；

3、瓦斯抽采系統(tǒng)具有抽采管路，抽采管路與定向長鉆孔內(nèi)的抽采管相通；

4、注漿系統(tǒng)用于向可移動封堵系統(tǒng)輸送封堵材料，包括可凝固封堵漿液和不可凝固的壓力液；

5、可移動封堵系統(tǒng)用于在定向長鉆孔中部各裂隙部位形成環(huán)形貼壁注漿層并在定向長鉆孔前端封堵孔底；可移動封堵系統(tǒng)具有用于承接壓力液的彈性囊袋和膨脹器，環(huán)形貼壁注漿層由可凝固封堵漿液凝固后形成；在定向長鉆孔前端，彈性囊袋和膨脹器注入壓力液后膨脹并與該處的環(huán)形貼壁注漿層一起封堵孔底；環(huán)形貼壁注漿層的徑向厚度為7.5-15mm。

6、可移動封堵系統(tǒng)包括連接管，連接管前端連接有囊袋管，囊袋管的中部固定套設(shè)有膨脹器；所述彈性囊袋包括前彈性囊袋和后彈性囊袋，

7、前彈性囊袋固定套設(shè)在膨脹器前側(cè)的囊袋管上，后彈性囊袋固定套設(shè)在膨脹器后側(cè)的囊袋管上；

8、膨脹器膨脹后與定向長鉆孔內(nèi)壁形成封閉的環(huán)形空間，

9、連接管和囊袋管內(nèi)設(shè)有環(huán)空注漿管、囊袋注漿管和膨脹注漿管；環(huán)空注漿管的前端與環(huán)形空間相通，囊袋注漿管與前彈性囊袋和后彈性囊袋相通，膨脹注漿管的前端與膨脹器相通；環(huán)空注漿管、囊袋注漿管和膨脹注漿管的后端伸出連接管并連接注漿系統(tǒng)。

10、注漿系統(tǒng)包括第一注漿裝置和第二注漿裝置，第一注漿裝置和第二注漿裝置結(jié)構(gòu)相同，均包括用于存儲漿液的存儲罐和與存儲罐相連接的注漿泵；

11、第一注漿裝置的存儲罐用于存儲不可凝固的壓力液，

12、第二注漿裝置的存儲罐用于存儲可凝固封堵漿液；

13、第一注漿裝置的注漿泵的出口連接所述囊袋注漿管和膨脹注漿管；

14、第二注漿裝置的注漿泵的出口連接所述環(huán)空注漿管；

15、定向長鉆孔的孔口外部的環(huán)空注漿管、囊袋注漿管和膨脹注漿管上分別設(shè)有注漿電磁閥；

16、第一注漿裝置的注漿泵的進(jìn)口與出口之間設(shè)有用于反轉(zhuǎn)泵液方向的第一旁通管，第一旁通管上設(shè)有第一旁通電磁閥；第一注漿裝置的注漿泵的進(jìn)口還連接有第二旁通管，第二旁通管與相應(yīng)注漿電磁閥下游方向的囊袋注漿管和膨脹注漿管相連通；第一注漿裝置的注漿泵的進(jìn)口處的第一旁通管和第二旁通管之間的管路上設(shè)有第三旁通電磁閥；

17、第二旁通管與囊袋注漿管之間的管路上設(shè)有囊袋旁通電磁閥，第二旁通管與膨脹注漿管之間的管路上設(shè)有膨脹旁通電磁閥；

18、膨脹注漿管的前端連接有孔底電磁閥和內(nèi)部電磁閥，孔底電磁閥設(shè)置于膨脹器表面并與膨脹器外部空間相通；內(nèi)部電磁閥與膨脹器內(nèi)部空間相通。

19、抽采管路上設(shè)有瓦斯?jié)舛葌鞲衅骷皻怏w流量傳感器；

20、兩套注漿裝置的注漿泵、兩套注漿裝置的注漿電磁閥、第一旁通電磁閥、第二旁通電磁閥、第三旁通電磁閥、孔底電磁閥、內(nèi)部電磁閥、囊袋旁通電磁閥、膨脹旁通電磁閥、瓦斯?jié)舛葌鞲衅?、氣體流量傳感器和瓦斯抽采系統(tǒng)均與一電控裝置相連接，電控裝置連接有顯示屏。

21、本發(fā)明還提供了相應(yīng)的封堵方法，利用上述用于定向長鉆孔的移動式瓦斯抽采封堵裝置進(jìn)行，其特征在于包括以下步驟：

22、步驟一：裂隙定位與封堵系統(tǒng)入孔；

23、步驟二：封堵系統(tǒng)推送到位并形成環(huán)形空間；

24、步驟三：裂隙注漿與環(huán)形貼壁封堵；

25、步驟四：可移動封堵系統(tǒng)脫離貼壁注漿層；

26、重復(fù)執(zhí)行第二至第四步驟，對定向長鉆孔進(jìn)行移動式多位置封堵，直到完成除定向長鉆孔的孔底部位外其他所有裂隙部位的封堵工作，進(jìn)行第五步驟。

27、步驟五：孔底動態(tài)封堵與自適應(yīng)調(diào)整，完成全孔封堵。

28、步驟一具體是：探測鉆孔內(nèi)部裂隙部位的位置和數(shù)量；

29、將可移動封堵系統(tǒng)安裝于連接管前端，使環(huán)空注漿管連接第二注漿裝置的注漿泵，使囊袋注漿管及膨脹注漿管分別連接第一注漿裝置的注漿泵；然后通過連接管將封堵系統(tǒng)送入定向長鉆孔內(nèi)。

30、步驟二中先將可移動封堵系統(tǒng)向前推送到位，具體是根據(jù)鉆孔內(nèi)部裂隙探測結(jié)果，通過連接管將可移動封堵系統(tǒng)沿定向長鉆孔向前推送，直到可移動封堵系統(tǒng)到達(dá)位于相對最后端的一處待封堵的裂隙位置；

31、再形成環(huán)形空間，具體是打開第一注漿裝置的注漿泵和注漿電磁閥，通過囊袋注漿管和膨脹注漿管向前彈性囊袋、后彈性囊袋和膨脹器中注入壓力液，使前彈性囊袋和后彈性囊袋膨脹后封堵膨脹器前后兩側(cè)的定向長鉆孔，膨脹器膨脹后在膨脹器的周向外表面、前彈性囊袋、后彈性囊袋以及定向長鉆孔內(nèi)壁之間圍成所述環(huán)形空間。

32、步驟三具體是：開啟囊袋注漿管、膨脹注漿管上的注漿電磁閥、第三旁通電磁閥以及內(nèi)部電磁閥，保持孔底電磁閥、第一旁通電磁閥和第二旁通電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，打開第一注漿裝置的注漿泵，通過囊袋注漿管和膨脹注漿管向前彈性囊袋、后彈性囊袋和膨脹器中注入壓力液，注入壓力為p1；前彈性囊袋和后彈性囊袋膨脹后與定向長鉆孔的內(nèi)壁形成緊壓密封配合；膨脹器膨脹后與前彈性囊袋、后彈性囊袋以及定向長鉆孔的內(nèi)壁圍成封閉的所述環(huán)形空間；關(guān)閉第一注漿裝置的注漿泵以及囊袋注漿管和膨脹注漿管上的注漿電磁閥；

33、然后打開第二注漿裝置的注漿泵，通過環(huán)空注漿管向所述環(huán)形空間注入可凝固封堵漿液，注入壓力為p2，p2＜p1以避免膨脹器被壓縮；在p2壓力下，可凝固封堵漿液進(jìn)入裂隙并填滿所述環(huán)形空間，凝固后形成環(huán)形的貼壁注漿層，完成步驟三。

34、步驟四具體是：

35、保持囊袋注漿管和膨脹注漿管上的注漿電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，打開第一旁通電磁閥和第二旁通電磁閥，打開第一注漿裝置的注漿泵，將前彈性囊袋、后彈性囊袋以及膨脹器中的壓力液抽出，膨脹器收縮后脫離貼壁注漿層，前彈性囊袋和后彈性囊袋收縮后脫離定向長鉆孔的內(nèi)壁。

36、步驟五具體是：

37、重復(fù)執(zhí)行第二和第三步驟，在孔底部位的定向長鉆孔內(nèi)壁處形成貼壁注漿層；

38、保持囊袋注漿管和膨脹注漿管上的注漿電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，保持內(nèi)部電磁閥、囊袋旁通電磁閥和第三旁通電磁閥關(guān)閉，打開膨脹旁通電磁閥、打開第一旁通電磁閥和第二旁通電磁閥，打開第一注漿裝置的注漿泵，將膨脹器中的壓力液抽出，膨脹器收縮后脫離貼壁注漿層，前彈性囊袋和后彈性囊袋保持膨脹封孔的狀態(tài)；

39、然后打開膨脹注漿管上的注漿電磁閥，關(guān)閉囊袋旁通電磁閥和膨脹旁通電磁閥，打開第三旁通電磁閥，關(guān)閉第一旁通電磁閥和第二旁通電磁閥，打開第一注漿裝置的注漿泵、膨脹旁通電磁閥和孔底電磁閥，向膨脹器收縮后形成的空腔內(nèi)注入不可凝固的壓力液，形成孔底密封。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

40、本發(fā)明通過可移動封堵系統(tǒng)、雙材料注漿系統(tǒng)及瓦斯抽采系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)，解決了傳統(tǒng)技術(shù)中封堵不可逆、封堵裝置不能實(shí)現(xiàn)移動式封堵，孔底失效不可控、封堵鉆孔中的裂隙部位會導(dǎo)致鉆孔內(nèi)徑過度縮小等問題。

41、傳統(tǒng)封堵方法如膨脹膠囊或全孔注漿通常會導(dǎo)致鉆孔直徑縮小超過50%甚至僅剩余抽采管直徑大小。本發(fā)明中，彈性囊袋與膨脹器的組合設(shè)計(jì)可以將環(huán)形貼壁注漿層的徑向厚度控制在7.5-15mm（毫米），與現(xiàn)有技術(shù)相比大幅降低了封堵帶來的孔徑縮小量，不僅節(jié)約封堵材料，而且環(huán)形貼壁注漿層凝固后允許可移動封堵系統(tǒng)通過，從而為移動式多點(diǎn)封堵漏氣裂隙提供基礎(chǔ)，并且解決鉆孔較淺處封堵后，難以對封堵位置更深處新產(chǎn)生的裂隙進(jìn)行封堵的問題。環(huán)形貼壁注漿層的厚度較小，保留了較大的鉆孔空間，確保裝置移動與瓦斯抽采的連續(xù)性。

42、φ150?mm鉆孔為例，環(huán)形貼壁注漿層的徑向厚度為7.5-15mm，能夠保留φ120?mm至φ135?mm的暢通空間，自然確保了抽采管路的暢通性，與以往相比能夠避免封堵過多增加鉆孔阻力、降低鉆孔有效性的問題。

43、權(quán)利要求1的技術(shù)方案通過一個裝置能夠?qū)Χㄏ蜷L鉆孔中多處裂隙進(jìn)行封堵，顯著降低資源消耗與施工成本。

44、本發(fā)明為定向長鉆孔瓦斯抽采提供了靈活、可靠、可持續(xù)的解決方案，適用于復(fù)雜地質(zhì)條件與動態(tài)開采環(huán)境。

45、采用本發(fā)明，可以對定向長鉆孔進(jìn)行更靈活有效的封堵，提高鉆孔利用率，更充分地抽取煤層瓦斯。

46、采用本發(fā)明，封堵過程中無需中斷抽采作業(yè)，維持瓦斯抽采連續(xù)性。壓力液不會凝固，可以反復(fù)多次使用。

47、權(quán)利要求2帶來了如下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

48、①分路控制，避免功能干擾：

49、環(huán)空注漿管、囊袋注漿管、膨脹注漿管獨(dú)立設(shè)置，分別負(fù)責(zé)凝固材料注入、彈性囊袋膨脹控制、膨脹器膨脹收縮調(diào)節(jié)，避免不同功能操作相互干擾。

50、②高密封性與穩(wěn)定性：

51、前彈性囊袋和后彈性囊袋對稱設(shè)置于膨脹器兩側(cè)，形成雙重密封屏障，避免向環(huán)形空間注漿時(shí)漿液泄漏。

52、③膨脹器膨脹后作為環(huán)形空間注漿的臨時(shí)徑向模板，為形成環(huán)形貼壁注漿層提供基礎(chǔ)。

53、④通過連接管實(shí)現(xiàn)可移動封堵系統(tǒng)的軸向移動，單次遞送可完成多位置裂隙封堵。

54、采用權(quán)利要求3的技術(shù)方案，通過分設(shè)兩套注漿裝置，確保壓力液與可凝固材料獨(dú)立輸送，避免材料交叉污染，避免混合導(dǎo)致的管路堵塞或封堵失效，提升封堵可靠性。過閥門獨(dú)立調(diào)節(jié)各管路壓力，例如優(yōu)先驅(qū)動囊袋膨脹后再注漿，保障封閉空間穩(wěn)定性。兩套注漿裝置結(jié)構(gòu)相同，簡化制造流程，降低備件庫存壓力。兩套注漿裝置分別用于注可凝固的封堵漿液和不可凝固的壓力液，根據(jù)封堵需求（如孔底液態(tài)封堵或中部剛性封堵），可以靈活分配兩套注漿裝置的工作模式。

55、兩個旁通管以及兩個旁通電磁閥的設(shè)置，使得第一注漿裝置不僅能向膨脹器、前彈性囊袋和后彈性囊袋注入壓力液，也能通過操作各注漿電磁閥的啟閉狀態(tài)，將壓力液抽出膨脹器、前彈性囊袋和后彈性囊袋。

56、權(quán)利要求4中，電控裝置便于對本發(fā)明進(jìn)行集成化控制與監(jiān)測，顯示屏能夠?qū)崟r(shí)顯示瓦斯?jié)舛?、氣體流量、注漿壓力等關(guān)鍵參數(shù)，便于操作人員快速判斷封堵效果及掌握系統(tǒng)狀態(tài)，支持復(fù)雜工況的靈活應(yīng)對。

57、采用本發(fā)明的封堵方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

58、①可以對定向長鉆孔進(jìn)行移動式分段封堵。實(shí)現(xiàn)"一次入孔、多點(diǎn)封堵"，顯著提升施工效率。

59、②通過壓力協(xié)同控制（p1＞p2），先通過相對較高的p1形成穩(wěn)定的環(huán)形封閉空間，再以略低的p2注入封堵漿液，既保證漿液充分滲透裂隙，又防止膨脹結(jié)構(gòu)受壓變形失效。

60、③密封可靠。雙囊袋+膨脹器形成環(huán)形注漿空間，確保漿液精準(zhǔn)注入并封堵目標(biāo)裂隙；孔底處通過貼壁注漿層和膨脹器收縮后形成的空腔內(nèi)注入不可凝固的壓力液，既可靠地密了孔底，而且可以后續(xù)通過抽回壓力液而回收密封介質(zhì)，并在將可移動封堵系統(tǒng)向后抽拉至預(yù)定位置后，在新的位置形成孔底密封結(jié)構(gòu)，能夠靈活放棄更深處的無效孔段，避免深處的無效孔段影響瓦斯抽采?？椎滋幍膲毫σ盒纬蓜討B(tài)密封技術(shù)，在采動擾動因素的影響下也能夠通過一定壓力的壓力液在孔底處確保密封良好，延長服務(wù)周期。

61、④壓力液可以多次反復(fù)使用于不同位置的裂隙封堵任務(wù)，減少材料消耗，降低封堵成本。

62、⑤將"移動式分段封堵"與"壓力梯度控制"相結(jié)合，突破傳統(tǒng)鉆孔全段注漿的粗放模式，實(shí)現(xiàn)定向長鉆孔的精細(xì)化靶向治理，特別適用于煤礦井下動壓影響區(qū)的高標(biāo)準(zhǔn)密封需求。