煤矿井下整体式多通道自动化封孔装置研究

为了实现煤矿井下钻孔自动化封孔,根据"十三五"重点研发计划课题"瓦斯防治钻孔及封孔机器人"要求,提出了整体式多通道自动封孔装置整体方案;设计了自动封孔控制方法,对封孔器注浆通道和封孔通道参数进行了研究和设计;采用有限元方法,进行了封孔装置坐封动力学分析,并对封孔装置样机进行了钻孔坐封、注浆模拟试验。研究表明:研制的封孔装置整体式结构可以配套钻孔机器人抓取、安装、通道自动切换完成"两堵一注"自动化封孔;满足不同封孔长度、不同倾角钻孔的封孔要求;3通道结构满足坐封、排气、注浆、瓦斯抽采等工艺过程对压力和压力损失的要求;从动力学分析坐封胶桶与孔壁接触应力、与孔壁的轴向摩阻力以及封孔模拟实验结果看,该装置抽采通道负压损失小于2 kPa,坐封压力6 MPa时,封孔注浆压力可承受3 MPa以上,完全满足目前煤矿井下"两堵一注"封孔技术要求;通过对坐封压力、封孔注浆压力、抽采流量、抽采压力等参数的监测实现自动化封孔的可靠坐封。

瓦斯抽采钻孔喷涂式封孔技术

瓦斯抽采钻孔封孔质量是影响瓦斯抽采及消突效果的关键因素。针对当前被动式封孔质量差、钻孔抽采瓦斯浓度低,主动式封孔过程繁琐等问题,提出了一种瓦斯抽采钻孔喷涂式封孔技术。钻孔施工完成后,将气动深孔离心喷杯式高转速喷头送入钻孔预设位置,同时启动封孔材料预热系统,待喷涂式封孔材料温度稳定在70~80℃时,打开气动式吸料泵,将封孔材料吸入并通过喷头混合喷出,使其固化于钻孔内壁;通过四象限位滑道结构系统引导喷头自孔底向孔口移动,完成喷涂式封孔作业;在钻孔口用聚氨酯发泡材料固定2.0~3.0 m的PVC堵头,而后连接抽采系统即可。现场应用效果表明:新型喷涂式封孔材料具有液态速凝、密封性好、黏结性强、阻燃、高韧性、高强度等优点,可在瓦斯抽放钻孔内快速反应、固化,并生成高强度、高韧性的阻燃密封薄膜;利用喷涂式封孔工艺及装置能实现煤层钻孔自动化密封;与聚氨酯封孔技术相比,采用喷涂式封孔技术后瓦斯抽采体积分数提高了19%,单孔封孔成本节约了53%,单孔封孔时间节省了50%。