煤田地质与勘探

作者：王清峰, 史书翰, 辛德忠, 陈航, 张世涛,

关键词：瓦斯抽采, 自动封孔, 结构设计, 两堵一注, 聚氨酯封孔, 煤矿,

针对煤矿井下瓦斯抽采钻孔需人工下入封孔器并注入封孔料完成封孔，封孔工艺自动化程度低，研发煤矿井下瓦斯抽采钻孔三段式自动封孔器，其外形尺寸与钻杆相仿，可被自动钻机下入钻孔，并可实现自动注入封孔料。采用有限元分析的方法，选用Mooney-Rivlin超弹性本构模型表征应变能函数，获取封孔器动密封机构橡胶密封圈的受力情况，并获得不同材料封孔器胶套在不同膨胀力作用下的膨胀情况，为动密封机构滑动推动力数值的确定和胶套材料的选择提供参考；采用理论计算的方法对工作状态下三段式自动封孔器的流道进行水力计算，获得三段式自动封孔器封孔用水的流量和压力，为自动封孔参数的确定提供参考；利用有限元分析的方法校核封孔时封孔器储液腔的受力情况，分析三段式自动封孔器核心部件结构设计合理性，确保封孔器正常工作。制作实验样机，开展三段式自动封孔器室内封孔实验和封孔效果对比实验。室内封孔实验显示封孔器动密封机构动密封效果良好，封孔料自动注入模拟钻孔中，天然橡胶胶套自动膨胀充满模拟钻孔且可有效封堵封孔料，三段式自动封孔器具有可行性。封孔效果对比实验显示，自动封孔器封孔效果与现有的聚氨酯压注法工艺封孔效果相近，且优于传统的聚氨酯缠卷法工艺封孔效果。三段式自动封孔器可降低煤矿工人劳动强度、提高封孔效率、规范封孔流程，为煤矿井下瓦斯抽采钻孔自动封孔工艺和装备的研究提供参考。

来源：2023年第9期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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