一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔剂定向膨胀装置及其膨胀方法技术领域
本发明涉及一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔剂定向膨胀装置及其膨胀方法，属于煤矿
瓦斯抽采技术领域。
背景技术
目前煤矿井下瓦斯抽采钻孔使用“两堵一注”的封孔工艺过程中，其中“两堵”即使
用膨胀封孔剂对瓦斯抽采钻孔的外段两端进行封堵，保证注浆（即“一注”）过程注浆液不漏
液、跑浆，但是在封孔剂的使用过程中，存在以下问题：①由于封孔剂在膨胀过程中方向和
膨胀长度存在随机性，因此外段封孔剂在膨胀的过程中有可能将外段的注浆管堵住，内段
封孔剂则在膨胀过程中将钻孔里段的筛管堵住；②由于封孔剂初期具有一定的流动性，尤
其在对有倾斜角度的瓦斯抽采钻孔进行封堵的过程中，导致封孔剂膨胀后不能完全将瓦斯
抽采钻孔断面封闭。以上影响因素使后续注浆可能漏液、跑浆，最终导致瓦斯抽采钻孔中抽
采负压低、瓦斯浓度低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔剂定向膨胀装置及
其膨胀方法，解决现有瓦斯抽采钻孔封孔剂使用过程中膨胀方向和长度无法控制，膨胀后
不能有效封堵钻孔断面的问题。
本发明采取的技术方案为：一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔剂定向膨胀装置，包括内
段外侧定向装置、内段内侧定向装置、外段外侧定向装置、外段内侧定向装置、两袋装封孔
剂、瓦斯抽采管和注浆管，内段外侧定向装置与内段内侧定向装置安装在内段封堵区的瓦
斯抽采管上，外段外侧定向装置与外段内侧定向装置安装在外段封堵区的瓦斯抽采管和注
浆管上，内段内侧定向装置和外段外侧定向装置将袋装封孔剂捆绑在瓦斯抽采管上，袋装
封孔剂位于内段外侧定向装置与内段内侧定向装置之间和外段外侧定向装置与外段内侧
定向装置之间，内段外侧定向装置和外段内侧定向装置能够沿瓦斯抽采管轴向移动，注浆
管内端置于内段外侧定向装置和外段内侧定向装置间。
优选的，上述内段外侧定向装置、内段内侧定向装置、外段外侧定向装置、外段内
侧定向装置均由圆盘状的塑料夹管器和海绵圈组成，塑料夹管器与海绵圈粘合固定塑料夹
管器。
优选的，上述海绵圈直径大于塑料夹管器的直径。
优选的，上述内段外侧定向装置与内段外侧定向装置的安装距离为（0.7～0.9）*
L，L为封孔剂在钻孔中最终的轴向扩展长度，外段内侧定向装置与外段外侧定向装置的安
装距离为（0.7～0.9）*L。
一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔剂定向膨胀装置的膨胀方法，该方法为：在对内段封
堵区进行封堵时，内段内侧定向装置固定连接在瓦斯抽采管上，阻止袋装封孔剂向瓦斯抽
采钻孔内端膨胀扩展，内段外侧定向装置的塑料夹管器与瓦斯抽采管间为过盈配合，控制
袋装封孔剂沿瓦斯抽采钻孔径向膨胀，充满内段内侧定向装置与内段外侧定向装置间整个
内段封堵区，同时袋装封孔剂对周围环境形成膨胀压力，当膨胀压力大于内段外侧定向装
置的，推动内段外侧定向装置向外移动一段距离，实现内段封堵区袋装封孔剂的定向膨胀；
在对外段封堵区进行封堵时，外段外侧定向装置固定连接在瓦斯抽采管上，阻止袋装
封孔剂向瓦斯抽采钻孔外端膨胀扩展，外段内侧定向装置的塑料夹管器与瓦斯抽采管和注
浆管间分别为过盈配合，控制袋装封孔剂沿瓦斯抽采钻孔径向膨胀，充满外段外侧定向装
置和外段内侧定向装置之间的整个内段封堵区，同时封孔剂对周围环境形成膨胀压力，当
膨胀压力大于外段内侧定向装置的塑料夹管器对瓦斯抽采管和注浆管的夹持的轴向摩擦
力时，推动内段外侧定向装置向内移动一段距离，实现外段封堵区封孔剂的定向膨胀。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明通过在“两堵一注”瓦斯抽采钻孔封
孔工艺过程中采用内段外侧定向装置、内段内侧定向装置、外段外侧定向装置、外段内侧定
向装置组成的定向膨胀装置，不仅实现了封孔剂定向膨胀，使得封孔剂扩展长度得以控制，
解决了由于封孔剂在膨胀过程中由于扩展方向和扩展长度的随机性导致的注浆管和瓦斯
抽采管被阻塞的问题，定向膨胀装置作用使得封孔剂在受限空间内膨胀扩展，有效地解决
了封孔剂膨胀后不能完全封闭瓦斯抽采钻孔断面的问题，同时由于塑料制作的定向装置的
过盈配合状态，能够在一定压力时实现轴向移动，又保证了封孔剂膨胀过程不会因径向膨
胀受限而造成对瓦斯抽采管的挤压；另外由于定向膨胀装置的海绵圈的作用使得反应初期
具有流动性的封孔剂不会流出内、外段封堵区，尤其在对有倾斜角度的瓦斯抽采钻孔中效
果更明显，本发明有效的保证了瓦斯抽采钻孔封孔质量，提高了瓦斯抽采钻孔抽采负压、瓦
斯抽采浓度。
附图说明
图1为本发明封孔剂未膨胀扩展前示意图；
图2为本发明封孔剂膨胀后示意图；
图3是图1的Ⅰ-Ⅰ面剖面图；
图4是图1的Ⅱ-Ⅱ面剖面图；
图5是图1的Ⅲ-Ⅲ面剖面图；
图6是图1的Ⅳ-Ⅳ面剖面图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1-图6所示，一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔剂定向膨胀装置，包括内段
外侧定向装置102、内段内侧定向装置101、外段外侧定向装置201、外段内侧定向装置202、
两袋装封孔剂3、瓦斯抽采管4和注浆管5内段外侧定向装置102与内段内侧定向装置101安
装在内段封堵区的瓦斯抽采管4上，外段外侧定向装置201与外段内侧定向装置202安装在
外段封堵区的瓦斯抽采管4和注浆管5上，内段内侧定向装置101和外段外侧定向装置201将
袋装封孔剂3捆绑在瓦斯抽采管4上，袋装封孔剂3位于内段外侧定向装置102与内段内侧定
向装置101之间和外段外侧定向装置201与外段内侧定向装置202之间，内段外侧定向装置
102和外段内侧定向装置202能够沿瓦斯抽采管4轴向移动，注浆管5内端置于内段外侧定向
装置102和外段内侧定向装置202间。
优选的，上述内段外侧定向装置102、内段内侧定向装置101、外段外侧定向装置
201、外段内侧定向装置202均由圆盘状的塑料夹管器6和海绵圈7组成，塑料夹管器6与海绵
圈7粘合固定塑料夹管器6。
优选的，上述海绵圈7直径大于塑料夹管器6的直径。
优选的，上述内段外侧定向装置102与内段外侧定向装置101的安装距离为（0.7～
0.9）*L，L为封孔剂在钻孔中最终的轴向扩展长度，外段内侧定向装置202与外段外侧定向
装置201的安装距离为（0.7～0.9）*L。
实施例2：一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔剂定向膨胀装置的膨胀方法，该方法为：在
对内段封堵区进行封堵时，内段内侧定向装置101固定连接在瓦斯抽采管4上，阻止袋装封
孔剂3向瓦斯抽采钻孔内端膨胀扩展，内段外侧定向装置102的塑料夹管器6与瓦斯抽采管
间为过盈配合，控制袋装封孔剂3沿瓦斯抽采钻孔径向膨胀，充满内段内侧定向装置101与
内段外侧定向装置102间整个内段封堵区，同时袋装封孔剂3对周围环境形成膨胀压力，当
膨胀压力大于内段外侧定向装置102的，推动内段外侧定向装置102向外移动一段距离，实
现内段封堵区袋装封孔剂3的定向膨胀；
在对外段封堵区进行封堵时，外段外侧定向装置201固定连接在瓦斯抽采管4上，阻止
袋装封孔剂3向瓦斯抽采钻孔外端膨胀扩展，外段内侧定向装置202的塑料夹管器6与瓦斯
抽采管4和注浆管5间分别为过盈配合，控制袋装封孔剂3沿瓦斯抽采钻孔径向膨胀，充满外
段外侧定向装置201和外段内侧定向装置202之间的整个内段封堵区，同时封孔剂3对周围
环境形成膨胀压力，当膨胀压力大于外段内侧定向装置202的塑料夹管器6对瓦斯抽采管4
和注浆管5的夹持的轴向摩擦力时，推动内段外侧定向装置202向内移动一段距离，实现外
段封堵区封孔剂3的定向膨胀。
具体实施过程：如图1-6所示，利用内段内侧定向装置101将袋装封孔剂固定于瓦
斯抽采管的A点；
内段外侧定向装置102安装于距A点（0.7～0.9）*L的瓦斯抽采管4的A´位置处，使其处
于半固定状态（即可沿瓦斯抽采管轴向移动状态），其中L为封孔剂在钻孔中最终的轴向扩
展长度；
利用外段外侧定向装置201将袋装封孔剂固定于瓦斯抽采管的B点；
外段内侧定向装置202安装于距B点（0.7～0.9）*L的瓦斯抽采管4的B´位置处使其处于
半固定状态（即可沿瓦斯抽采管轴向移动状态），其中L为封孔剂在钻孔中最终的轴向扩展
长度；
外段外侧定向装置201、外段内侧定向装置202同时将瓦斯抽采管和注浆管连接在一
起；
对内段封堵区进行封堵时，内段内侧定向装置101阻止封孔剂3向瓦斯抽采钻孔向内膨
胀扩展，内段外侧定向装置102控制封孔剂3沿瓦斯抽采钻孔径向膨胀，充满整个内段封堵
区，同时封孔剂3对周围环境形成一定的压力，当此压力大于处于半固定状态的内段外侧定
向装置102对瓦斯抽采管4的夹持力时，推动内段外侧定向装置102移动一段距离，封孔剂3
膨胀结束后，内段外侧定向装置102被移动到A〞点，实现内段封堵区封孔剂的定向膨胀。
同理，对外段封堵区进行封堵时，外段外侧定向装置201阻止封孔剂3向瓦斯抽采
钻孔向外膨胀扩展，外段内侧定向装置202控制封孔剂3沿瓦斯抽采钻孔径向膨胀，充满整
个外段封堵区，同时封孔剂3对周围环境形成一定的压力，当此压力大于处于半固定状态的
外段内侧定向装置202对瓦斯管4和注浆管5的夹持力时，推动外段内侧定向装置202移动一
段距离，封孔剂3膨胀结束后，内段外侧定向装置202被移动到B〞点，实现外段封堵区封孔剂
的定向膨胀。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何
熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵
盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。