CN101634218B - 具有钻孔控制注浆装置的组合式钻具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有钻孔控制注浆装置的组合式钻具。目前我国一般采用注浆固结的方法，其缺点是：工程量大、工期长；对于动水条件工程因骨料及浆液滞留条件差，工程可靠性较低；注浆范围难以控制。本发明包括钻杆、钻头、套管，钻杆和钻头之间设置有控制注浆装置，隔离管与套管之间设置高强度无纺布保浆袋，套管与钻头之间设置动力传输装置，通过中间接头连接在钻杆上中间。本发明可更大程度的保证快速、高效的实施控制注浆，以适应矿山、铁路、公路、水利生产的隧道、巷道工程对于突遇较大通道、大流量、高浓度水气害进行注浆抢险救灾、生产恢复的要求并降低施工成本。

Description

具有钻孔控制注浆装置的组合式钻具
技术领域
本发明涉及具有钻孔控制注浆装置的组合式钻具，其主要应用于矿山、铁路、公路、水利生产对于较大通道、大流量、高浓度水气害进行注浆抢险救灾、生产恢复的定点钻孔控制注浆工程。
背景技术
在矿山、铁路、公路、水利等地下工程行业生产中常常会遭遇瞬时揭露含水、气区域时的较大通道、高压力、大流量、高浓度水气突出灾害，对人员、设备的安全生产起着极大的威胁。而在灾害发生期间及在灾害发生后，如何快速有效封堵水气突出通道，给抢险救灾提供有力保障，对生产恢复提供有利条件，最大减小工作面人员、设备的损失，一直是一个较大的难题。
目前在我国一般采用通过向下钻孔至水气害突出通道，投放骨料及其他辅料(黄豆、海带、铁链等)，然后注浆(化学注浆、水泥-水玻璃双液注浆、水泥单液注浆等)固结的方法对此类灾害进行处理。此类方法的明显缺点是：
1)工程量大、工期长。由于投放骨料的要求，钻孔选点只能在水气突出通道的上方(一般在地面、山区)，需根据选点位置修路、征用临时用地等。辅助工程量非常大。尤其当水气突出点埋藏较深，对注浆钻孔精度要求非常高，工程报废量较大。
2)对于动水条件工程因骨料及浆液滞留条件差(尤其在封口时)，工程可靠性较低。
3)注浆范围难以控制，一方面造成浆液大量浪费，另一方面造成水气害突出通道邻近区域工作巷道及设备的大量损害报废。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速、高效的实施控制注浆的具有钻孔控制注浆装置的组合式钻具。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
具有钻孔控制注浆装置的组合式钻具，钻具包括钻杆、钻头、套管，其特征在于：所述的控制注浆装置设置在钻杆和钻头之间；
所述的钻杆与套管之间设置钻杆套管接头，钻杆套管接头一端与钻杆连接，钻杆套管接头另一端通过隔离接头与隔离管的一端连通，隔离管的另一端插接在球座处，与钻头连通；
所述的隔离管与套管之间设置高强度无纺布保浆袋，高强度无纺布保浆袋的两端开口分别固定在隔离管和球座上；
所述的套管与钻头之间设置动力传输装置，动力传输装置由花键芯，花键套和固定两者轴向位置的剪切螺钉构成，所述的动力传输装置通过中间接头连接在钻杆上。
所述的高强度无纺布保浆袋的后端开口通过压套B和挡环B固定在隔离管上，高强度无纺布保浆袋的前端开口通过压套A和挡环A固定在和球座上。
所述的隔离管在球座的插接处设置密封圈。
所述的动力传输装置通过中间接头连接在钻杆上，所述的中间结构包括连接套管与花键芯的中间接头A，连接花键套与钻头的中间接头B和中间接头C。
本发明的相对于现有技术，其优点如下：
本发明结构独特，可采用地面钻机或井下坑道钻机在地面或井下选点快速钻进至欲封堵的水气害突出通道，然后采用投球方式封堵钻头部位钻进液通道，向钻具内注入可快速凝胶的浆液，在钻具内形成较大的内压力，其达到一定量可剪断剪切螺钉，使前端部分钻具沿花键面脱离并拉出保浆袋，形成可控制范围及固结质量的注浆固结体，达到封堵水气突出通道的目的。
使用本发明的施工工艺工程量小、工期短；尤其在井下设计时，对注浆钻孔精度要求不太高，工程报废量大大减小。在动水条件下可可靠形成有效浆液固结体，其滞留条件好，工程可靠性较高。注浆范围可得到一定的控制，一方面节约了大量工程量，另一方面可有效保护水气害突出通道邻近区域工作巷道人员(抢险时)及设备。对于抢险工程及矿山恢复工程都具有较大的实用价值。
本发明的有益效果是可更大程度的保证快速、高效的实施控制注浆，以适应矿山、铁路、公路、水利生产对于较大通道、大流量、高浓度水气害进行注浆抢险救灾、生产恢复的要求并降低施工成本。
附图说明
图1为本发明具有钻孔控制注浆装置的组合式钻具的结构示意图；
图2为图1中沿A-A的截面放大视图；
图3为本发明的使用状态示意图；
图4为本发明的保浆袋打开状态示意图。
附图标号：1-钻杆，2-钻杆套管接头，3-隔离接头，4-隔离管，5-套管，6-高强度无纺布保浆袋，7-中间接头A，8-花键芯，9-花键套，10-球座，11-中间接头B，12-球，13-中间接头C，14-钻头，15-挡环A，16-压套A，17-剪切螺钉，18-压套B  19-挡环B。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的内藏高强度无纺布保浆袋的组合钻具，可采用地面钻机或井下坑道钻机在地面或井下选点快速钻进至欲封堵的水气害突出通道，然后采用投球方式封堵钻头部位钻进液通道向钻具内注入可快速凝胶的浆液，在钻具内形成较大的内压力，其达到一定量可剪断剪切螺钉，使前端部分钻具沿花键面脱离并拉出保浆袋。快速凝胶的浆液在保浆袋中形成可控制范围及固结质量的注浆固结体，封堵水气突出通道。
参见图1，
本发明包括钻杆1、钻头14、套管5，在钻杆1与钻头14之间设置有控制注浆装置，钻杆1与套管5之间设置设置钻杆套管接头2(俗称“脑袋”)，钻杆套管接头2的一端与钻杆1连接，另一端通过隔离接头3与隔离管4的一端连通，隔离管4的另一端插接在球座10处，与转头14相接通，隔离接头3通过套管扣安装于套管5内并通过螺纹连接隔离管4，隔离管4与套管5之间设置高强度无纺布保浆袋6，高强度无纺布保浆袋6的前端开口通过压套A16和挡环A15固定在球座10上，后端开口通过压套B18和挡环B19固定在隔离管4上，通过压套A16、压套B18压紧在球座10与隔离管4上，并采用挡环A15、挡环B19防止脱落，其压紧可进行一定的调整，；隔离管4在球座10的插接处设置密封圈；套管5和钻头14之间设置由花键芯8、花键套9和固定在两者轴向位置的剪切螺钉17构成的动力传输装置，其通过中间接头连接在钻杆1，中间结构包括连接套管5与花键芯8的中间接头A7，连接花键套9与钻头14的中间接头B11和中间接头C13。
钻杆1为常规钻具钻杆，钻杆套管接头2为常规钻杆套管接头俗称“脑袋”，隔离接头3通过套管扣安装于套管5内并通过螺纹连接隔离管4，套管5为常规钻具套管，高强度无纺布保浆袋6，内藏于隔离管4与套管5中间，两头出口采用压套A16、压套B18压紧在球座10与隔离管4上，并采用挡板A15、挡板B19防止脱落，其压紧可进行一定的调整，中间接头A7通过套管扣及螺纹连接套管5与花键芯8连接。中间接头B11通过套管扣将花键套9与球座10连接起来，前方安装常规钻具钻头，在正常钻时，剪切螺钉17、花键芯8和花键套9形成一套整体。
参见图2，图2为图1的A-A的截面放大视图。
参见图3，在使用过程中，钻进施工时钻孔冲洗液可通过钻杆、钻杆套管接头、导向套、导向管及球座进入钻头满足钻进冲洗液循环要求，通过花键传递扭矩满足钻进切削岩体要求，通过剪切螺钉连接上下钻具满足中间提钻处理事故要求以保证正常钻进。
参见图4，钻进至欲封堵区域，从钻具中投入球12封堵中球座中心孔，球12采用钢球(下斜孔)或塑料球(上斜孔)。向钻具内注入可快速凝胶的浆液，在钻具内形成较大的内压力，其达到一定量可剪断剪切螺钉17，使前端部分钻具沿花键面脱离并拉出保浆袋。随后快速凝胶的浆液充填入保浆袋中并很快初凝，达到控制注浆的目的，最后强力拉出其余钻具。
本发明可更大程度的保证快速、高效的实施控制注浆，以适应矿山、铁路、公路、水利生产对于较大通道、大流量、高浓度水气害进行注浆抢险救灾、生产恢复的要求并降低施工成本。

Claims (4)

1.具有钻孔控制注浆装置的组合式钻具，钻具包括钻杆（1）、钻头（14）、套管（5），其特征在于：所述的控制注浆装置设置在钻杆（1）和钻头（14）之间；
所述的钻杆（1）与套管（5）之间设置钻杆套管接头（2），钻杆套管接头（2）一端与钻杆（1）连接，钻杆套管接头（2）另一端通过隔离接头（3）与隔离管（4）的一端连通，隔离管（4）的另一端插接在球座（10）处，与钻头（14）连通；
所述的隔离管（4）与套管（5）之间设置高强度无纺布保浆袋（6），高强度无纺布保浆袋（6）的两端开口分别固定在隔离管（4）和球座（10）上；
所述的套管（5）与钻头（14）之间设置动力传输装置，动力传输装置由花键芯（8），花键套（9）和固定两者轴向位置的剪切螺钉（17）构成，所述的动力传输装置通过中间接头连接在钻杆（1）上。
2.根据权利要求1所述的具有钻孔控制注浆装置的组合式钻具，其特征在于： 所述的高强度无纺布保浆袋（6）的后端开口通过压套B（18）和挡环B（19）固定在隔离管（4）上，高强度无纺布保浆袋（6）的前端开口通过压套A（16）和挡环A（15）固定在球座（10）上。
3.根据权利要求1或2所述的具有钻孔控制注浆装置的组合式钻具，其特征在于： 所述的隔离管（4）在球座（10）的插接处设置密封圈。
4.根据权利要求3所述的具有钻孔控制注浆装置的组合式钻具，其特征在于： 所述的动力传输装置通过中间接头连接在钻杆（1）上，所述的中间接头包括连接套管（5）与花键芯（8）的中间接头A（7），连接花键套（9）与钻头（14）的中间接头B（11）和中间接头C（13）。
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