CN106761499B - 承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置，包括第一管道、第二管道、储浆罐、可调自动泄压阀和储渣槽；所述第一管道的入口与孔口管导通，所述第一管道的出口与所述第二管道的侧向入口导通；所述第二道管一端连接阀门，另一端连接朝向下方的90°弯头；所述第二管道的弯头出口深入储浆罐腔内，与所述储浆罐的入口导通，所述可调自动泄压阀安装在所述储浆罐顶部的泥浆出口处；所述储渣槽通过阀门密封安装在储浆罐底部排渣处。本发明承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置应用于在承压水地层中进行钻孔施工过程中，泥浆与地层的水土压力平衡可减缓或避免钻孔施工对原有地层的扰动影响，减少水土流失，保证钻进正常推进。
Description
技术领域
本发明涉及承压水地层钻孔施工技术领域的设备，特别涉及承压水地层钻孔施工泥浆循环系统中保压条件下固液分离装置。
背景技术
在市政隧道、深基坑以及地铁建设施工中，钻孔施工的部分工作面位于地下水位以下或开孔位置位于承压水地层中，未采取措施施工时，多出现涌水、涌砂等事故，造成地层水土流失严重，甚至地面塌陷，损害周围结构物。因此，在承压水地层中进行水平钻孔施工过程中，泥浆与地层的水土压力平衡可减缓或避免钻孔施工对原有地层的扰动影响，减少水土流失。如在地勘或煤矿垂直钻孔过程中，泥浆比重产生的水土压力平衡可避免塌孔等事故发生。
现今常用的解决方法是采用孔口管、阀门及压紧装置进行密封钻进(如图1所示)。在该钻孔装置下施工，存有以下弊端：1)孔内泥浆压力不稳定，难以形成泥浆与地层的水土压力平衡；2)钻孔排渣只能依靠孔口管旁通阀的开启，易造成涌水、涌砂。因此，在稳定泥浆压力下孔内排渣是重点，如何在泥浆保压下能有效排渣成为承压水地层钻孔施工的关键。
发明内容
有鉴于此，本发明在于提供一种既不造成水土流失又不影响钻孔在泥浆保护的情况下正常推进的固液分离装置。
本发明是通过如下技术方案实现的：
承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置，包括第一管道、第二管道、储浆罐和可调自动泄压阀；所述第一管道的入口与孔口管导通，所述第一管道的出口与所述第二管道的入口导通；所述第二管道的出口与所述储浆罐的入口导通，所述可调自动泄压阀安装在所述储浆罐顶部的泥浆出口处。
上述承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置，所述第二管道的管孔横截面积大于所述第一管道的管孔横截面积,所述储浆罐的横截面积大于所述第二管道的管孔横截面积。所述第一管道的管孔横截面积、所述储浆罐的横截面积以及所述第二管道的管孔横截面积三者之间的大小比例，其确定原则是保证流体降速后能够将泥浆中的钻屑等固体与泥浆充分分离。本领域普通技术在获知本发明技术方案的基础上，不需要花费任何创造性劳动就可以具体确定，因此在本发明中不再根据具体施工情况详细进行一一赘述。但是，根据通过改变流速实现固液分离的经验，所述第二管道的管孔横截面积与所述第一管道的管孔横截面积之比最小为2:1；所述储浆罐的横截面积与所述第二管道的管孔横截面积之比最小为9:1。
上述承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置，所述储浆罐的底部设置有出渣口，所述出渣口处安装有出渣阀门。
上述承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置，所述出渣阀门的下方安装有储渣槽，所述储渣槽的入口与所述出渣阀门的出口连通。
上述承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置，所述储浆罐的顶部安装有泥浆流出管，所述泥浆流出管的旁侧导管上安装有排气阀及压力表。
上述承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置，所述泥浆流出管的出口与所述可调自动泄压阀的入口导通，所述可调自动泄压阀的出口与泥浆池导通。
上述承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置，所述第二管道包括固定连接并相互导通的直管段和弯管段，所述直管段的一端穿过所述储浆罐中部的罐壁并深入到所述储浆罐内，所述弯管段位于所述储浆罐内，所述弯管段的出口朝向所述储浆罐的底部。
上述承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置，所述第一管道的流体入口方向垂于所述孔口管的流体入口方向；所述第一管道的流体出口方向垂直于所述直管段的轴线；所述直管段内的流体流向垂直于所述弯管段出口的流体流向。
上述承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置，所述直管段的另一端上安装有排水兼检修阀门。
上述承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置，所述第二管道的管孔横截面积与所述第一管道的管孔横截面积之比最小为2:1；所述储浆罐的横截面积与所述第二管道的管孔横截面积之比最小为9:1。
本发明的有益效果是：
1、排水兼检修阀门的设置，使得打开后即可泄压排水，又可用作冲洗罐内残渣的通道。
2、与孔口管连接的阀门及第一管道在第二管道的旁侧，用于第一次泥浆改变方向与降速。
3、弯管段出口设置成朝向储浆罐底部，用于第二次泥浆改变方向与降速。
4、罐内泥浆压力超过顶部设置的可调自动泄压阀阀值，自动泄压阀自动开启，形成泥浆循环通路，泥浆流入配浆池，反之，则关闭保压。
5、储浆罐底部通过阀门密封安装了储渣槽。底部阀门的启闭用于在保压条件下尽量少甚至不排浆情况达到排渣的目的。
6、既不造成水土流失又不影响钻孔在泥浆保护的情况下正常推进，可与现有的孔口装置配套使用。本发明利用在闭式循环系统的保压作用下改变流体流速和流动方向，实现固(砂石)液(泥浆)分离。
7、本发明承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置应用于在承压水地层中进行钻孔施工过程中，泥浆与地层的水土压力平衡可减缓或避免钻孔施工对原有地层的扰动影响，减少水土流失，保证钻进正常推进。
附图说明
图1为现有技术钻孔施工密封钻进时的示意图。
图2本发明承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置的结构示意图。
图3为本发明承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置在钻孔施工工作时的示意图。
1-第一管道；2-第二管道；21-直管段；22-弯管段；3-储浆罐；31-出渣口；32-出渣阀门；33-泥浆流出管；34-旁侧导管；4-可调自动泄压阀；5-排气阀及压力表；6-储渣槽；7-排水兼检修阀门；100-孔口管；200-钻杆；300-泥浆池；400-逆止阀；500-压紧装置；600-钻机；700-泥浆泵；800-球阀；900-旁通阀。
具体实施方式
为清楚说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。
如图2所示，本实施例承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置包括第一管道1、第二管道2、储浆罐3和可调自动泄压阀4；所述第一管道1的入口与孔口管100导通，所述第一管道1的出口与所述第二管道2的入口导通；所述第二管道2的出口与所述储浆罐3的入口导通，所述可调自动泄压阀4安装在所述储浆罐3顶部的泥浆出口处。
所述钻杆200穿过所述孔口管100的管孔，即所述第一管道1与所述孔口管100和所述钻杆200之间的环形空间导通。本实施例中，所述孔口管100上安装有旁通阀900，所述第一管道1入口通过所述旁通阀900与环形空间导通。所述第二管道2的管孔横截面积大于所述第一管道1的管孔横截面积,所述储浆罐3的横截面积大于所述第二管道2的管孔横截面积。所述第一管道的管孔横截面积、所述储浆罐3的横截面积以及所述第二管道的管孔横截面积三者之间的大小比例，其确定原则是保证流体降速后能够将泥浆中的钻屑等固体与泥浆充分分离；本领域普通技术在获知本发明技术方案的基础上，不需要花费任何创造性劳动就可以具体确定，因此在本发明中不再根据具体施工情况详细进行一一赘述。但是，根据通过改变流速实现固液分离的经验，所述第二管道2的管孔横截面积与所述第一管道1的管孔横截面积之比最小为2:1；所述储浆罐3的横截面积与所述第二管道2的管孔横截面积之比最小为9:1。所述第二管道2包括固定连接并相互导通的直管段21和弯管段22，所述直管段21的一端穿过所述储浆罐3中部的罐壁并深入到所述储浆罐3内，所述弯管段22位于所述储浆罐3内，所述弯管段22的出口朝向所述储浆罐3的底部。所述第一管道1的流体入口方向垂于所述孔口管100的流体入口方向；所述第一管道1的流体出口方向垂直于所述直管段21的轴线；所述直管段21内的流体流向垂直于所述弯管段22出口的流体流向。所述直管段21的另一端上安装有排水兼检修阀门7。
所述储浆罐3的底部设置有出渣口31，所述出渣口31处安装有出渣阀门32。所述出渣阀门32的下方安装有储渣槽6，所述储渣槽6的入口与所述出渣阀门32的出口连通。
所述储浆罐3的顶部安装有泥浆流出管33，所述泥浆流出管33上安装有排气阀及压力表5。所述泥浆流出管33的出口与所述可调自动泄压阀4的入口导通，所述可调自动泄压阀4的出口与泥浆池300导通。
如图3所示，本实施例承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置在工作时，根据钻孔开孔处位置的承压水压力及地层深度设置可调自从泄压阀4阀值，使得钻孔内的泥浆与地层的水土形成压力平衡；带有泥砂的“高”流速泥浆自孔口管100与钻杆200之间的环形空间经第一管道1进入第二管道2，由于泥浆第一次流动方向改变及第二管道2横截面积相对第一管道1横截面积增大，液体流动缓慢，再经弯管段22，流入储浆罐3内，泥浆第二次流动方向改变及泥浆流动截面再次增大，速度再次放缓，因储浆罐3泄压口在其顶部，泥浆流动改变方向，向上流动，当所述储浆罐3内的压力超过预先设定的可调自从泄压阀4阀值时，泥浆经可调自动泄压阀4流入泥浆池300中。泥浆流经本发明可调控压固液分离装置，通过两次截面的增大，流动速度的放缓，及两次流动改变方向，将实现固(砂石)液(泥浆)分离。砂石分离后，落入储渣槽6中，当达到一定量，可关闭储浆罐3底部的出渣阀门，卸下储渣槽6进行排渣。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。
Claims (2)
1.承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置，其特征在于，包括第一管道(1)、第二管道(2)、储浆罐(3)和可调自动泄压阀(4)；所述第一管道(1)的入口与孔口管(100)导通，所述第一管道(1)的出口与所述第二管道(2)的入口导通；所述第二管道(2)的出口与所述储浆罐(3)的入口导通，所述可调自动泄压阀(4)安装在所述储浆罐(3)顶部的泥浆出口处；
所述第二管道(2)的管孔横截面积大于所述第一管道(1)的管孔横截面积,所述储浆罐(3)的横截面积大于所述第二管道(2)的管孔横截面积；
所述储浆罐(3)的底部设置有出渣口(31)，所述出渣口(31)处安装有出渣阀门(32)；
所述出渣阀门(32)的下方安装有储渣槽(6)，所述储渣槽(6)的入口与所述出渣阀门(32)的出口连通；
所述储浆罐(3)的顶部安装有泥浆流出管(33)，所述泥浆流出管(33)的旁侧导管(34)上安装有排气阀及压力表(5)；
所述泥浆流出管(33)的出口与所述可调自动泄压阀(4)的入口导通，所述可调自动泄压阀(4)的出口与泥浆池(300)导通；
所述第二管道(2)包括固定连接并相互导通的直管段(21)和弯管段(22)，所述直管段(21)的一端穿过所述储浆罐(3)中部的罐壁并深入到所述储浆罐(3)内，所述弯管段(22)位于所述储浆罐(3)内，所述弯管段(22)的出口朝向所述储浆罐(3)的底部；
所述第一管道(1)的流体入口方向垂于所述孔口管(100)的流体入口方向；所述第一管道(1)的流体出口方向垂直于所述直管段(21)的轴线；所述直管段(21)内的流体流向垂直于所述弯管段(22)出口的流体流向；
所述直管段(21)的另一端上安装有排水兼检修阀门(7)。
2.根据权利要求1所述的承压水地层钻孔施工泥浆保压条件下固液分离装置，其特征在于，所述第二管道(2)的管孔横截面积与所述第一管道(1)的管孔横截面积之比最小为2:1；所述储浆罐(3)的横截面积与所述第二管道(2)的管孔横截面积之比最小为9:1。
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