CN108775225B - 反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备及其安装工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备及其安装工艺，其中，反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，包括高压喷浆设备、分流笼头、定力矩拧紧机构、临时支护材料输送钻杆、下卡板机构和临时支护喷头，所述高压喷浆设备的出液端与所述分流笼头的进液端流体导通连接，所述分流笼头的出液端与所述临时支护材料输送钻杆的进液端流体导通连接，所述临时支护材料输送钻杆的出液端与所述临时支护喷头的进液端流体导通连接。本发明能够实现反井钻机扩孔后破碎地层临时支护，可以在扩孔的同时对扩孔后形成的井壁进行临时支护，不仅缩短了工期，还提高了施工安全性。

Description

反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备及其安装工艺
技术领域
本发明涉及反井钻井领域，特别涉及一种反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备及其安装工艺。
背景技术
反井钻井施工工艺是利用反井钻机从上向下钻进一条小直径的导孔，利用洗井介质通过正循环将岩屑排出，待导孔与下水平巷道贯通后，再在下水平巷道内卸下导孔钻头，安装大直径的扩孔钻头，从下向上扩孔形成设计直径的井筒。在扩孔过程中，破碎的岩渣从工作面脱离，靠自重从扩孔后的井筒内掉落至下水平面。
导井施工完成后，竖井井壁围岩的原岩应力状态即开始受到破坏。尤其从扩孔开石到扩孔结束钻机拆除，大直径扩孔后的井帮大面积长时间暴露，风化、涌水淋水、地层变化、地应力作用、岩石强度降低等都能造成井帮变形或坍塌。而反井钻井扩孔钻进过程中，破碎岩渣下落，无法在井筒内对井帮进行支护，增加了反井钻井事故发生的风险，对于水电及其他坚硬稳定岩石地层，在深度不大的情况下，可以一次扩孔成设计直径井筒，但对于矿山工程，特别是裂隙发育的破碎岩层或煤矿软弱的沉积岩层，井帮事故经常发生，对后期永久支护不利。这些问题限制了反井钻井法凿井的适用性。
目前竖井开凿遇破碎或不稳定地层时主要采用工作面预注浆超前支护形式，而反井扩孔施工时岩渣从工作面破碎从井筒内掉至下水平，人员无法进入破岩工作面进行超前支护，只能采用地面预注浆加固，工期长，经济成本大，大大削弱了反井法施工工艺优势。
发明内容
有鉴于此，本发明在于提供一种能够实现反井钻机扩孔后破碎地层临时支护的反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，可以在扩孔的同时对扩孔后形成的井壁进行临时支护，不仅缩短了工期，还提高了施工安全性。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，包括高压喷浆设备、分流笼头、定力矩拧紧机构、临时支护材料输送钻杆、下卡板机构和临时支护喷头，所述高压喷浆设备的出液端与所述分流笼头的进液端流体导通连接，所述分流笼头的出液端与所述临时支护材料输送钻杆的进液端流体导通连接，所述临时支护材料输送钻杆的出液端与所述临时支护喷头的进液端流体导通连接；所述分流笼头下端与所述定力矩拧紧机构固定连接且与所述临时支护材料输送钻杆上端固定连接，所述临时支护材料输送钻杆下端与所述临时支护喷头上端固定连接，所述定力矩拧紧机构与反井钻机动力头的浮动套固定连接；所述下卡板机构安装在反井钻机下插板轨道上，所述临时支护材料输送钻杆的长度小于反井钻机钻杆的长度。
上述反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，所述分流笼头包括分流器和分流输送杆，所述分流器与所述分流输送杆上端固定连接，所述分流输送杆下端外壁上设置有限位槽；所述定力矩拧紧机构包括承载座、钢球、顶进弹簧和顶进螺栓，所述承载座上板面设置有安装盲孔，所述安装盲孔孔底设置有贯穿所述安装盲孔孔底和所述承载座下板面的安装通孔，所述承载座侧壁下端上沿所述安装通孔周向等间距设置有大于或等于2个限位孔结构，所述限位孔结构包括螺栓安装孔、弹簧安装孔和钢球限位孔，所述螺栓安装孔、所述弹簧安装孔和所述钢球限位孔同轴且所述螺栓安装孔的中心轴与所述安装通孔的中心轴垂直相交，所述钢球限位孔邻近所述安装通孔处的开口的孔径小于所述钢球的球径，所述钢球、所述顶进弹簧和所述顶进螺栓沿所述安装通孔的径向由内至外依次设置在所述钢球限位孔、所述弹簧安装孔和所述螺栓安装孔内；所述分流输送杆下端依次穿过所述安装盲孔和所述安装通孔并与所述承载座下方的临时支护材料输送钻杆连接，在所述顶进螺栓和所述顶进弹簧的推力作用下，所述钢球的一端穿过所述钢球限位孔顶紧在所述限位槽内，所述钢球的另一端位于在所述钢球限位孔内；所述承载座与所述浮动套螺纹连接；所述限位槽沿所述分流输送杆的长度方向延伸出供所述钢球上下滚动浮动的轴向轨道。
上述反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，所述临时支护材料输送钻杆为至少设有两层输送通道的多层支护钻杆；所述临时支护材料输送钻杆的上端外壁上和下端外壁上沿所述临时支护材料输送钻杆周向等间距设置有限位卡接槽。
上述反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，上下相邻的两个所述临时支护材料输送钻杆之间螺纹连接；所述下卡板机构包括下卡板和下卡板座，所述下卡板座固定安装在反井钻机下插板轨道上，所述下卡板安装在所述下卡板座上；下卡板包括左半下卡板和右半下卡板，左半下卡板包括左半上定位板和左半下定位板，左半上定位板右侧壁上设有左半圆槽和第一矩形凹槽，左半下定位板右侧壁上设有第二矩形凹槽，左半圆槽位于第一矩形凹槽上方，第一矩形凹槽和第二矩形凹槽的大小和形状相同且上下正对；
右半下卡板包括右半上定位板和右半下定位板，右半上定位板左侧壁上设有右半圆槽和第三矩形凹槽，右半下定位板左侧壁上设有第四矩形凹槽，右半圆槽位于第三矩形凹槽上方，第三矩形凹槽和第四矩形凹槽的大小和形状相同且上下正对；第一矩形凹槽和第三矩形凹槽的大小和形状相同；
左半上定位板下板面与左半下定位板上板面固定连接且左半上定位板右侧壁的一侧与右半上定位板左侧壁的一侧铰接，右半上定位板下板面与右半下定位板上板面固定连接；左半圆槽和右半圆槽围成上定位孔，第一矩形凹槽和第三矩形凹槽围成中定位孔，第二矩形凹槽和第四矩形凹槽围成下定位孔，上定位孔、中定位孔和下定位孔同轴，上定位孔孔径D1、中定位孔孔径D2和下定位孔孔径D3之间的关系为D1＞D2＝D3；下卡板设置在锁定卡槽内时，左半下定位板和右半下定位板分别设置在锁定卡槽槽底上的锁定通孔内。
上述反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，所述临时支护喷头包括进液段和喷液段，所述进液段的上端外壁上设有卡槽；所述临时支护材料输送钻杆下端与所述进液段上端流体导通连接，所述进液段下端与所述喷液段上端流体导通连接；所述进液段下端与所述喷液段上端铰接且通过弯曲弹簧连接，在所述弯曲弹簧的作用下，所述喷液段轴向与所述进液段轴向之间的夹角大于0°小于180°。
反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备的安装工艺，包括如下步骤：
(a)将反井钻机停机并将反井钻机动力头与反井钻机钻杆分离；
(b)将下卡板机构固定安装在反井钻机下插板轨道上；固定定力矩拧紧机构的下端，将定力矩拧紧机构与反井钻机动力头的浮动套固定连接，然后利用反井钻机的升降油缸将安装好所述定力矩拧紧机构的反井钻机动力头提升至分流笼头的安装高度；
(c)将分流笼头下端依次穿过反井钻机中心孔和定力矩拧紧机构并伸入到定力矩拧紧机构的下方；
(d)将临时支护喷头放置到反井钻机钻杆中心孔内，并且将临时支护喷头的上端与卡板机构卡接，然后将临时支护材料输送钻杆的上端和下端分别与分流笼头和临时支护喷头连接；
(e)将高压喷浆设备的出液端与分流笼头的进液端流体导通连接；所述分流笼头的出液端通过临时支护材料输送钻杆与所述临时支护喷头的进液端流体导通；临时支护材料输送钻杆的长度小于反井钻机钻杆的长度。
上述安装工艺，在步骤(a)中，将反井钻机动力头与反井钻机钻杆分离包括如下步骤：
(a-1)将下插板轨道安装在反井钻机底座上，并将下插板基座安装在所述下插板轨道上；
(a-2)用反井钻机动力头将反井钻机钻杆的上端提升至下插板基座的上方，将下插板的内侧凸起设置在反井钻机钻杆外壁上的限位凹槽内并使下插板上板面上和下板面上的限位凸起与反井钻机钻杆外壁贴紧，然后用反井钻机动力头将反井钻机钻杆下放直到下插板的外侧放置到下插板基座上板面上的限位卡槽内，同时下插板下板面上的限位凸起位于在限位卡槽槽底上的通孔内；
(a-3)反井钻机动力头反向旋转，将反井钻机动力头与反井钻机钻杆分离。
上述安装工艺，在步骤(b)中，将定力矩拧紧机构与反井钻机动力头的浮动套固定连接，具体包括如下步骤：
(b-1)下卡板机构包括下卡板座和位于下卡板座上的下卡板，将下卡板座安装在下插板轨道上；
(b-2)将定力矩拧紧机构放置在下卡板座上并将定力矩拧紧机构与下卡板座可拆卸固定连接；
(b-3)反井钻机动力头正向旋转，将反井钻机动力头的浮动套与定力矩拧紧机构固定连接，然后将定力矩拧紧机构与下卡板座分离。
上述安装工艺，在步骤(d)中，临时支护喷头和临时支护材料输送钻杆的安装操作，具体包括如下步骤：
(d-1)将临时支护喷头的下端放置到反井钻机钻杆中心孔内，并将临时支护喷头的上端与下卡板卡接，然后将下卡板放置在下卡板座上的锁定卡槽内；
(d-2)第一根所述临时支护材料输送钻杆的安装步骤如下：将分流笼头下端与临时支护材料输送钻杆上端螺纹连接且流体导通，并将临时支护材料输送钻杆下端与临时支护喷头上端螺纹连接且流体导通；反井钻机动力头正向旋转，将第一根所述临时支护材料输送钻杆上端与分流笼头以及第一根所述临时支护材料输送钻杆下端与临时支护喷头拧紧；
利用反井钻机的升降油缸将临时支护材料输送钻杆和临时支护喷头向上提升，直至下卡板从锁定卡槽内脱出，然后将下卡板与临时支护喷头上端分离，再利用反井钻机的升降油缸将第一根所述临时支护材料输送钻杆和临时支护喷头沿反井钻机钻杆中心孔下放，直至第一个所述临时支护材料输送钻杆下端位于下卡板座下方且临时支护材料输送钻杆上端位于下卡板座上方且靠近下卡板座，然后将下卡板与临时支护材料输送钻杆的上端卡接，再利用反井钻机的升降油缸将下卡板放置在锁定卡槽内；反井钻机动力头反向旋转，将第一根所述临时支护材料输送钻杆上端与分流笼头分离，反井钻机动力头上升，然后安装下一根临时支护材料输送钻杆，直至临时支护材料输送钻杆的总长度满足竖井井筒临时支护喷浆需要为止。
上述安装工艺，下卡板包括左半下卡板和右半下卡板，左半下卡板包括左半上定位板和左半下定位板，左半上定位板右侧壁上设有左半圆槽和第一矩形凹槽，左半下定位板右侧壁上设有第二矩形凹槽，左半圆槽位于第一矩形凹槽上方，第一矩形凹槽和第二矩形凹槽的大小和形状相同且上下正对；
右半下卡板包括右半上定位板和右半下定位板，右半上定位板左侧壁上设有右半圆槽和第三矩形凹槽，右半下定位板左侧壁上设有第四矩形凹槽，右半圆槽位于第三矩形凹槽上方，第三矩形凹槽和第四矩形凹槽的大小和形状相同且上下正对；第一矩形凹槽和第三矩形凹槽的的大小和形状相同；
左半上定位板下板面与左半下定位板上板面固定连接且左半上定位板右侧壁的一侧与右半上定位板左侧壁的一侧铰接，右半上定位板下板面与右半下定位板上板面固定连接；左半圆槽和右半圆槽围成上定位孔，第一矩形凹槽和第三矩形凹槽围成中定位孔，第二矩形凹槽和第四矩形凹槽围成下定位孔，上定位孔、中定位孔和下定位孔同轴，上定位孔孔径D1、中定位孔孔径D2和下定位孔孔径D3之间的关系为D1＞D2＝D3；下卡板设置在锁定卡槽内时，左半下定位板和右半下定位板分别设置在锁定卡槽槽底上的锁定通孔内。
本发明的有益效果是：
反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备的特点：(1)不用撤离反井钻机，亦不用安装新钻机，(2)直接利用反井钻机动力头提供喷射支护的旋转和提升动力，(3)钻杆采用钢球定力矩，设定力矩灵敏，确保多层钻杆不会被反井钻机大力矩拧断；(4)定力矩拧紧机构内的钢球在分流笼头的轴向轨道上下滚动浮动，确保拆卸多层钻杆时多层钻杆接头螺纹不会被压溃；(4)设备操作简单，机构小巧，灵活性强。
附图说明
图1为本发明中反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备与反井钻机装配后的结构示意图；
图2为本发明中反井钻机施工破碎地层临时支护装备的分流笼头的结构示意图；
图3为图2的B-B向的结构示意图；
图4为本发明中反井钻机施工破碎地层临时支护装备的定力矩拧紧机构的结构示意图；
图5为图4的A-A向的结构示意图；
图6为本发明中反井钻机施工破碎地层临时支护装备的临时支护材料输送钻杆的结构示意图；
图7为图6中G部分的放大图；
图8为本发明中反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备的临时支护喷头的结构示意图；
图9为图8中Z部分的放大图；
图10为本发明中下卡板座的结构示意图；
图11为下卡板的结构示意图；
图12为本发明中下卡板的一种视向下的结构示意图；
图13为本发明中下卡板的另一种视向下的结构示意图；
图14为本发明中下卡板打开状态下的结构示意图；
图15为本发明中下插板轨道、下插板基座和下插板的装配结构示意图。
图中：1-反井钻机；2-分流笼头，2-1-分流器，2-2-分流输送杆，2-3-限位槽；3-定力矩拧紧机构，3-1-承载座，3-2-顶进螺栓，3-3-顶进弹簧，3-4-钢球，3-5-安装盲孔，3-6-安装通孔；4-临时支护材料输送钻杆，4-1-限位卡接槽；5-下卡板座，5-1-锁定卡槽，5-2-锁定通孔； 6-临时支护喷头，6-1-进液段，6-2-喷液段，6-3-弯曲弹簧；7-浮动套； 8-下插板轨道；9-反井钻机钻杆；10-下插板基座；11-下插板，11-1- 内侧凸起，11-2-限位凸起；12-左半上定位板；13-左半下定位板；14- 左半圆槽；15-第一矩形凹槽；16-第二矩形凹槽；17-右半上定位板； 18-右半下定位板；19-右半圆槽；20-第三矩形凹槽；21-第四矩形凹槽。
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1所示，本发明中的反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，包括高压喷浆设备、分流笼头2、定力矩拧紧机构3、临时支护材料输送钻杆4、下卡板机构和临时支护喷头6，所述高压喷浆设备的出液端与所述分流笼头2的进液端流体导通连接，所述分流笼头2的出液端与所述临时支护材料输送钻杆4的进液端流体导通连接，所述临时支护材料输送钻杆4的出液端与所述临时支护喷头6的进液端流体导通连接；所述分流笼头2下端与所述定力矩拧紧机构3固定连接且与所述临时支护材料输送钻杆4上端固定连接，所述临时支护材料输送钻杆4下端与所述临时支护喷头6上端固定连接，所述定力矩拧紧机构3与反井钻机1动力头的浮动套7固定连接；所述下卡板机构安装在反井钻机1下插板轨道8上，所述临时支护材料输送钻杆4的长度小于反井钻机钻杆9的长度。本实施例中，所述下卡板机构包括下卡板和下卡板座5，所述下卡板座5固定安装在反井钻机1下插板轨道8上，所述下卡板安装在所述下卡板座5上。
下卡板包括左半下卡板和右半下卡板，左半下卡板包括左半上定位板12和左半下定位板13，左半上定位板12右侧壁上设有左半圆槽 14和第一矩形凹槽15，左半下定位板13右侧壁上设有第二矩形凹槽 16，左半圆槽14位于第一矩形凹槽15上方，第一矩形凹槽15和第二矩形凹槽16的大小和形状相同且上下正对；右半下卡板包括右半上定位板17和右半下定位板18，右半上定位板17左侧壁上设有右半圆槽 19和第三矩形凹槽20，右半下定位板18左侧壁上设有第四矩形凹槽 21，右半圆槽19位于第三矩形凹槽20上方，第三矩形凹槽20和第四矩形凹槽21的大小和形状相同且上下正对；第一矩形凹槽15和第三矩形凹槽20的的大小和形状相同；左半上定位板12下板面与左半下定位板13上板面固定连接且左半上定位板12右侧壁的一侧与右半上定位板17左侧壁的一侧铰接，右半上定位板17下板面与右半下定位板18上板面固定连接；左半圆槽14和右半圆槽19围成上定位孔，第一矩形凹槽15和第三矩形凹槽20围成中定位孔，第二矩形凹槽16 和第四矩形凹槽21围成下定位孔，上定位孔、中定位孔和下定位孔同轴，上定位孔孔径D1、中定位孔孔径D2和下定位孔孔径D3之间的关系为D1＞D2＝D3；下卡板设置在锁定卡槽5-1内时，左半下定位板13和右半下定位板18分别设置在锁定卡槽5-1槽底上的锁定通孔5-2内。
其中，如图2和图3所示，所述分流笼头2包括分流器2-1和分流输送杆2-2，所述分流器2-1与所述分流输送杆2-2上端固定连接，所述分流输送杆2-2下端外壁上设置有限位槽2-3；所述限位槽2-3 沿所述分流输送杆2-2的长度方向延伸出供所述钢球3-4上下滚动浮动的轴向轨道；如图4和图5所示，所述定力矩拧紧机构3包括承载座3-1、钢球3-4、顶进弹簧3-3和顶进螺栓3-2，所述承载座3-1上板面设置有安装盲孔3-5，所述安装盲孔3-5孔底设置有贯穿所述安装盲孔3-5孔底和所述承载座3-1下板面的安装通孔3-6，所述承载座3-1侧壁下端上沿所述安装通孔3-6周向等间距设置有大于或等于 2个限位孔结构，所述限位孔结构包括螺栓安装孔、弹簧安装孔和钢球限位孔，所述螺栓安装孔、所述弹簧安装孔和所述钢球限位孔同轴且所述螺栓安装孔的中心轴与所述安装通孔3-6的中心轴垂直相交，所述钢球限位孔邻近所述安装通孔3-6处的开口的孔径小于所述钢球 3-4的球径，所述钢球3-4、所述顶进弹簧3-3和所述顶进螺栓3-2 沿所述安装通孔3-6的径向由内至外依次设置在所述钢球限位孔、所述弹簧安装孔和所述螺栓安装孔内；所述分流输送杆2-2下端依次穿过所述安装盲孔3-5和所述安装通孔3-6并与所述承载座3-1下方的临时支护材料输送钻杆4连接，在所述顶进螺栓3-2和所述顶进弹簧 3-3的推力作用下，所述钢球3-4的一端穿过所述钢球限位孔顶紧在所述限位槽2-3内，所述钢球3-4的另一端位于在所述钢球限位孔内；所述承载座3-1与所述浮动套7螺纹连接。
如图6和图7所示，所述临时支护材料输送钻杆4为至少设有两层输送通道的多层支护钻杆；所述临时支护材料输送钻杆4的上端外壁上和下端外壁上沿所述临时支护材料输送钻杆4周向等间距设置有限位卡接槽4-1。为了便于对不同深度的竖井井筒井壁进行临时支护，同时为了便于临时支护材料输送钻杆4的安装与拆卸，相邻的两个所述临时支护材料输送钻杆4之间螺纹连接。
如图8和图9所示，所述临时支护喷头6包括进液段6-1和喷液段6-2，所述进液段6-1的上端外壁上设有卡槽；所述临时支护材料输送钻杆4下端与所述进液段6-1上端流体导通连接，所述进液段6-1 下端与所述喷液段6-2上端流体导通连接；所述进液段6-1下端与所述喷液段6-2上端铰接且通过弯曲弹簧6-3连接，在所述弯曲弹簧6-3 的作用下，所述喷液段6-2轴向与所述进液段6-1轴向之间的夹角为 90°，这样所述喷液段6-2在所述临时支护喷头6下放出反井钻机钻杆9的中心孔后能够在所述弯曲弹簧6-3的弹力作用下与所述进液段 6-1垂直，将所述喷液段6-2的出液口靠近待支护井壁，有利于喷液段6-2的出液口接近支护井壁，确保支护材料能够以最佳状态切入破碎地层，而且在上提所述临时支护喷头6时，在提升力作用下，所述弯曲弹簧6-3沿中心导杆被压缩至反井钻机1钻杆的中心管内，所述临时支护喷头6呈近乎直线被往上提至地面。
在对已掘进好的竖井井筒进行临时支护之前，需将所述反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备的各个部分安装到位，具体包括如下步骤：
(a)将反井钻机1停机并将反井钻机1动力头与反井钻机钻杆9 分离，具体操作如下：
(a-1)将下插板轨道8安装在反井钻机1底座上，并将下插板基座10安装在所述下插板轨道8上，如图15所示；
(a-2)用反井钻机1动力头将反井钻机钻杆9的上端提升至下插板基座10的上方，将下插板11的内侧凸起11-1设置在反井钻机钻杆9外壁上的限位凹槽内并使下插板11上板面上和下板面上的限位凸起11-2与反井钻机钻杆9外壁贴紧，然后用反井钻机1动力头将反井钻机钻杆9下放直到下插板11的外侧放置到下插板基座10上板面上的限位卡槽内，同时下插板11下板面上的限位凸起11-2位于在限位卡槽槽底上的通孔内；
(a-3)反井钻机1动力头反向旋转，将反井钻机1动力头与反井钻机钻杆9分离；
(b)将下卡板机构固定安装在反井钻机1下插板轨道8上；固定定力矩拧紧机构3的下端，将定力矩拧紧机构3与反井钻机1动力头的浮动套7固定连接，然后利用反井钻机1的升降油缸将安装好所述定力矩拧紧机构3的反井钻机1动力头提升至分流笼头2的安装高度，具体操作如下：
(b-1)下卡板机构包括下卡板座5和位于下卡板座5上的下卡板，如图10～14所示，将下卡板座5安装在下插板轨道8上；
(b-2)将定力矩拧紧机构3放置在下卡板座5上并将定力矩拧紧机构3与下卡板座5可拆卸固定连接；
(b-3)反井钻机1动力头正向旋转，将反井钻机1动力头的浮动套7与定力矩拧紧机构3固定连接，然后将定力矩拧紧机构3与下卡板座5分离，在将定力矩拧紧机构3中的承载座3-1与反井钻机1 动力头的浮动套7螺纹连接之前，先调整所述顶进弹簧3-3的压缩力，确保4个钢球3-4被压回力产生的力矩能达到所述临时支护材料输送钻杆4接头螺纹的预紧力矩；
(c)将分流笼头2下端依次穿过反井钻机1中心孔和定力矩拧紧机构3并伸入到定力矩拧紧机构3的下方，此时，所述钢球3-4卡进所述限位槽2-3内；
(d)将临时支护喷头6放置到反井钻机钻杆9中心孔内，并且将临时支护喷头6的上端与卡板机构卡接，然后将临时支护材料输送钻杆4的上端和下端分别与分流笼头2和临时支护喷头6连接，具体操作如下：
(d-1)将临时支护喷头6的下端放置到反井钻机钻杆9中心孔内，并将临时支护喷头6的上端与下卡板卡接，然后将下卡板放置在下卡板座5上的锁定卡槽5-1内，如图15所示；
(d-2)第一根所述临时支护材料输送钻杆4的安装步骤如下：将分流笼头2下端与临时支护材料输送钻杆4上端螺纹连接且流体导通，并将临时支护材料输送钻杆4下端与临时支护喷头6上端螺纹连接且流体导通；反井钻机1动力头正向旋转，将第一根所述临时支护材料输送钻杆4上端与分流笼头2以及第一根所述临时支护材料输送钻杆4下端与临时支护喷头6拧紧；利用反井钻机1的升降油缸将临时支护材料输送钻杆4和临时支护喷头6向上提升，直至下卡板从锁定卡槽5-1内脱出，然后将下卡板与临时支护喷头6上端分离，再利用反井钻机1的升降油缸将第一根所述临时支护材料输送钻杆4和临时支护喷头6沿反井钻机钻杆9中心孔下放，直至第一个所述临时支护材料输送钻杆4下端位于下卡板座5下方且临时支护材料输送钻杆 4上端位于下卡板座5上方且靠近下卡板座5，然后将下卡板与临时支护材料输送钻杆4的上端卡接，再利用反井钻机1的升降油缸将下卡板放置在锁定卡槽5-1内；反井钻机1动力头反向旋转，将第一根所述临时支护材料输送钻杆4上端与分流笼头2分离，反井钻机1动力头上升，然后安装下一根临时支护材料输送钻杆4，直至临时支护材料输送钻杆4的总长度满足竖井井筒临时支护喷浆需要为止；在将分流笼头2下端与临时支护材料输送钻杆4上端螺纹连接时，利用反井钻机1动力头旋转带动所述分流笼头2旋转使得所述分流笼头2与位于最上方的临时支护材料输送钻杆4拧紧连接，当该临时支护材料输送钻杆4拧紧力矩超过所述定力矩拧紧机构3的设定值时，钢球3-4 被顶回，钢球3-4沿所述分流笼头2下端外壁的周向滚动，从而实现了对临时支护材料输送钻杆4的保护。
其中，下卡板包括左半下卡板和右半下卡板，如图11～14所示，左半下卡板包括左半上定位板12和左半下定位板13，左半上定位板 12右侧壁上设有左半圆槽14和第一矩形凹槽15，左半下定位板13 右侧壁上设有第二矩形凹槽16，左半圆槽14位于第一矩形凹槽15上方；右半下卡板包括右半上定位板17和右半下定位板18，右半上定位板17左侧壁上设有右半圆槽19和第三矩形凹槽20，右半下定位板 18左侧壁上设有第四矩形凹槽21，右半圆槽19位于第三矩形凹槽20 上；左半上定位板12下板面与左半下定位板13上板面固定连接且左半上定位板12右侧壁的一侧与右半上定位板17左侧壁的一侧铰接，右半上定位板17下板面与右半下定位板18上板面固定连接；左半圆槽14和右半圆槽19围成上定位孔，第一矩形凹槽15和第三矩形凹槽 20围成中定位孔，第二矩形凹槽16和第四矩形凹槽21围成下定位孔，上定位孔、中定位孔和下定位孔同轴，上定位孔孔径D1、中定位孔孔径D2和下定位孔孔径D3之间的关系为D1＞D2＝D3；下卡板设置在锁定卡槽5-1内时，左半下定位板13和右半下定位板18分别设置在锁定卡槽5-1槽底上的锁定通孔内；
(e)将高压喷浆设备的出液端与分流笼头2的进液端流体导通连接；所述分流笼头2的出液端通过临时支护材料输送钻杆4与所述临时支护喷头6的进液端流体导通；临时支护材料输送钻杆4的长度小于反井钻机钻杆9的长度。
在完成反井钻机1扩孔施工破碎地层临时支护装备各个部分安装之后，对高压喷浆设备进行，确保各设备工作正常。在人员远离反井钻机1后，打开全部高压喷浆设备，将浆液喷至反井钻机1与竖井井口之间的测试板上，确认临时支护材料符合设计要求。然后利用反井钻机1的动力头下放将所述临时支护喷头6下放至设定位置。按照地面试验确定的配方比例，打开高压喷浆设备将临时支护材料泵送至所述临时支护喷头6处混合，混合后的浆液从所述临时支护喷头6的喷嘴里高压喷射至竖井井筒井壁上。启动反井钻机1动力头，边旋转边提升，所述临时支护喷头6在上升过程中将临时支护材料喷至井壁上。当完成一个所述临时支护材料输送钻杆4长度的竖井井筒井壁上临时支护材料喷涂后，关停高压喷浆设备，然后将位于最上方的所述临时支护材料输送钻杆4卸掉，在所述临时支护材料输送钻杆4时，反转反井钻机1的动力头，所述分流笼头2下端外壁上的限位槽2-3划过钢球3-4被顶起。卸掉一根所述临时支护材料输送钻杆4后，拧紧分流笼头2和下方所述临时支护材料输送钻杆4，继续提升旋转支护，周而复始直至所述临时支护材料输送钻杆4达到待支护竖井井筒的上部。然后清洗所述临时支护材料输送钻杆4和所述临时支护喷头6，防止浆液堵住所述临时支护材料输送钻杆4和所述临时支护喷头6。最后提出所述临时支护材料输送钻杆4和所述临时支护喷头6，卸掉本发明反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备后，继续反井扩孔施工。
如图7所示，本实施例中，所述临时支护材料输送钻杆4具有两个环形通道和一个轴向中孔，外层环形通道用来输送A料，内层环形通道用来输送B料，轴向中孔可以用来输送压缩空气以便于A料和B 料混合及均匀喷洒在井壁上(根据现场施工情况，也可以闲置轴向中孔，仅仅依靠液体压力喷洒在井壁上)。所述临时支护材料输送钻杆4 可以由杆体、上接头、下接头和密封圈组成，杆体之间通过上接头和下接头首尾连接，密封圈位于两个杆体之间的连接处。密封圈在高压的工作条件下，能保证各层通道内持续的动密性和静密性，上接头和下接头采用圆弧螺纹连接，材料可选用优质合金钢，并经过热处理工艺，连接方便，多层之间互不串通和渗漏，密封效果好，使用寿命长。所述临时支护材料输送钻杆4下放时用所述下卡板座5进行固定，在动力头的所述分流笼头2上方连接浆液输送管入口，所述临时支护材料输送钻杆4长度比反井钻机1钻杆长度短10cm，从而确保能够在动力头和反井钻机1钻杆之间完成所述临时支护材料输送钻杆4的装卸。
采用本发明对反井钻机扩孔施工后的破碎地层井壁进行临时支护，具有以下优点：(1)不用撤离反井钻机1，亦不用安装新钻机，(2) 直接利用反井钻机1动力头提供喷射支护的旋转和提升动力，(3)定力矩拧紧机构3采用钢球定力矩，定力矩灵敏，确保所述临时支护材料输送钻杆4不会被反井钻机大力矩拧断；(4)定力矩拧紧机构3内的钢球3-4在分流笼头2的轴向轨道上下滚动浮动，确保拆卸所述临时支护材料输送钻杆4时所述临时支护材料输送钻杆4接头螺纹不会被压溃；(4)设备操作简单，机构小巧，灵活性强。

Claims (10)

1.反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，其特征在于，包括高压喷浆设备、分流笼头(2)、定力矩拧紧机构(3)、临时支护材料输送钻杆(4)、下卡板机构和临时支护喷头(6)，所述高压喷浆设备的出液端与所述分流笼头(2)的进液端流体导通连接，所述分流笼头(2)的出液端与所述临时支护材料输送钻杆(4)的进液端流体导通连接，所述临时支护材料输送钻杆(4)的出液端与所述临时支护喷头(6)的进液端流体导通连接；所述分流笼头(2)下端与所述定力矩拧紧机构(3)固定连接且与所述临时支护材料输送钻杆(4)上端固定连接，所述临时支护材料输送钻杆(4)下端与所述临时支护喷头(6)上端固定连接，所述定力矩拧紧机构(3)与反井钻机(1)动力头的浮动套(7)固定连接；所述下卡板机构安装在反井钻机(1)下插板轨道(8)上，所述临时支护材料输送钻杆(4)的长度小于反井钻机钻杆(9)的长度。
2.根据权利要求1所述的反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，其特征在于，所述分流笼头(2)包括分流器(2-1)和分流输送杆(2-2)，所述分流器(2-1)与所述分流输送杆(2-2)上端固定连接，所述分流输送杆(2-2)下端外壁上设置有限位槽(2-3)；所述定力矩拧紧机构(3)包括承载座(3-1)、钢球(3-4)、顶进弹簧(3-3)和顶进螺栓(3-2)，所述承载座(3-1)上板面设置有安装盲孔(3-5)，所述安装盲孔(3-5)孔底设置有贯穿所述安装盲孔(3-5)孔底和所述承载座(3-1)下板面的安装通孔(3-6)，所述承载座(3-1)侧壁下端上沿所述安装通孔(3-6)周向等间距设置有大于或等于2个限位孔结构，所述限位孔结构包括螺栓安装孔、弹簧安装孔和钢球限位孔，所述螺栓安装孔、所述弹簧安装孔和所述钢球限位孔同轴且所述螺栓安装孔的中心轴与所述安装通孔(3-6)的中心轴垂直相交，所述钢球限位孔邻近所述安装通孔(3-6)处的开口的孔径小于所述钢球(3-4)的球径，所述钢球(3-4)、所述顶进弹簧(3-3)和所述顶进螺栓(3-2)沿所述安装通孔(3-6)的径向由内至外依次设置在所述钢球限位孔、所述弹簧安装孔和所述螺栓安装孔内；所述分流输送杆(2-2)下端依次穿过所述安装盲孔(3-5)和所述安装通孔(3-6)并与所述承载座(3-1)下方的临时支护材料输送钻杆(4)连接，在所述顶进螺栓(3-2)和所述顶进弹簧(3-3)的推力作用下，所述钢球(3-4)的一端穿过所述钢球限位孔顶紧在所述限位槽(2-3)内，所述钢球(3-4)的另一端位于在所述钢球限位孔内；所述承载座(3-1)与所述浮动套(7)螺纹连接；所述限位槽(2-3)沿所述分流输送杆(2-2)的长度方向延伸出供所述钢球(3-4)上下滚动浮动的轴向轨道。
3.根据权利要求2所述的反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，其特征在于，所述临时支护材料输送钻杆(4)为至少设有两层输送通道的多层支护钻杆；所述临时支护材料输送钻杆(4)的上端外壁上和下端外壁上沿所述临时支护材料输送钻杆(4)周向等间距设置有限位卡接槽(4-1)。
4.根据权利要求3所述的反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，其特征在于，上下相邻的两个所述临时支护材料输送钻杆(4)之间螺纹连接；所述下卡板机构包括下卡板和下卡板座(5)，所述下卡板座(5)固定安装在反井钻机(1)下插板轨道(8)上，所述下卡板安装在所述下卡板座(5)上；下卡板包括左半下卡板和右半下卡板，左半下卡板包括左半上定位板(12)和左半下定位板(13)，左半上定位板(12)右侧壁上设有左半圆槽(14)和第一矩形凹槽(15)，左半下定位板(13)右侧壁上设有第二矩形凹槽(16)，左半圆槽(14)位于第一矩形凹槽(15)上方，第一矩形凹槽(15)和第二矩形凹槽(16)的大小和形状相同且上下正对；
右半下卡板包括右半上定位板(17)和右半下定位板(18)，右半上定位板(17)左侧壁上设有右半圆槽(19)和第三矩形凹槽(20)，右半下定位板(18)左侧壁上设有第四矩形凹槽(21)，右半圆槽(19)位于第三矩形凹槽(20)上方，第三矩形凹槽(20)和第四矩形凹槽(21)的大小和形状相同且上下正对；第一矩形凹槽(15)和第三矩形凹槽(20)的的大小和形状相同；
左半上定位板(12)下板面与左半下定位板(13)上板面固定连接且左半上定位板(12)右侧壁的一侧与右半上定位板(17)左侧壁的一侧铰接，右半上定位板(17)下板面与右半下定位板(18)上板面固定连接；左半圆槽(14)和右半圆槽(19)围成上定位孔，第一矩形凹槽(15)和第三矩形凹槽(20)围成中定位孔，第二矩形凹槽(16)和第四矩形凹槽(21)围成下定位孔，上定位孔、中定位孔和下定位孔同轴，上定位孔孔径D1、中定位孔孔径D2和下定位孔孔径D3之间的关系为D1＞D2＝D3；下卡板设置在锁定卡槽(5-1)内时，左半下定位板(13)和右半下定位板(18)分别设置在锁定卡槽(5-1)槽底上的锁定通孔(5-2)内。
5.根据权利要求1-4任一所述的反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，其特征在于，所述临时支护喷头(6)包括进液段(6-1)和喷液段(6-2)，所述进液段(6-1)的上端外壁上设有卡槽(6-4)；所述临时支护材料输送钻杆(4)下端与所述进液段(6-1)上端流体导通连接，所述进液段(6-1)下端与所述喷液段(6-2)上端流体导通连接；所述进液段(6-1)下端与所述喷液段(6-2)上端铰接且通过弯曲弹簧(6-3)连接，在所述弯曲弹簧(6-3)的作用下，所述喷液段(6-2)轴向与所述进液段(6-1)轴向之间的夹角大于0°小于180°。
6.反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备的安装工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(a)将反井钻机(1)停机并将反井钻机(1)动力头与反井钻机钻杆(9)分离；
(b)将下卡板机构固定安装在反井钻机(1)下插板轨道(8)上；固定定力矩拧紧机构(3)的下端，将定力矩拧紧机构(3)与反井钻机(1)动力头的浮动套(7)固定连接，然后利用反井钻机(1)的升降油缸将安装好所述定力矩拧紧机构(3)的反井钻机(1)动力头提升至分流笼头(2)的安装高度；
(c)将分流笼头(2)下端依次穿过反井钻机(1)中心孔和定力矩拧紧机构(3)并伸入到定力矩拧紧机构(3)的下方；
(d)将临时支护喷头(6)放置到反井钻机(1)钻杆中心孔内，并且将临时支护喷头(6)的上端与下卡板机构卡接，然后将临时支护材料输送钻杆(4)的上端和下端分别与分流笼头(2)和临时支护喷头(6)连接；
(e)将高压喷浆设备的出液端与分流笼头(2)的进液端流体导通连接；所述分流笼头(2)的出液端通过临时支护材料输送钻杆(4)与所述临时支护喷头(6)的进液端流体导通；临时支护材料输送钻杆(4)的长度小于反井钻机钻杆(9)的长度。
7.根据权利要求6所述的反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备的安装工艺，其特征在于，在步骤(a)中，将反井钻机(1)动力头与反井钻机钻杆(9)分离包括如下步骤：
(a-1)将下插板轨道(8)安装在反井钻机(1)底座上，并将下插板基座(10)安装在所述下插板轨道(8)上；
(a-2)用反井钻机(1)动力头将反井钻机钻杆(9)的上端提升至下插板基座(10)的上方，将下插板(11)的内侧凸起(11-1)设置在反井钻机钻杆(9)外壁上的限位凹槽内并使下插板(11)上板面上和下板面上的限位凸起(11-2)与反井钻机钻杆(9)外壁贴紧，然后用反井钻机(1)动力头将反井钻机钻杆(9)下放直到下插板(11)的外侧放置到下插板基座(10)上板面上的限位卡槽内，同时下插板(11)下板面上的限位凸起(11-2)位于在限位卡槽槽底上的通孔内；
(a-3)反井钻机(1)动力头反向旋转，将反井钻机(1)动力头与反井钻机钻杆(9)分离。
8.根据权利要求7所述的反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备的安装工艺，其特征在于，在步骤(b)中，将定力矩拧紧机构(3)与反井钻机(1)动力头的浮动套(7)固定连接，具体包括如下步骤：
(b-1)下卡板机构包括下卡板座(5)和位于下卡板座(5)上的下卡板，将下卡板座(5)安装在下插板轨道(8)上；
(b-2)将定力矩拧紧机构(3)放置在下卡板座(5)上并将定力矩拧紧机构(3)与下卡板座(5)可拆卸固定连接；
(b-3)反井钻机(1)动力头正向旋转，将反井钻机(1)动力头的浮动套(7)与定力矩拧紧机构(3)固定连接，然后将定力矩拧紧机构(3)与下卡板座(5)分离。
9.根据权利要求8所述的反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备的安装工艺，其特征在于，在步骤(d)中，临时支护喷头(6)和临时支护材料输送钻杆(4)的安装操作，具体包括如下步骤：
(d-1)将临时支护喷头(6)的下端放置到反井钻机钻杆(9)中心孔内，并将临时支护喷头(6)的上端与下卡板卡接，然后将下卡板放置在下卡板座(5)上的锁定卡槽(5-1)内；
(d-2)第一根所述临时支护材料输送钻杆(4)的安装步骤如下：将分流笼头(2)下端与临时支护材料输送钻杆(4)上端螺纹连接且流体导通，并将临时支护材料输送钻杆(4)下端与临时支护喷头(6)上端螺纹连接且流体导通；反井钻机(1)动力头正向旋转，将第一根所述临时支护材料输送钻杆(4)上端与分流笼头(2)以及第一根所述临时支护材料输送钻杆(4)下端与临时支护喷头(6)拧紧；
利用反井钻机(1)的升降油缸将临时支护材料输送钻杆(4)和临时支护喷头(6)向上提升，直至下卡板从锁定卡槽(5-1)内脱出，然后将下卡板与临时支护喷头(6)上端分离，再利用反井钻机(1)的升降油缸将第一根所述临时支护材料输送钻杆(4)和临时支护喷头(6)沿反井钻机钻杆(9)中心孔下放，直至第一个所述临时支护材料输送钻杆(4)下端位于下卡板座(5)下方且临时支护材料输送钻杆(4)上端位于下卡板座(5)上方且靠近下卡板座(5)，然后将下卡板与临时支护材料输送钻杆(4)的上端卡接，再利用反井钻机(1)的升降油缸将下卡板放置在锁定卡槽(5-1)内；反井钻机(1)动力头反向旋转，将第一根所述临时支护材料输送钻杆(4)上端与分流笼头(2)分离，反井钻机(1)动力头上升，然后安装下一根临时支护材料输送钻杆(4)，直至临时支护材料输送钻杆(4)的总长度满足竖井井筒临时支护喷浆需要为止。
10.根据权利要求9所述的反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备的安装工艺，其特征在于，下卡板包括左半下卡板和右半下卡板，左半下卡板包括左半上定位板(12)和左半下定位板(13)，左半上定位板(12)右侧壁上设有左半圆槽(14)和第一矩形凹槽(15)，左半下定位板(13)右侧壁上设有第二矩形凹槽(16)，左半圆槽(14)位于第一矩形凹槽(15)上方，第一矩形凹槽(15)和第二矩形凹槽(16)的大小和形状相同且上下正对；
右半下卡板包括右半上定位板(17)和右半下定位板(18)，右半上定位板(17)左侧壁上设有右半圆槽(19)和第三矩形凹槽(20)，右半下定位板(18)左侧壁上设有第四矩形凹槽(21)，右半圆槽(19)位于第三矩形凹槽(20)上方，第三矩形凹槽(20)和第四矩形凹槽(21)的大小和形状相同且上下正对；第一矩形凹槽(15)和第三矩形凹槽(20)的的大小和形状相同；
左半上定位板(12)下板面与左半下定位板(13)上板面固定连接且左半上定位板(12)右侧壁的一侧与右半上定位板(17)左侧壁的一侧铰接，右半上定位板(17)下板面与右半下定位板(18)上板面固定连接；左半圆槽(14)和右半圆槽(19)围成上定位孔，第一矩形凹槽(15)和第三矩形凹槽(20)围成中定位孔，第二矩形凹槽(16)和第四矩形凹槽(21)围成下定位孔，上定位孔、中定位孔和下定位孔同轴，上定位孔孔径D1、中定位孔孔径D2和下定位孔孔径D3之间的关系为D1＞D2＝D3；下卡板设置在锁定卡槽(5-1)内时，左半下定位板(13)和右半下定位板(18)分别设置在锁定卡槽(5-1)槽底上的锁定通孔(5-2)内。
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