CN110344784A - 一种矿井近水平定向钻孔的突水治理装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于矿井防治水技术领域，具体涉及一种煤矿井下近水平定向钻孔的突水治理装置。以解决现有方法存在的止浆塞堵水难以送到位、胶囊加压管容易卡孔、止浆塞因劳损漏水而无法实现钻孔堵水等问题。本发明一种矿井近水平定向钻孔突水治理装置，包括止浆塞、短节、加压管和钻杆，止浆塞由中心管、胶囊、前托盘和后托盘组成，所述前托盘上固连有锥形钻头；所述加压管设置于钻杆的内部，前端活动穿设于钻杆端部并与后托盘连接；所述钻杆内还设置有注浆管，所述钻杆的前端外壁上设置有出浆孔，注浆管的端部穿设固定于出浆孔上。

Description

一种矿井近水平定向钻孔的突水治理装置

技术领域

本发明属于矿井防治水技术领域，具体涉及一种煤矿井下近水平定向钻孔的突水治理装置。

背景技术

近年来，随着钻探技术的不断发展，矿井近水平定向钻探被广泛地应用到煤层瓦斯抽采、灰岩超前注浆治理、老空水超前探放、顶板水超前疏放等方面。由于钻孔夹角小、钻孔深度大、钻孔轨迹可靠等优点，在煤层底板灰岩超前注浆治理过程中，矿井近水平定向钻探能够以近水平的方式在煤层底板的薄层灰岩或奥灰顶部长距离受控顺层钻进，为注浆改造灰岩含水层创造条件。煤层底板灰岩近水平定向钻探首先是在煤层底板隔水层中开孔，然后下入并固结孔口管，之后在灰岩中近水平钻进。孔口管固结前，一般根据注浆压力算好孔口管的长度，然后完成固结并进行耐压试验，试验压力下孔口管不漏水不松动，说明孔口管固结质量合格，可以正常钻进至终孔。

灰岩超前注浆治理工程实施过程中，由于矿井地质条件的复杂性，有时候孔口管完成固结和耐压试验，钻进到灰岩后出现涌水,当退出钻杆关闭孔口管阀门准备注浆时，钻场附近的巷道会发生突水，其原因是定向钻孔孔口管外部裸孔段揭露的地层中有裂隙带，高压灰岩水通过裂隙带突入了井下巷道中。此时钻孔已成事故钻孔，关闭钻孔阀门巷道中会突水，打开钻孔阀门钻场中会突水，这样的钻孔突水对矿井的安全构成了严重威胁，必须紧急治理，否则可能发生淹面甚至淹井事故。

面对近水平定向钻孔突发性的突水问题，常规的办法是止浆塞堵水法。该方法所使用的装置包括钻杆和钻杆前端的止浆塞，止浆塞由中心管、中心管外围的胶囊、前托盘和后托盘组成，所述止浆塞的后托盘与加压管连通，中心管通过短节与钻杆连接，加压管位于钻杆外部。使用时，止浆塞固定设置于钻杆前端，钻杆顶着止浆塞在不回转的情况下，穿过钻孔漏水段裂隙带进入钻孔深部完整岩石段后，用手压泵通过加压管给止浆塞压水，胶囊膨胀后与钻孔孔壁紧贴，钻孔水通过中心管进入钻杆中，之后流出钻孔，然后用钻杆反向注浆，直到将钻孔深部的灰岩出水点堵死。实践中发现，该装置在垂直浅孔中使用简便且效果较好，但在近水平定向钻孔中使用效果并不理想甚至无法达到止浆的目的，一、止浆塞很难到达指定位置，这是因为近水平定向钻孔的钻孔深度大且钻孔造斜段轨迹弯曲，在钻孔有水流涌出的情况下，钻杆前端的托盘在钻孔下行中容易受阻，同时因为加压管在拖动过程中钻杆不能回转，位于钻杆外部的加压管在拖动过程中很容易卡在钻孔中，一旦加压管卡在钻孔里，轻则加压管在钻杆旋转中易拧断，重则加压管和钻杆可能同时卡死在钻孔里，止浆塞就既进不去也出不来，给钻孔突水治理带来麻烦。二、就算止浆塞能下到位置控制了钻孔突水，因灰岩一般吃浆量大注浆时间长，在长时间高压注浆中止浆塞容易劳损漏水，一旦止浆塞漏水，浆液将随水流涌出钻孔，达不到钻孔堵水的目的。此时若从钻孔中取出止浆塞，会导致已注入的水泥浆随水流从钻孔中涌出，钻孔又重现变成了突水的事故孔。

发明内容：

本发明要提供一种矿井近水平定向钻孔突水治理装置，以解决现有方法存在的止浆塞堵水难以送到位、胶囊加压管容易卡孔、止浆塞因劳损漏水而无法实现钻孔堵水等问题。

为达到本发明的目的，本发明提出的技术解决方案是：一种矿井近水平定向钻孔突水治理装置，包括止浆塞、短节、加压管和钻杆，止浆塞由中心管、胶囊、前托盘和后托盘组成，其特殊之处在于：所述前托盘上固连有锥形钻头；所述加压管设置于钻杆的内部，前端活动穿设于钻杆端部并与后托盘连接；所述钻杆内还设置有注浆管，所述钻杆的前端外壁上设置有出浆孔，注浆管的端部穿设固定于出浆孔上。

上述加压管和注浆管固定穿设于钻杆内。

上述钻杆由多个短节串联而成，其内的加压管和注浆管对应分为多段。

本发明的优点是：

1、本发明中首先采用锥形钻头，这样止浆塞的前托盘不容易受阻，其次是将加压管设置于钻杆内，加压管不会被卡在钻孔内，也避免了钻杆受其影响被卡住，这样使止浆塞在近水平钻孔中顺利送到位；

2、本发明利用钻杆内部的空间，增设了注浆管，不但保留原来的浆塞前端水泥浆封堵改造灰岩含水层的功能，同时创造性地提供了止浆塞后端钻杆外部环状空间水泥浆封闭功能，不用再担心止浆塞疲劳漏水；

3、本装置在钻孔突水治理过程中，可以持续性长时间注浆，为灰岩含水层突水治理提供了保障。

4、若使用一根长度大的通体式胶囊加压管，止浆塞下钻时需要穿管安装，在井下狭小的作业空间内施工十分不便。本发明每根钻杆内置分段式加压管和注浆管，在施工时只需分别一根一根连接即可，快速便捷，下钻施工效率高。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

附图标记：1-锥形钻头；2-前托盘；3-胶囊；4-中心管；5-后托盘；6-短节；7-加压管；8-钻杆；9-钻孔；10-出浆孔；11-注浆管；12-手压泵；13-定向钻机；14-注浆系统。

具体实施方式：

下面将结合附图和实施例对本发明进行详细地说明。

一种矿井近水平定向钻孔突水治理装置（参见图1），包括止浆塞、短节6、加压管7和钻杆8。

上述止浆塞由中心管4、胶囊3、前托盘2和后托盘5组成，前托盘2上固连有锥形钻头1。所述钻杆8内设置有并行的加压管7和注浆管11，它们都固定于钻杆8内壁上，所述加压管7前端活动穿设于钻杆8端部并与后托盘5连接，所述钻杆8的前端外壁上设置有出浆孔10，注浆管11的端部穿设固定于出浆孔10上。

由于钻孔9较长，钻杆8可由多节串联而成，其内的加压管7和注浆管11也对应分为多段。

注浆管可以是双管，这样能注可以快速凝固的水泥-水玻璃双液浆。

本发明中设置有双通道注浆管路，包括止浆塞后端钻杆环状间隙注浆管路和前端灰岩含水层注浆管路。后端注浆管路用于封堵孔口到止浆塞之间的孔内环状空间，前端注浆管路用于含水层注浆。

现场钻孔外通常设置有常规的手压泵12、定向钻机13和注浆系统14。使用本发明装置堵水时，将止浆塞固设于钻杆8的前端，之后将钻杆8以及其内的加压管7和注浆管11分别一节一节连接，，逐节下行入孔将止浆塞送至孔内预定部位。止浆塞到位后通过手压泵12经加压管7给止浆塞中胶囊3压水使其充分膨胀，将止浆塞外部水导入中心管4中从钻杆8内管中流出。之后将注浆系统14与注浆管11连接进行注浆，浆液通过注浆管11流出钻杆，将止浆塞后部钻杆外环空间用浆液充填，等浆液凝固后，失控的钻孔水已全部收束在止浆塞中心管和钻孔内管中，突水钻孔得到有效控制。再将注浆系统14与钻杆8连接，通过钻杆8、中心管4和锥形钻头1的内部通孔可对灰岩含水层进行注浆，实现近水平定向钻孔的突水治理和灰岩含水层的的注浆改造。

Claims (3)

1.一种矿井近水平定向钻孔的突水治理装置，其特征在于：包括止浆塞、短节（6）、加压管（7）和钻杆（8），止浆塞由中心管（4）、胶囊（3）、前托盘（2）和后托盘（5）组成，其特殊之处在于：所述前托盘（2）上固连有锥形钻头（1）；所述加压管（7）设置于钻杆（8）的内部，前端活动穿设于钻杆（8）端部并与后托盘（5）连接；所述钻杆（8）内还设置有注浆管（11），所述钻杆（8）的前端外壁上设置有出浆孔（10），注浆管（11）的端部穿设固定于出浆孔（10）上。

2.根据权利要求1所述的一种矿井近水平定向钻孔的突水治理装置，其特征在于：所述的加压管（7）和注浆管（11）固定穿设于钻杆（8）内。

3.根据权利要求1或2所述的一种矿井近水平定向钻孔的突水治理装置，其特征在于：所述的钻杆（8）由多个短节串联而成，其内的加压管（7）和注浆管（11）对应分为多段。