CN115263231A - 一种矿井定向长钻孔注浆装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种矿井定向长钻孔注浆装置，外壳的外部设有一环形腔，所述环形腔密封设有一周弹性橡胶，所述外壳内部设有一周活塞凸起，活塞凸起周向设有多个开口朝向外钻杆的活塞孔，活塞孔内设有活塞，活塞朝向外钻杆的一端设有活塞杆，外钻杆的端部均布转动连接有多个驱动杆，安装槽孔内均转动连接有锁紧齿，锁紧齿朝向外壳的一端与安装槽孔转动连接，注浆孔内安装有由内钻杆向外壳方向单项开通的第一单向阀，所述金属塞向外壳方向运动带动驱动杆转动，进而使得中间杆带动锁紧齿向外伸出锁紧套，同时驱动杆的端部带动驱动架沿活塞孔移动。有效避免在注浆产生的反作用力推动外壳进而的产生外钻杆的晃动，弹性橡胶实现柔性密封，提高密封效果。

Description

一种矿井定向长钻孔注浆装置及方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下定向钻探技术领域，特别是一种矿井定向长钻孔注浆装置及方法。

背景技术

随着煤矿井下定向钻进技术与装备的发展，定向钻孔以其轨迹可控、钻进精度高、有效距离长等优点，应用到煤矿井下瓦斯抽采、水害防治、地质异常体探查等诸多领域，对保障煤矿安全高效生产起到重要的促进作用。

煤矿井下定向钻进技术目前针对不同地层及不同用途钻孔已形成多套工艺技术方案，基本满足常规定向钻孔钻进需要，针对复杂地层定向钻孔孔口段形成了大曲率钻进、大直径扩孔、注浆加固等技术措施，基本解决了复杂地层孔口段定向钻进难题，但是针对定向长钻孔目标层段，尤其是钻孔较深时钻遇大落差断层时，采用开分支方法无法使钻孔轨迹完全避开非目标层位，从而导致钻进困难，严重时甚至钻孔报废，采用注浆加固的方法则需要从孔口开始全孔段注浆，不仅浪费了已施工完成的前段有效钻孔，还严重影响钻孔施工效率，增加打钻成本。

实施煤矿井下定向钻孔定点注浆的关键，是把注浆孔6段和非注浆孔6段封隔开来，目前石油钻井领域中应用较为成熟的封隔器，一般用来注水或注气，且结构较为复杂，制造工艺也较为复杂，不适合直接应用于煤矿井下注浆作业中

中国发明专利CN 113309487 A 一种煤矿井下定向长钻孔可回收定点注浆装置，该发明公开了一种注浆装置，实现定向长钻孔定点注浆和装置回收重复利用，解决定向长钻孔深孔局部复杂地层钻进困难的难题，提高煤矿井下定向长钻孔复杂地层成孔率、成孔效率及地层适应性，但是再注浆时由于注浆液体会产生一种后推力，造成大直径钻杆和小直径钻杆的晃动，橡胶塞和钻孔之间的产生的摩擦力较小，无法对大钻杆进行有效地固定，橡胶塞和钻孔直接的密闭不好，影响分段注浆的效果。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种矿井定向长钻孔注浆装置及方法，能够减少密封件的磨损，使得定位更加牢固，提高注浆效果。

其解决方案是，一种矿井定向长钻孔注浆装置，包括内钻杆、外钻杆，所述外钻杆的端部旋拧有锁紧套，所述锁紧套背离外钻杆的一端固定有外壳，所述内钻杆插入到外钻杆内，内钻杆朝向外壳的一端固定有金属塞，金属塞上内设有注浆孔，所述外壳背离锁紧套的一端设有开孔，外壳的外部设有一环形腔，所述环形腔密封设有一周弹性橡胶，所述外壳内部设有一周活塞凸起，活塞凸起周向设有多个开口朝向外钻杆的活塞孔，活塞孔内设有活塞，活塞朝向外钻杆的一端设有活塞杆，活塞杆连接有驱动架，所述活塞孔与环形腔之间设有连接通道，所述外钻杆的端部均布转动连接有多个驱动杆，驱动杆的中部固定连接有中间杆，所述驱动杆与驱动架数量相同且一一对应，所述锁紧套上设有多个安装槽孔，安装槽孔内均转动连接有锁紧齿，锁紧齿朝向外壳的一端与安装槽孔转动连接，锁紧齿和锁紧槽孔之间设有带动锁紧齿向内转动的扭簧，所述锁紧齿的数量与中间杆的数量相同且一一对应，所述注浆孔内安装有由内钻杆向外壳方向单项开通的第一单向阀，所述金属塞向外壳方向运动带动驱动杆转动，进而使得中间杆带动锁紧齿向外伸出锁紧套，同时驱动杆的端部带动驱动架沿活塞孔移动。

优选的，外壳朝向锁紧套的一端为圆柱状段，其另一端为圆台状段，所述锁紧套的外直径与外壳的外直径相同。

优选的，外钻杆背离锁紧套的一端内部设有定位凸起，所述内钻杆背离金属塞的一端设有密封橡胶，密封橡胶与定位凸起接触起到定位和密封的作用。

优选的，内钻杆靠近金属塞的一侧壁上设有由外向内的第二单向阀。在注浆过程时，浆液不会通过第二单向阀向外钻杆内流出，在注浆完成后，通过外钻杆向内钻杆通过第二单向阀注入清水，第一单向阀密封，进而驱替内钻杆中的浆液。

优选的，外壳圆台状段设有固定齿。

一种矿井定向长钻孔注浆方法，主要包括以下步骤，

第一步，送外壳，根据确定的注浆的位置，通过外钻杆借助钻机将外壳送至指定深度；

第二步，送金属塞，实现钻孔的简单密封和外壳与钻孔的固定，通过所述内钻杆将活塞送入到指定位置，在金属塞与驱动杆接触时，带动驱动杆转动，进而通过中间杆锁紧齿齿推出锁紧套，同时驱动杆带动驱动架移动，进而带动活塞移动，进而弹性橡胶膨胀，实现钻孔的密封；

第三步，注浆，通过内钻杆和金属塞的注浆孔进行注浆，到达一定压力后停止，注浆过程中保持所述弹性橡胶与钻孔的密封，同时，注浆产生的反作用力作用于锁紧齿，使得锁紧齿与钻孔产生更好的抓合，保证外壳的位置固定。

步骤四，清洗内钻杆，内钻杆和外钻杆之间注入清水，将内钻杆中的泥浆驱离；

步骤五，装置回收，待浆液凝固后，取出内钻孔，驱动杆撤离后，环形腔压力降低，锁紧齿缩回，然后撤出外钻杆和外壳，实现装置回收再利用；

本发明的有益效果是：有效避免在注浆产生的反作用力推动外壳，进而的产生外钻杆的晃动，提高注浆效果；弹性橡胶实现柔性密封，提高密封效果，同时在环形腔没有压力时，密封橡胶能够缩回环形腔内，防止在进入钻孔时产生较大的磨损，提高循环使用寿命。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明外壳的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1和图2给出，一种矿井定向长钻孔注浆装置，包括内钻杆1、外钻杆2，其特征在于，所述外钻杆2的端部旋拧有锁紧套3，所述锁紧套3背离外钻杆2的一端固定有外壳4，所述内钻杆1插入到外钻杆2内，内钻杆1朝向外壳4的一端固定有金属塞5，金属塞5上内设有注浆孔6，所述外壳4朝向锁紧套3的一端为圆柱状，所述外壳4背离锁紧套3的一端设有开孔，外壳4的外部设有一环形腔7，所述环形腔7密封设有一周弹性橡胶8，弹性橡胶8与环形槽的底部之间形成密闭空间，在密闭不冲入气体时，弹性橡胶8完全缩回到环形槽内，所述外壳4内部设有一周活塞凸起9，活塞凸起9周向设有多个开口朝向外钻杆2的活塞孔，活塞孔内设有活塞10，活塞10朝向外钻杆2的一端设有活塞杆11，活塞杆11连接有驱动架12，所述活塞孔与环形腔7之间设有连接通道，连接通道与弹性橡胶8和环形槽的底部形成密闭空间相连通，所述外钻杆2的端部均布转动连接有多个驱动杆13，驱动杆13的中部固定连接有中间杆14，驱动杆13与中间杆14一体设计，呈T形状，所述驱动杆13与驱动架12数量相同且一一对应，所述锁紧套3上设有多个安装槽孔15，安装槽孔15内均转动连接有锁紧齿16，锁紧齿16朝向外壳4的一端与安装槽孔15转动连接，锁紧齿16和锁紧槽孔之间设有带动锁紧齿16向内转动的扭簧，外壳4在外钻杆2的带动下进入钻孔时，锁紧齿16在扭簧的作用下，完全缩回到安装槽孔15内，防止槽孔在外壳4进入钻孔时产生干扰，所述锁紧齿16的数量与中间杆14的数量相同且一一对应，所述注浆孔6内安装有由内钻杆1向外壳4方向单项开通的第一单向阀17，第一单向阀17能够使得在注浆时，浆液能通过第一单项阀，同时也能够防止注浆完成后，浆液反流进入到内钻杆1中，所述金属塞5向外壳4方向运动带动驱动杆13转动，进而使得中间杆14带动锁紧齿16向外伸出锁紧套3，同时驱动杆13的端部带动驱动架12沿活塞孔移动。

所述外壳4朝向锁紧套3的一端为圆柱状段，其另一端为圆台状段，所述锁紧套3的外直径与外壳4的外直径相同。

所述外钻杆2背离锁紧套3的一端内部设有定位凸起18，所述内钻杆1背离金属塞5的一端设有密封橡胶19，密封橡胶19与定位凸起18接触起到定位和密封的作用。

所述内钻杆1靠近金属塞5的一侧壁上设有由外向内的第二单向阀。在注浆过程时，浆液不会通过第二单向阀向外钻杆2内流出，在注浆完成后，通过外钻杆2向内钻杆1通过第二单向阀注入清水，第一单向阀17密封，进而驱替内钻杆1中的浆液。

所述外壳4圆台状段设有固定齿20。

一种矿井定向长钻孔注浆方法，主要包括以下步骤，

第一步，送外壳4，根据确定的注浆的位置，通过外钻杆2借助钻机将外壳4送至指定深度；

第二步，送金属塞5，实现钻孔的简单密封和外壳4与钻孔的固定，通过所述内钻杆1将活塞10送入到指定位置，在金属塞5与驱动杆13接触时，带动驱动杆13转动，进而通过中间杆14锁紧齿16齿推出锁紧套3，同时驱动杆13带动驱动架12移动，进而带动活塞10移动，进而弹性橡胶8膨胀，实现钻孔的密封；

第三步，注浆，通过内钻杆1和金属塞5的注浆孔6进行注浆，到达一定压力后停止，注浆过程中保持所述弹性橡胶8与钻孔的密封，同时，注浆产生的反作用力作用于锁紧齿16，使得锁紧齿16与钻孔产生更好的抓合，保证外壳4的位置固定。

步骤四，清洗内钻杆1，内钻杆1和外钻杆2之间注入清水，将内钻杆1中的泥浆驱离；

步骤五，装置回收，待浆液凝固后，取出内钻孔，驱动杆13撤离后，环形腔7压力降低，锁紧齿16缩回，然后撤出外钻杆2和外壳4，实现装置回收再利用；

本发明的有益效果是：有效避免在注浆产生的反作用力推动外壳，进而产生外钻杆的晃动，影响注浆效果；弹性橡胶实现柔性密封，提高密封效果，同时在环形腔没有压力时，密封橡胶能够缩回环形腔内，防止在进入钻孔时产生较大的磨损，影响使用效果。

以上所述的实施例并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域所属技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应纳入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种矿井定向长钻孔注浆装置，包括内钻杆（1）、外钻杆（2），其特征在于，所述外钻杆（2）的端部旋拧有锁紧套（3），所述锁紧套（3）背离外钻杆（2）的一端固定有外壳（4），所述内钻杆（1）插入到外钻杆（2）内，内钻杆（1）朝向外壳（4）的一端固定有金属塞（5），金属塞（5）上内设有注浆孔（6），所述外壳（4）背离锁紧套（3）的一端设有开孔，外壳（4）的外部设有一环形腔（7），所述环形腔（7）密封设有一周弹性橡胶（8），所述外壳（4）内部设有一周活塞凸起（9），活塞凸起（9）周向设有多个开口朝向外钻杆（2）的活塞孔，活塞孔内设有活塞（10），活塞（10）朝向外钻杆（2）的一端设有活塞杆（11），活塞杆（11）连接有驱动架（12），所述活塞孔与环形腔（7）之间设有连接通道，所述外钻杆（2）的端部均布转动连接有多个驱动杆（13），驱动杆（13）的中部固定连接有中间杆（14），所述驱动杆（13）与驱动架（12）数量相同且一一对应，所述锁紧套（3）上设有多个安装槽孔（15），安装槽孔（15）内均转动连接有锁紧齿（16），锁紧齿（16）朝向外壳（4）的一端与安装槽孔（15）转动连接，锁紧齿（16）和锁紧槽孔之间设有带动锁紧齿（16）向内转动的扭簧，所述锁紧齿（16）的数量与中间杆（14）的数量相同且一一对应，所述注浆孔（6）内安装有由内钻杆（1）向外壳（4）方向单项开通的第一单向阀（17），所述金属塞（5）向外壳（4）方向运动带动驱动杆（13）转动，进而使得中间杆（14）带动锁紧齿（16）向外伸出锁紧套（3），同时驱动杆（13）的端部带动驱动架（12）沿活塞孔移动。

2.根据权利要求1所述的矿井定向长钻孔注浆装置，其特征在于，所述外壳（4）朝向锁紧套（3）的一端为圆柱状段，其另一端为圆台状段，所述锁紧套（3）的外直径与外壳（4）的外直径相同。

3.根据权利要求1所述的矿井定向长钻孔注浆装置，其特征在于，所述外钻杆（2）背离锁紧套（3）的一端内部设有定位凸起（18），所述内钻杆（1）背离金属塞（5）的一端设有密封橡胶（19），密封橡胶（19）与定位凸起（18）接触起到定位和密封的作用。

4.根据权利要求3所述的矿井定向长钻孔注浆装置，其特征在于，所述内钻杆（1）靠近金属塞（5）的一侧壁上设有由外向内的第二单向阀。

5.根据权利要求2所述的矿井定向长钻孔注浆装置，其特征在于，所述外壳（4）圆台状段设有固定齿（20）。

6.一种矿井定向长钻孔注浆方法，主要包括以下步骤，

步骤一，送外壳，根据确定的注浆的位置，通过外钻杆（2）借助钻机将外壳（4）送至指定深度；

步骤二，送金属塞，实现钻孔的简单密封和外壳（4）与钻孔的固定，通过所述内钻杆（1）将活塞（10）送入到指定位置，在金属塞（5）与驱动杆（13）接触时，带动驱动杆（13）转动，进而通过中间杆（14）锁紧齿（16）齿推出锁紧套（3），同时驱动杆（13）带动驱动架（12）移动，进而带动活塞（10）移动，进而弹性橡胶（8）膨胀，实现钻孔的密封；

步骤三，注浆，通过内钻杆（1）和金属塞（5）的注浆孔（6）进行注浆，到达一定压力后停止，注浆过程中保持所述弹性橡胶（8）与钻孔的密封，同时，注浆产生的反作用力作用于锁紧齿（16），使得锁紧齿（16）与钻孔产生更好的抓合，保证外壳（4）的位置固定；

步骤四，清洗内钻杆，内钻杆（1）和外钻杆（2）之间注入清水，将内钻杆（1）中的泥浆驱离；

步骤五，装置回收，待浆液凝固后，取出内钻孔，驱动杆（13）撤离后，环形腔（7）压力降低，锁紧齿（16）缩回，然后撤出外钻杆（2）和外壳（4），实现装置回收再利用。

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