CN204200238U - 一种实时钻探的新型井下导水裂隙带高度观测探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种实时钻探的新型井下导水裂隙带高度观测探头，属于煤矿井下覆岩导水裂隙带发育高度的现场观测领域。其包括钻头、探管和封堵胶囊部，所述钻头通过连接器连接探管，所述封堵胶囊部位于探管和钻杆之间，封堵胶囊部包括封堵胶囊和位于封堵胶囊内的金属芯管，封堵胶囊和金属芯管之间形成一气流通道，封堵胶囊的两端卡设在金属芯管的两端，金属芯管的一端与钻杆对接，另一端与探管对接。本实用新型能够在钻孔施工过程中随钻随测导水裂隙带发育高度，使传统的钻孔施工和观测工作两个工序较好地融合为一个工序，大大缩减钻孔施工工程量，简化了传统的观测工序，且设备结构简单，使用灵活，能够保证较高的观测精度。

Description

一种实时钻探的新型井下导水裂隙带高度观测探头

技术领域

本实用新型属于煤矿井下覆岩导水裂隙带发育高度的现场观测领域，具体涉及一种实时钻探的新型井下导水裂隙带高度观测探头。

背景技术

地下煤层开采后，顶板会发生沉降破坏，根据覆岩破坏状况，一般将采场覆岩由下至上划分为垮落带、导水裂缝带和弯曲带。导水裂缝带高度(简称导高)的确定对于预防矿井水害、提高矿井开采上限等具有重要的实用价值。当前对于导高的确定比较准确的方法是采用观测仪器进行现场测试。

目前现有技术中使用广泛的导高观测方法为双端堵水器井下注水观测法，观测用相关设备通常是选用的观测探头，其观测探头是由上下两个封堵胶囊加上中间的注水探管组成，要观测某一位置的导水裂隙发育程度时，首先将两个胶囊起胀，将这一段钻孔封堵，然后通过注水探管进行注水，通过观察该段岩层的注水漏失量来判断其裂隙发育程度。如CN201170100Y、CN202851004U、CN202937264U等均是采用双端堵水的观测探头来进行现场观测。这种观测方法的施工步骤为：首先提前预测导水裂隙带发育高度，确定需要施工的钻孔长度，待钻孔施工完毕后，再将钻杆退出，用观测探头取代施工钻头重新送入钻孔中进行逐段观测。这种观测方法的缺点为工程施工量大、工序繁琐，且当导高值预测不准或钻工施工长度不够而无法达到实际导高范围时，需要反复拆装观测探头与施工钻头，造成观测效率非常低。

为了提高观测探头的观测效率，CN202393921U公开了一种用于覆岩导水裂隙带监测系统的探测钻进装置，包括钻头、钻杆和连接柄；钻头通过第一连接器连接钻杆，钻杆通过第二连接器连接连接柄，连接器上套置有封堵胶囊，封堵胶囊为空心结构，可通过注水膨胀；还包括第一进水管和第二进水管，分别进行胶囊起胀和探管注水。该探测装置虽然可以直接安装在钻机上，使用钻机将探测装置送到目标位置，但是它仍存在以下缺点：(1)该装置仍然包括上下两个胶囊加中间的注水探管，只是在上胶囊前端与钻头进行了连接，这样一方面探测装置长度较大，打钻过程中随着钻头和钻杆的高速旋转，其结构很难保持稳定性，容易发生折断；同时上胶囊离钻头位置太近，钻头切割岩石时很容易将柔性的胶囊划破；(2)上下两个胶囊采用注水起胀的方法，注水起胀对水压的控制难度较大，很难保持压力稳定，尤其是在导高发育高度50m以上的钻孔中观测时，水压在某一个高度上保持恒定比较困难，水压过大容易撑破胶囊，而水压过小又无法使胶囊对钻孔进行很好的封堵，这在大量的实际观测过程中已经得到了验证；(3)该装置包括两套进水管路，且均布置在钻杆外侧，这样在钻进过程中随着钻杆的高速旋转，管路会与钻杆发生缠绕而磨损破断，造成施工困难。该设备没有实际解决观测探头与钻进装置在施工过程中的兼容问题。

实用新型内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型提出了一种实时钻探的新型井下导水裂隙带高度观测探头，该装置可以使实际观测过程中的施工工序得到很大简化，有效提高观测效率。

本实用新型技术方案包括：

一种实时钻探的新型井下导水裂隙带高度观测探头，包括钻头、探管和封堵胶囊部，所述探管位于所述钻头与封堵胶囊部之间，所述封堵胶囊部的另一端与用于与所述观测探头配合使用的钻杆连接，所述封堵胶囊部包括封堵胶囊和位于封堵胶囊内的金属芯管，所述封堵胶囊和金属芯管之间形成一气流通道，所述封堵胶囊的两端卡设在所述金属芯管的两端，所述金属芯管的一端与所述钻杆对接，另一端与所述探管对接；

所述钻杆内部设置有注气软管，所述钻杆的内壁设置有磁铁，所述注气软管通过所述磁铁吸附在钻杆内壁，所述封堵胶囊靠近所述钻杆的一端设置有注气小孔，所述注气软管的一端通过所述注气小孔向封堵胶囊内注气使其膨胀；

所述探管为中空结构，在所述探管的外围开设有若干个出水孔。

作为本实用新型的一个优选方案，上述金属芯管为两头粗、中间细的结构。

作为本实用新型的另一个优选方案，通过上述注气小孔的注气软管连接有具有自锁功能的即插式自闭接头。

上述封堵胶囊的两端设置有卡环，上述封堵胶囊通过上述卡环卡接在上述金属芯管的两端。

上述探管由高强度金属圆管制成，探管长度50～80cm；上述封堵胶囊长度为20cm。

上述封堵胶囊由高强橡胶材料制成。

本实用新型所带来的有益技术效果：

本实用新型提出了一种实时钻探的新型井下导水裂隙带高度观测探头，其中，封堵胶囊设置有一个并且位于探管和钻杆之间，简化了传统的双端堵水装置，而改为一端堵水，这样降低了整体探头的长度，同时采用高强合金材料加工探头，提高探头的整体强度，使探头在钻孔施工和观测过程中不容易发生折断或弯曲现象。

本实用新型能够在钻孔施工过程中随钻随测导水裂隙带发育高度，使传统的钻孔施工和观测工作两个工序较好地融合为一个工序，大大缩减钻孔施工工程量，简化了传统的观测工序，且设备结构简单，使用灵活，能够保证较高的观测精度。

采用注气起胀的方式来控制胶囊对钻孔进行封堵，压力操控上更加简单，更容易保持压力恒定，对钻孔封堵效果好，同时对封堵胶囊也起到很好地保护作用；

封堵胶囊与注气软管实现即插式自闭连接，注气软管良好的固定在了钻杆内部，操作方便，使用灵活。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步清楚、完整的说明：

图1为本实用新型观测探头的结构示意图；

图2为本实用新型观测探头的部分结构示意图，图中主要示出了封堵胶囊部；

图3为本实用新型观测探头的部分结构示意图，图中主要示出了钻杆内的注气软管部；

图中，1、钻头，2、连接器，3、出水孔，4、探管，5、封堵胶囊，6、金属芯管，7、注气软管，8、钻杆，9、档环。

具体实施方式

本实用新型公开了一种实时钻探的新型井下导水裂隙带高度观测探头，为了使本实用新型的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本实用新型做进一步清楚、完整的说明。

结合图1、图2和图3所示，一种实时钻探的新型井下导水裂隙带高度观测探头，包括钻头1、探管4和封堵胶囊部，钻杆8用于与本实用新型观测探头配合使用，其中，封堵胶囊部包括有封堵胶囊和位于封堵胶囊内的金属芯管，钻头1和钻杆8均为实心结构，探管4为内部空心结构，探管4由高强度金属圆管制成，长度50～80cm，通过封堵胶囊内部的金属芯管与钻杆连通，形成进水通道，钻头1选用常用的煤层钻头即可，钻头1通过连接器2与探管紧密连接，封堵胶囊部位于探管4和钻杆8之间，封堵胶囊部包括封堵胶囊5和位于封堵胶囊内的金属芯管6，封堵胶囊长度20cm，封堵胶囊通过两端的卡环固定在金属芯管的两端，封堵胶囊与金属芯管之间留有一定间隙，可注气使封堵胶囊膨胀，形成一气流通道，封堵胶囊5的两端卡设在金属芯管6的两端，金属芯管6的一端与钻杆8对接，另一端与探管4对接，封堵胶囊下端通过即插式自闭接头连接注气软管7，注气软管7可以与注气控制台连接，形成注气起胀系统；钻杆8与封堵胶囊5下端连接，形成注水观测系统。

金属芯管6加工成两头较粗，中间较细的结构，中间留有注气空间，金属芯管中空，有注水通道，也可以与钻杆的注水通道连通，封堵胶囊5套在金属芯管6外部，两端使用卡环卡紧密封，卡环外侧安装两个挡环9，防止挡环9向上下两侧滑移，在金属芯管6下端开有注气小孔与注气空间连通，小孔内安装有即插式自闭接头，注气软管7一端安装有即插式自闭插头，可以与即插式自闭接头实现快速对接。

在每段钻杆内均设置有注气软管7，本实用新型优选在钻杆的内壁放置有磁铁，尤其是高强磁铁，通过高强磁铁将注气软管7吸附在钻杆内壁上。

本实用新型在施工观测过程中较佳的操作方法具体如图1所示：

(1)将钻头1通过连接器2与探管紧密连接，探管4与封堵胶囊部对接，封堵胶囊部段下端通过即插式自闭接头连接注气软管7，注气软管7可以与注气控制台连接，形成注气起胀系统；钻杆8与封堵胶囊部段下端连接，形成注水观测系统；

(2)钻孔正常施工时封堵胶囊不起胀，只需在增加每节钻杆时逐节加长注气软管即可，由于注气软管靠高强磁铁固定在钻杆内壁上，因此不会随着钻杆的高速旋转而发生脱落导致缠绕的现象，另外下端的即插式自闭接头具有自锁功能，因此钻孔施工时不会发生水流进到注气软管的现象；

(3)钻孔施工到一定距离后开始观测，观测时首先将钻杆内的注气软管连接到注气控制台上，通过调节注气压力使封堵胶囊完全起胀将最上段钻孔封闭，起胀后将注气软管与注气控制台切断，靠即插式自闭接头的自锁功能保证胶囊内的压力恒定；

(4)胶囊起胀后，再将钻杆与注水控制台连接，由钻杆内部进水，通过封堵胶囊段的金属芯管到达注水探管，由注水小孔排出，通过封端段钻孔内岩层的注水漏失量来判断其裂隙发育程度；

(5)该段观测结束后，如果尚未达到导高上限，则将封堵胶囊内的空气放掉，使胶囊回复原状，继续往上加长施工钻孔，在施工过程中逐段进行观测，直至达到导水裂隙带发育高度上限值，停止施工，观测结束。

Claims (6)

1.一种实时钻探的新型井下导水裂隙带高度观测探头，包括钻头、探管和封堵胶囊部，所述探管位于所述钻头与封堵胶囊部之间，所述封堵胶囊部的另一端与用于与所述观测探头配合使用的钻杆连接，其特征在于：所述封堵胶囊部包括封堵胶囊和位于封堵胶囊内的金属芯管，所述封堵胶囊和金属芯管之间形成一气流通道，所述封堵胶囊的两端卡设在所述金属芯管的两端，所述金属芯管的一端与所述钻杆对接，另一端与所述探管对接；

所述钻杆内部设置有注气软管，所述钻杆的内壁设置有磁铁，所述注气软管通过所述磁铁吸附在钻杆内壁，所述封堵胶囊靠近所述钻杆的一端设置有注气小孔，所述注气软管的一端通过所述注气小孔向封堵胶囊内注气使其膨胀；

所述探管为中空结构，在所述探管的外围开设有若干个出水孔。

2.根据权利要求1所述的新型井下导水裂隙带高度观测探头，其特征在于：所述金属芯管为两头粗、中间细的结构。

3.根据权利要求1所述的新型井下导水裂隙带高度观测探头，其特征在于：通过所述注气小孔的注气软管连接有具有自锁功能的即插式自闭接头。

4.根据权利要求1所述的新型井下导水裂隙带高度观测探头，其特征在于：所述封堵胶囊的两端设置有卡环，所述封堵胶囊通过所述卡环卡接在所述金属芯管的两端。

5.根据权利要求1所述的新型井下导水裂隙带高度观测探头，其特征在于：所述探管由高强度金属圆管制成，探管长度50～80cm；所述封堵胶囊长度为20cm。

6.根据权利要求1所述的新型井下导水裂隙带高度观测探头，其特征在于：所述封堵胶囊由橡胶材料制成。