CN212454321U

CN212454321U - 一种钻孔高效气密封装置

Info

Publication number: CN212454321U
Application number: CN202020981621.3U
Authority: CN
Inventors: 马彦操
Original assignee: Henan Dongsheng Compressor Co ltd
Current assignee: Henan Dongsheng Compressor Co ltd
Priority date: 2020-06-02
Filing date: 2020-06-02
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2030-06-02

Abstract

本新型涉及一种钻孔高效气密封装置，包括承载龙骨、导流腔、气密封环、气封囊袋、缓存气囊，承载龙骨为柱状框架结构，导流腔嵌于承载龙骨内，导流腔上端面和下端面设与导流腔同轴分布的钻孔工作孔，侧表面设一个排气口、一个应急排气孔和一个排煤水口，且导流腔通过应急排气孔与缓存气囊相互连通，气封囊袋嵌于承载龙骨上端面，气密封环为与导流腔同轴分布的闭合环装结构，嵌于导流腔底部的钻孔工作孔内并与钻孔工作孔侧壁连接。本新型一方面通用性和密封性能好，并可根据地层结构灵活调整本新型密封结构；另一方面对钻杆运行时产生的煤水混合物可有效进行密封导流，另可有效的实现对瓦斯气进行有效的收集导流。

Description

一种钻孔高效气密封装置

技术领域

本实用新型涉及一种钻孔辅助设备，特别是涉及一种钻孔高效气密封装置。

背景技术

目前进行煤炭资源开采活动中，在对煤层利用钻机进行钻孔作业中，一方面产生的煤屑基于与地下水、钻机运行作业高压水混合后沿钻杆从钻孔流出，在导致施工现场环境恶劣的同时，也极易造成设备故障；另一方面在钻探作业中，煤层中的瓦斯气也会随钻孔一同排出，若不及时对瓦斯气进行及时有效的收集净化处理，极易引发严重的安全事故，针对这一问题当期开发了诸如申请号为“200520020042.8 ”的“方钻杆自动防漏阀”、申请号为“201821340149.9”“一种简易封堵装置”及申请号为“201110214166.7 ”的“ 一种用于孔口捕尘器的气封装置”等用于钻孔封堵密封设备，当前这些类型的钻杆封堵设备虽然满足对钻孔封堵作业的需要，但一方面设备结构相对复杂，且仅能对固体粉尘等污染物进行净化封堵，无法有效实现对煤水混合物进行有效的封堵和导流；另一方面这些封堵设备在运行中，均缺乏对瓦斯气进行安全处理的能力，尤其是缺乏对瓦斯突出情况应急处理能力，因此使用安全性也相对较差。

此外这些封堵设备在使用中，与煤层等地质结构间往往通过均是采用的刚性连接关系，因此无法灵活适应地层表面起伏变化，从而严重影响了密封封堵的作业效果，依然易发生泄漏情况发生。

因此针对这一现状，迫切需要开发一种全新的钻孔封堵设备，以满足实际使用的需要。

实用新型内容

针对现有技术上存在的不足，本实用新型提供一种钻孔高效气密封装置，该新型结构简单、使用及维护方便，一方面通用性和密封性能好，并可根据地层结构灵活调整本新型密封结构，从而有效满足不同结构类型钻杆、煤层地质结构钻探开采作业的需要；另一方面对钻杆运行时产生的煤水混合物可有效进行密封导流，防止煤水混合物缺乏密封导流而造成的环境及设备污染情况发生；同时本新型另可有效的实现对瓦斯气进行有效的收集导流，尤其可对瓦斯突出时瞬间高压大流量瓦斯进行缓存，从而极大的提高本钻探作业的便捷性和安全性。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

一种钻孔高效气密封装置，包括承载龙骨、导流腔、气密封环、气封囊袋、缓存气囊，承载龙骨为柱状框架结构，导流腔嵌于承载龙骨内并与承载龙骨同轴分布，导流腔上端面和下端面设与导流腔同轴分布的钻孔工作孔，侧表面设一个排气口、一个应急排气孔和一个排煤水口，且导流腔通过应急排气孔与缓存气囊相互连通，所述缓存气囊至少一个，与承载龙骨侧表面连接，气封囊袋为与承载龙骨同轴分布的闭合环装结构，嵌于承载龙骨上端面并高出承载龙骨上端面至少5毫米，气密封环为与导流腔同轴分布的闭合环装结构，嵌于导流腔底部的钻孔工作孔内并与钻孔工作孔侧壁连接，气密封环、气封囊袋均设一个导气管并通过导气管与外部高压气源连通。

进一步的，所述的气密封环包括导流管、射流口，所述导流管为闭合环装结构，其外侧面设一个导气口，并通过导气口与导气管连通，所述射流口若干，环绕导流腔轴线均布在导流管内侧壁上，且所述射流口均位于导流管轴线以上部分，各射流口轴线均与导流腔轴线相交并呈10°—60°夹角，且交点位于导流腔下端面正上方，与导流腔底部间间距不小于导流腔高度的1/3。

进一步的，所述的导流腔与承载龙骨内侧面间通过至少三条导向滑轨滑动连接，各导向滑轨环绕承载龙骨轴线均布，且导流腔外表面与承载龙骨内侧面间间距为0—10厘米，所述导流腔上设引流管，所述引流管与导流腔同轴分布与作业孔连通。

进一步的，所述导流腔内设一条挡板，所述挡板表面与导流腔及排煤水口轴线呈20°—45°夹角，挡板上设与导流腔同轴分布的透孔，所述透孔孔径与钻孔工作孔同轴分布且内径相同，所述挡板最低点位与排煤水口后端面相交，且挡板最低点位置挡板下端面与排煤水口下端面间间距为排煤水口直径的1/5—1/3。

进一步的，所述导流腔上端面及下端面均设一条导向管，所述导向管与导流腔同轴分布并分别与钻孔工作孔连通，且导向管超出承载龙骨外侧至少5厘米，其中与导流腔下端面连接的导向管侧壁内表面设至少一个密封囊袋，所述密封囊袋位于导向管同轴分布的闭合环状结构，与导向管管壁内表面连接，且所述密封囊袋通过导气支管与应急排气孔连通，所述排煤水口处设一个气动阀，所述气动阀通过导气支管与应急排气孔连通，所述应急排气孔通过多通阀分别与缓存气囊及各导气支管连通，且密封囊袋和气动阀连通的导气支管相互并联。

进一步的，所述密封囊袋包括弹性气囊、摩擦片，其中所述弹性气囊为与导向管同轴分布的闭合环状结构，其内侧面均布若干摩擦片，所述摩擦片环绕弹性气囊轴线均布，且弹性气囊与至少一条导气支管连通。

进一步的，所述的气封囊袋外径比承载龙骨外径大至少5毫米，气封囊袋内径比导流腔上端面钻孔工作孔直径大至少10毫米，且气封囊袋内径不大于承载龙骨上端面直径的2/3。

进一步的，所述的缓存气囊与承载龙骨内表面及外表面中任意一处位置连接，且当承载龙骨、导流腔之间间距不小于10毫米时，缓存气囊与承载龙骨内表面连接且缓存气囊至少1/3体积位于承载龙骨内部，所述缓存气囊与应急排气孔间通过限压阀相互连通，且限压阀另设一个压力传感器。

进一步的，所述的排气口和应急排气孔轴线与导流腔轴线相交并呈30°—90°夹角，排气口和应急排气孔均斜向上方向分布，且排气口和应急排气孔与导流腔上端面间间距为导流腔高度的10%—30%，所述排煤水口轴线与导流腔轴线相交并呈30°—90°夹角，排煤水口沿斜向下方向分布，且排煤水口与导流腔下端面间间距为0至导流腔高度的10%。

进一步的，所述的排气口和排煤水口处及导气管与气密封环、气封囊袋连接位置处均设至少一个控制阀。

本新型结构简单、使用及维护方便，一方面通用性和密封性能好，并可根据地层结构灵活调整本新型密封结构，从而有效满足不同结构类型钻杆、煤层地质结构钻探开采作业的需要；另一方面对钻杆运行时产生的煤水混合物可有效进行密封导流，防止煤水混合物缺乏密封导流而造成的环境及设备污染情况发生；同时本新型另可有效的实现对瓦斯气进行有效的收集导流，尤其可对瓦斯突出时瞬间高压大流量瓦斯进行缓存，从而极大的提高本钻探作业的便捷性和安全性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型。

图1为本实用新型结构示意图；

图2为气密封环结构示意图；

图3为密封囊袋结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1—3所述的一种钻孔高效气密封装置，包括承载龙骨1、导流腔2、气密封环3、气封囊袋4、缓存气囊5，承载龙骨1为柱状框架结构，导流腔2嵌于承载龙骨1内并与承载龙骨1同轴分布，导流腔2上端面和下端面设与导流腔2同轴分布的钻孔工作孔21，侧表面设一个排气口22、一个应急排气孔23和一个排煤水口24，且导流腔2通过应急排气孔23与缓存气囊5相互连通，所述缓存气囊5至少一个，与承载龙骨1侧表面连接，气封囊袋4为与承载龙骨1同轴分布的闭合环装结构，嵌于承载龙骨1上端面并高出承载龙骨1上端面至少5毫米，气密封环3为与导流腔2同轴分布的闭合环装结构，嵌于导流腔2底部的钻孔工作孔21内并与钻孔工作孔21侧壁连接，气密封环3、气封囊袋4均设一个导气管6并通过导气管6与外部高压气源连通。

其中，所述的气密封环3包括导流管31、射流口32，所述导流管31为闭合环装结构，其外侧面设一个导气口33，并通过导气口33与导气管31连通，所述射流口32若干，环绕导流腔2轴线均布在导流管31内侧壁上，且所述射流口32均位于导流管31轴线以上部分，各射流口32轴线均与导流腔2轴线相交并呈10°—60°夹角，且交点位于导流腔2下端面正上方，与导流腔2底部间间距不小于导流腔2高度的1/3，且所述射流口32孔径不大于1毫米，并为圆孔、长孔中的任意一种。

进一步优化的，所述的导流腔2与承载龙骨1内侧面间通过至少三条导向滑轨7滑动连接，各导向滑轨7环绕承载龙骨1轴线均布，且导流腔2外表面与承载龙骨1内侧面间间距为0—10厘米，所述导流腔上设引流管，所述引流管与导流腔同轴分布与作业孔连通。

需要特别说明的，所述导流腔2内设一条挡板14，所述挡板14表面与导流腔2及排煤水口24轴线呈20°—45°夹角，挡板14上设与导流腔2同轴分布的透孔16，所述透孔16孔径与钻孔工作孔21同轴分布且内径相同，所述挡板14最低点位与排煤水口16后端面相交，且挡板14最低点位置挡板14下端面与排煤水口24下端面间间距为排煤水口24直径的1/5—1/3。

重点说明的，所述导流腔2上端面及下端面均设一条导向管10，所述导向管10与导流腔2同轴分布并分别与钻孔工作孔21连通，且导向管10超出承载龙骨1外侧至少5厘米，其中与导流腔1下端面连接的导向管10侧壁内表面设至少一个密封囊袋11，所述密封囊袋11位于导向管10同轴分布的闭合环状结构，与导向管10管壁内表面连接，且所述密封囊袋11通过导气支管12与应急排气孔23连通，所述排煤水口24处设一个气动阀13，所述气动阀13通过导气支管12与应急排气孔23连通，所述应急排气孔23通过多通阀15分别与缓存气囊5及各导气支管12连通，且密封囊袋11和气动阀13连通的导气支管12相互并联。

进一步优化的，所述密封囊袋11包括弹性气囊112、摩擦片111，其中所述弹性气囊112为与导向管10同轴分布的闭合环状结构，其内侧面均布若干摩擦片111，所述摩擦片111环绕弹性气囊112轴线均布，且弹性气囊112与至少一条导气支管12连通。

此外，所述的气封囊袋4外径比承载龙骨1外径大至少5毫米，气封囊袋4内径比导流腔2上端面钻孔工作孔21直径大至少10毫米，且气封囊袋4内径不大于承载龙骨1上端面直径的2/3。

同时，所述的缓存气囊5与承载龙骨1内表面及外表面中任意一处位置连接，且当承载龙骨1、导流腔2之间间距不小于10毫米时，缓存气囊5与承载龙骨1内表面连接且缓存气囊5至少1/3体积位于承载龙骨1内部，所述缓存气囊5与应急排气孔23间通过限压阀8相互连通，且限压阀另设一个压力传感器17。

值得注意的，所述的排气口22和应急排气孔23轴线与导流腔2轴线相交并呈30°—90°夹角，排气口22和应急排气孔23均斜向上方向分布，且排气口22和应急排气孔23与导流腔2上端面间间距为导流腔2高度的10%—30%，所述排煤水口24轴线与导流腔2轴线相交并呈30°—90°夹角，排煤水口24沿斜向下方向分布，且排煤水口24与导流腔2下端面间间距为0至导流腔2高度的10%。

本实施例中，所述的排气口22和排煤水口24处及导气管6与气密封环3、气封囊袋4连接位置处均设至少一个控制阀9。

本新型在具体实施中，首先对构成本新型的承载龙骨、导流腔、气密封环、气封囊袋、缓存气囊进行组装，然后将气封囊袋、缓存气囊通过导气管与外部高压气源连通，将导流腔的排气口与外部的瓦斯采集管路连通，将排煤水口与外部煤水混合物收集系统连通；然后将承载龙骨通过定位机构与待钻探地层位置连接，然后通过外部高压气源设备向气封囊袋充入高压气体，使气封囊袋在高压气体驱动下进行弹性形变从而达到实现本新型与地层之间密封连接，防止瓦斯及煤水混合物从本新型与地层接触面缝隙发生泄漏情况发生；完成承载龙骨与地层密封后，将钻探用钻杆铜鼓导流腔的钻孔工作孔嵌入到导流腔内并与导流腔同轴分布，然后一方面由钻孔工作孔向气密封环内通入高压气体，并通过气密封环上的射流口直接沿钻杆轴线斜向上喷淋到钻杆上，另一方面由外部的瓦斯采集管路在导流腔内形成负压环境，提高瓦斯排放效率，即可完成本新型装配；

完成装配后即可进行钻探作业，在钻探过程中产生的煤水混合物从钻孔中流出后直接流入到导流腔内，并通过导流腔侧表面的排煤水口对煤水混合物进行收集输送，同时沿着钻杆溢流及导流腔内的煤水混合物在流动到导流腔底部的钻孔工作孔时，则通过导流腔底部钻孔工作孔内的气密封环产生的高压气流实现对该钻孔工作孔进行气封，防止煤水混合物从钻孔工作孔中溢出造成的污染，且在高压气流驱动下的煤水混合物沿导流腔轴线向上运行并再次从排煤水口排出；

同时，在钻探中从钻孔溢出的瓦斯气一方面在外部的瓦斯采集管路形成的负压环境下从导流腔中排出并输送至外部的瓦斯采集管路内，防止瓦斯气溢出造成的污染和安全隐患；另一方面在当钻孔发生瓦斯突出导致导流腔内瓦斯气体压力和气量瞬时增加并大于导流腔排气口的排放气量时，导流腔内瓦斯气体压力大于限压阀设定压力时，则导流腔内的瓦斯气则通输送至缓存气囊中，缓存气囊在瓦斯气压力驱动下进行发生弹性形变，从而达到对导流腔内瓦斯气进行应急排放泄压缓存，确保导流腔内瓦斯气压稳定并防止多余瓦斯泄漏造成的污染和安全隐患。

此外，在瓦斯排放式，导流腔内瓦斯气另在气密封环排放的高压气流驱动下高效从导流腔的排气口进行排放，提高瓦斯气收集输送效率。

本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制。上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理。在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进。这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种钻孔高效气密封装置，其特征在于：所述钻孔高效气密封装置包括承载龙骨、导流腔、气密封环、气封囊袋、缓存气囊，所述承载龙骨为柱状框架结构，导流腔嵌于承载龙骨内并与承载龙骨同轴分布，所述导流腔上端面和下端面设与导流腔同轴分布的钻孔工作孔，侧表面设一个排气口、一个应急排气孔和一个排煤水口，且所述导流腔通过应急排气孔与缓存气囊相互连通，所述缓存气囊至少一个，与承载龙骨侧表面连接，所述气封囊袋为与承载龙骨同轴分布的闭合环装结构，嵌于承载龙骨上端面并高出承载龙骨上端面至少5毫米，所述气密封环为与导流腔同轴分布的闭合环装结构，嵌于导流腔底部的钻孔工作孔内并与钻孔工作孔侧壁连接，所述气密封环、气封囊袋均设一个导气管并通过导气管与外部高压气源连通。

2.根据权利要求1所述的一种钻孔高效气密封装置，其特征在于：所述的气密封环包括导流管、射流口，所述导流管为闭合环装结构，其外侧面设一个导气口，并通过导气口与导气管连通，所述射流口若干，环绕导流腔轴线均布在导流管内侧壁上，且所述射流口均位于导流管轴线以上部分，各射流口轴线均与导流腔轴线相交并呈10°—60°夹角，且交点位于导流腔下端面正上方，与导流腔底部间间距不小于导流腔高度的1/3。

3.根据权利要求1所述的一种钻孔高效气密封装置，其特征在于：所述的导流腔与承载龙骨内侧面间通过至少三条导向滑轨滑动连接，各导向滑轨环绕承载龙骨轴线均布，且导流腔外表面与承载龙骨内侧面间间距为0—10厘米，所述导流腔上设引流管，所述引流管与导流腔同轴分布与作业孔连通。

4.根据权利要求1所述的一种钻孔高效气密封装置，其特征在于：所述导流腔内设一条挡板，所述挡板表面与导流腔及排煤水口轴线呈20°—45°夹角，挡板上设与导流腔同轴分布的透孔，所述透孔孔径与钻孔工作孔同轴分布且内径相同，所述挡板最低点位与排煤水口后端面相交，且挡板最低点位置挡板下端面与排煤水口下端面间间距为排煤水口直径的1/5—1/3。

5.根据权利要求1所述的一种钻孔高效气密封装置，其特征在于：所述导流腔上端面及下端面均设一条导向管，所述导向管与导流腔同轴分布并分别与钻孔工作孔连通，且导向管超出承载龙骨外侧至少5厘米，其中与导流腔下端面连接的导向管侧壁内表面设至少一个密封囊袋，所述密封囊袋位于导向管同轴分布的闭合环状结构，与导向管管壁内表面连接，且所述密封囊袋通过导气支管与应急排气孔连通，所述排煤水口处设一个气动阀，所述气动阀通过导气支管与应急排气孔连通，所述应急排气孔通过多通阀分别与缓存气囊及各导气支管连通，且密封囊袋和气动阀连通的导气支管相互并联。

6.根据权利要求5所述的一种钻孔高效气密封装置，其特征在于：所述密封囊袋包括弹性气囊、摩擦片，其中所述弹性气囊为与导向管同轴分布的闭合环状结构，其内侧面均布若干摩擦片，所述摩擦片环绕弹性气囊轴线均布，且弹性气囊与至少一条导气支管连通。

7.根据权利要求1所述的一种钻孔高效气密封装置，其特征在于：所述的气封囊袋外径比承载龙骨外径大至少5毫米，气封囊袋内径比导流腔上端面钻孔工作孔直径大至少10毫米，且气封囊袋内径不大于承载龙骨上端面直径的2/3。

8.根据权利要求1所述的一种钻孔高效气密封装置，其特征在于：所述的缓存气囊与承载龙骨内表面及外表面中任意一处位置连接，且当承载龙骨、导流腔之间间距不小于10毫米时，缓存气囊与承载龙骨内表面连接且缓存气囊至少1/3体积位于承载龙骨内部，所述缓存气囊与应急排气孔间通过限压阀相互连通，且限压阀另设一个压力传感器。

9.根据权利要求1所述的一种钻孔高效气密封装置，其特征在于：所述的排气口和应急排气孔轴线与导流腔轴线相交并呈30°—90°夹角，排气口和应急排气孔均斜向上方向分布，且排气口和应急排气孔与导流腔上端面间间距为导流腔高度的10%—30%，所述排煤水口轴线与导流腔轴线相交并呈30°—90°夹角，排煤水口沿斜向下方向分布，且排煤水口与导流腔下端面间间距为0至导流腔高度的10%。

10.根据权利要求1所述的一种钻孔高效气密封装置，其特征在于：所述的排气口和排煤水口处及导气管与气密封环、气封囊袋连接位置处均设至少一个控制阀。