CN218177227U - 一种金属矿山千米级竖井防止水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及矿上竖井防治水技术领域，特别涉及一种金属矿山千米级竖井防止水装置，包括预埋的孔口管和钻具，所述孔口管的上沿设有注浆管头，所述注浆管头上设有高压球阀，所述孔口管的上部依次串联有高压闸阀及防止水安装管，所述防止水安装管内测与所述钻具之间设有防止水机构。所述防止水机构包括法兰盘、连接钢套及橡胶囊，所述法兰盘上设有进液嘴，所述连接钢套内设有通道，所述连接钢套顶端与所述法兰盘一体连接，所述连接钢套底端与所述橡胶囊可拆卸连接，所述进液嘴通过所述通道与所述橡胶囊内部连通。一旦钻孔揭露涌水，橡胶囊利用注水膨胀，膨胀后的橡胶囊与防止水安装管和钻具间形成密闭结构，实现控水。

Description

一种金属矿山千米级竖井防止水装置

技术领域

本实用新型涉及矿上竖井防治水技术领域，更具体地说，特别涉及一种金属矿山千米级竖井防止水装置。

背景技术

在矿山地质灾害中，地下水的危害占据了相当大的比重，它的危害性在矿井建设阶段表现得十分突出，严重影响工程建设进度、增加工程投入、加大施工成本乃至带来生命财产的重大损失。随着采矿业的发展，大部分浅部矿床资源已日趋枯竭。矿山开采由浅入深成必然趋势，随着深度的不断增加，矿山水文地质条件就会越来越复杂，特别是到达千米级的深度，含水层静水压力逐渐增大。在生产过程中面对高压含水层，特别是竖井井筒凿井期间，即便是小流量涌水都会对施工进度和成本有很大影响，甚至会造成淹井。

当前针对地下水危害的问题，多数情况下会采取超前探水的预防措施。一般探水流程为待掘作业面即将进入含水层或已进入含水层时停止掘进，在作业面施工一定数量的超前探水孔，钻孔揭露涌水进行注浆作业，根据实际施工情况确定下一步具体方案，超前探水工作结束后作业面恢复掘进，掘进至预留岩帽位置开展下一段超前探水，以此循环直至穿过含水层进入相对隔水层。

在工作面施工超前探水钻孔时，控水措施一般会选用两种方式，方式一：预先埋设孔口管并在孔口管端部加装高压闸阀；方式二不预先埋设孔口管待出水后孔内下放安装堵水器。相比而言方式一可视为主动式控水，即无论钻孔会不会揭露涌水都预埋孔口管，一旦施工中钻孔揭露涌水，取出孔内钻具，关闭孔口闸阀实现控水；方式二可视为被动式控水，即钻孔揭露涌水，取出孔内钻具，孔内适当位置安装堵水器实现控水。上述两种控水方式针对低压小流量涌水均可实现控水目的，但上述方法皆有其缺陷。方式二一旦孔内水量过大、水压过高或者孔内无完整围岩时，很难实现控制涌水。方式一须将孔内钻具全部取出时才能关闭孔口闸阀进行控水，而且能否快速取出钻具取决因素较多，如孔内水量、水压、排水系统能力、应急时间等，一旦出现高压大流量涌水，特别是涌水量超过排水系统最大能力时，没有足够时间取出钻具而实现控水，极可能会造成严重的财产损失和人员伤亡，施工安全风险较大。

为解决上述问题，公开号为CN210105807U提出了一种矿山超前探水孔口防突防喷联合控水装置，在孔口管的上沿设有注浆管头，注浆管头上设有高压球阀一，孔口管的上部通过法兰依次串联高压闸阀、分流泄压导管、防突防喷器和钻具卡瓦；分流泄压导管的两侧分别设有管头，管头上设有高压球阀二。该防突防喷联合控水装置，一旦钻孔揭露涌水，无论水压高低、流量大小均可在不取出孔内钻具的情况下而实现100%控水。但是，其不足之处在于，孔口管上部串联多种部件，安装时步骤繁琐，费时费力，且成本高，当钻孔揭露涌水后的操作也较为繁琐。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有技术中存在的不足，基于金属矿山千米级竖井超前探水孔施工时预先埋设安装孔口管，提供一种金属矿山千米级竖井防止水装置，结构简单，能够在不取出钻杆的前提下实现快速控水。

一种金属矿山千米级竖井防止水装置，包括预埋的孔口管和钻具，所述孔口管的上沿设有注浆管头，所述注浆管头上设有高压球阀，所述孔口管的上部串联有高压闸阀，所述高压闸阀上部串联有防止水安装管，所述防止水安装管内测与所述钻具之间设置有防止水机构。所述防止水机构包括法兰盘、连接钢套及橡胶囊，所述橡胶囊上设置有进气进液嘴，所述进气进液嘴一端与所述橡胶囊内部连通，另一端贯穿所述防止水安装管位于所述防止水安装管外侧，所述连接钢套顶端与所述法兰盘一体连接，所述连接钢套与所述橡胶囊可拆卸连接。

进一步的，所述连接钢套上部呈上粗下细的圆台结构，所述连接钢套下部呈圆柱结构，所述连接钢套下部与所述橡胶囊可拆卸连接。

进一步的，所述连接钢套下部的内径大于所述钻具的外径，且所述连接钢套下部的内径与所述钻具的外径相差2mm-3mm。

进一步的，所述橡胶囊上部呈圆柱结构且套设于所述连接钢套下部外侧，所述橡胶囊上部与所述连接钢套下部螺纹连接，所述进气进液嘴设置于所述橡胶囊上部外侧。

所述橡胶囊下部套设于所述钻具外侧，所述橡胶囊下部外侧壁设置有环形弧状凸起，所述橡胶囊下部内侧壁竖直设置。

进一步的，所述橡胶囊外侧壁下部设置有至少两个上下排列的所述环形弧状凸起，相邻的所述环形弧状凸起之间设置有隔环，所述隔环与所述橡胶囊外侧壁固定连接。

进一步的，所述橡胶囊未充水时的内径大于所述钻具的外径，且所述连接钢套下部的内径与所述钻具的外径相差2mm-3mm。

进一步的，还包括进液管，所述进液管的一端与所述进液嘴连接，另一端设置有充水装置及压力表。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

①本实用新型中的金属矿山千米级竖井防止水装置，防止水机构包括法兰盘、连接钢套及橡胶囊，一旦钻孔揭露涌水，橡胶囊利用注水或注气进行膨胀，膨胀后的橡胶囊与防止水安装管和钻具间形成密闭结构，实现控水，解决了现有技术中的矿山超前探水孔口防突防喷联合控水装置安装构件多且操作步骤繁琐的问题。此外，橡胶囊与连接钢套可拆卸连接，当橡胶囊损坏后，便于更换。

②本实用新型中的金属矿山千米级竖井防止水装置，通过在橡胶囊外侧设置隔环，形成支承结构，防止橡胶囊向内侧凹陷，影响钻具的正常通行，橡胶囊外侧设置至少两个环形弧状凸起，能够形成至少两层密封结构，保证实现控水。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是具体实施例中金属矿山千米级竖井防止水装置的整体结构示意图。

图2是具体实施例中金属矿山千米级竖井防止水装置未安装钻具的结构示意图。

图3是具体实施例中防止水机构的正视图。

图4是具体实施例中防止水机构的剖视图。

图中：1、孔口管；2、钻具；3、注浆管头；4、高压球阀；5、高压闸阀；6、防止水安装管；7、防止水机构；71、法兰盘；72、连接钢套；73、橡胶囊；74、进液嘴；75、隔环；8、进液管；9、充水装置；10、压力表。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

具体实施例：

如图1、图2所示，本实施例中的金属矿山千米级竖井防止水装置，包括预埋的孔口管1及钻具2，孔口管1的上沿设有注浆管头3，注浆管头3上设有高压球阀4，孔口管1的上部串联有高压闸阀5，高压闸阀5上部串联有防止水安装管6，防止水安装管6内测与钻具2之间设置有防止水机构7。

在本实施例中，如图3、图4所示，防止水机构7包括法兰盘71、连接钢套72及橡胶囊73。橡胶囊73上设置有进液嘴74，进液嘴74一端与橡胶囊73内部连通，另一端贯穿防止水安装管6位于防止水安装管6外侧，防止水安装管6侧壁开设有通孔，进液嘴74穿设于通孔中且与防止水安装管6滑动连接，进气进液管8为柔性管。连接钢套72顶端与法兰盘71一体连接，连接钢套72与橡胶囊73可拆卸连接。

具体而言，高压闸阀5的法兰尺寸与预埋孔口管1端部的法兰尺寸一致，高压闸阀5公称压力等级则视预计的静水压力进行选择，高压闸阀5与孔口管1使用高强螺杆螺帽连接固定。防止水安装管6的一端与高压闸阀5使用高强螺杆螺帽连接，法兰与高压闸阀5法兰尺寸一致；另外一端与防止水机构7使用高强螺杆螺帽连接，法兰与防止水安装管6的法兰盘71尺寸一致。防止水安装管6的内外径与孔口管1相同，孔口管1、高压球阀4及防止水安装管6均通过法兰串联。

具体而言，连接钢套72上部呈上粗下细的圆台结构，连接钢套72下部呈圆柱结构，连接钢套72下部圆柱结构的上端与圆台结构的下端一体连接，且连接钢套72下部的内径大于钻具2的外径，且连接钢套72下部的内径与钻具2的外径相差2mm-3mm。连接钢套72上部的圆台结构上端的内径与法兰盘71的内径相同。连接钢套72下部设置有外螺纹。

在本实施例中，橡胶囊73呈可膨胀式的通心橡胶结构，具体的，橡胶囊73上部呈圆柱结构且套设于连接钢套72下部外侧，橡胶囊73下部设置有与连接钢套72下部外螺纹相匹配的内螺纹，橡胶囊73上部与连接钢套72下部螺纹连接，进液嘴74设置于橡胶囊73上部外侧。橡胶囊73下部套设于钻具2外侧，橡胶囊73下部外侧壁设置有环形弧状凸起，橡胶囊73下部内侧壁竖直设置。具体而言，橡胶囊73下部外侧壁设置有至少两个上下排列的环形弧状凸起，相邻的环形弧状凸起之间设置有隔环75，隔环75采用防锈金属材质，且隔环75与橡胶囊73外侧壁固定连接。橡胶囊73未充水时的内径大于钻具2的外径，且连接钢套72下部的内径与钻具2的外径相差2mm-3mm。

在本实施例中，当钻孔揭露涌水，通过进气进液嘴74向橡胶囊73内部填充气体或液体，使得橡胶囊73膨胀，膨胀后的橡胶囊73与防止水安装管6和钻具2间形成密闭结构，实现快速控水的目的。除此之外，橡胶囊73未充水时，橡胶囊73的内径略大于钻具2的外径，一方面不会影响钻具2的正常通行，另一方面，膨胀后的橡胶囊73对钻具2产生很强的挤压作用，使得橡胶囊73紧紧锁住钻具2，确保钻具2不被高压水冲出。

本实施例中的金属矿山千米级竖井防止水装置，还包括进液管8，进液管8的一端与进液嘴74连接，另一端设置有充水装置9及压力表10。

当做好施工准备工作后，首先对钻孔进行定位开孔，在钻孔处埋设安装加固孔口管1。孔口管1埋设完毕后，对孔口管1进行耐压试验，如不合格，则补注加固；如若合格，则在孔口管1的端部加装本实用新型的金属矿山千米级竖井防止水装置。加装好后，对防止水装置的各部位进行测试，测试是否符合要求，如若不符合要求，则需要进行检查维修；如符合要求，则准备进行钻孔钻进工作。

正常钻孔未出水时，高压球阀4关闭，高压闸阀5的阀芯开启至最大，橡胶囊73呈未充水的初始状态。

当钻孔揭露涌水后，首先判断水量是否超过排水系统能力，如若没有超过预设排水能力，则先取出钻具2，先开启高压球阀4，接着关闭高压闸阀5，然后再关闭高压球阀4，实现控水，然后通过高压球阀4进行注浆堵水工作。

如若超过预设排水能力，则对橡胶囊73进行充水膨胀，膨胀后的橡胶囊73与防止水安装管6和钻具2间形成密闭结构，实现快速控水，且膨胀后的橡胶囊73对钻具2产生很强的挤压作用，使得橡胶囊73紧紧锁住钻具2，确保钻具2不被高压水冲出。当水位降至安全高度后，将橡胶囊73中的气体或水自然排出，取出钻具2，观察水位是否继续上涨至警戒高度，如若上涨，从重复上述工序。如若不上涨，则关闭高压闸阀5和高压球阀4。然后进行注浆工作。

本实施例中的金属矿山千米级竖井防止水装置，防止水机构7包括法兰盘71、连接钢套72及橡胶囊73，一旦钻孔揭露涌水，橡胶囊73可利用注水进行膨胀，膨胀后的橡胶囊73与防止水安装管6和钻具2间形成密闭结构，实现控水，解决了现有技术中的矿山超前探水孔口防突防喷联合控水装置安装构件多且操作步骤繁琐的问题。此外，橡胶套与连接钢套72可拆卸连接，当橡胶套损坏后，便于更换。通过在橡胶囊73外侧设置隔环75，形成支承结构，防止橡胶囊73向内侧凹陷，影响钻具2的正常通行，橡胶囊73外侧设置至少两个环形弧状凸起，能够形成至少两层密封结构，保证实现控水。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种金属矿山千米级竖井防止水装置，包括预埋的孔口管（1）和钻具（2），所述孔口管（1）的上沿设有注浆管头（3），所述注浆管头（3）上设有高压球阀（4），所述孔口管（1）的上部串联有高压闸阀（5），其特征在于：所述高压闸阀（5）上部串联有防止水安装管（6），所述防止水安装管（6）内侧与所述钻具（2）之间设置有防止水机构（7）；

所述防止水机构（7）包括法兰盘（71）、连接钢套（72）及橡胶囊（73），所述橡胶囊（73）上设置有进液嘴（74），所述进液嘴（74）一端与所述橡胶囊（73）内部连通，另一端贯穿所述防止水安装管（6）位于所述防止水安装管（6）外侧，所述连接钢套（72）顶端与所述法兰盘（71）一体连接，所述连接钢套（72）与所述橡胶囊（73）可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的金属矿山千米级竖井防止水装置，其特征在于：所述连接钢套（72）上部呈上粗下细的圆台结构，所述连接钢套（72）下部呈圆柱结构，所述连接钢套（72）下部与所述橡胶囊（73）可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的金属矿山千米级竖井防止水装置，其特征在于：所述连接钢套（72）下部的内径大于所述钻具（2）的外径，且所述连接钢套（72）下部的内径与所述钻具（2）的外径相差2mm-3mm。

4.根据权利要求2或3所述的金属矿山千米级竖井防止水装置，其特征在于：所述橡胶囊（73）上部呈圆柱结构且套设于所述连接钢套（72）下部外侧，所述橡胶囊（73）上部与所述连接钢套（72）下部螺纹连接，所述进液嘴（74）设置于所述橡胶囊（73）上部外侧；

所述橡胶囊（73）下部套设于所述钻具（2）外侧，所述橡胶囊（73）下部外侧壁设置有环形弧状凸起，所述橡胶囊（73）下部内侧壁竖直设置。

5.根据权利要求4所述的金属矿山千米级竖井防止水装置，其特征在于：所述橡胶囊（73）外侧壁下部设置有至少两个上下排列的所述环形弧状凸起，相邻的所述环形弧状凸起之间设置有隔环（75），所述隔环（75）与所述橡胶囊（73）外侧壁固定连接。

6.根据权利要求5所述的金属矿山千米级竖井防止水装置，其特征在于：所述橡胶囊（73）未充水时的内径大于所述钻具（2）的外径，且所述连接钢套（72）下部的内径与所述钻具（2）的外径相差2mm-3mm。

7.根据权利要求6所述的金属矿山千米级竖井防止水装置，其特征在于：还包括进液管（8），所述进液管（8）的一端与所述进液嘴（74）连接，另一端设置有充水装置（9）及压力表（10）。

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