CN218669205U - 一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置，包括注水封堵器，注水封堵器远离地面的端部连接有钻头，靠近地面的一端连接有钻杆，注水封堵器与钻杆之间设置有万向接头，注水封堵器的注水管路通过万向接头接入注水封堵器；所述万向接头包括可相对转动的外圈和内圈，所述外圈上开设有通向水流通道的进水口，所述钻杆和注水封堵器连接于内圈，使水流由进水口进入，并流向注水封堵器的注水管路。本实用新型在钻杆中设置有第三注水管路，对工作中的钻头起到降温作用，提高了装置的寿命，并且由于万向接头的设置，当内圈随钻头转动时，进水口可以相对静止，避免注水管路发生缠绕，稳定性高，适用于所有裂隙带的预测。

Description

一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置

技术领域

本实用新型属于煤矿测试领域，具体地说是一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置。

背景技术

在煤炭开采的过程中，随着煤层的开采，上覆岩层会遭到破坏从而发生移动，从上到下依次形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带，俗称“三带”。在进行煤炭开采过程中，随着工作面的掘进，覆岩裂隙带会进行垮落，使得大量瓦斯气体释放出来，引起瓦斯爆炸、瓦斯突出等灾害，对工作人员的生命安全造成严重威胁。因此，需要对裂隙带中赋存的瓦斯气体进行抽采。而抽采过程中，最关键的就是准确预测裂隙带的高度及范围。

相关技术中，裂隙带的预测方法主要有现场实测、数值分析、井下仰孔测漏法等。其中，井下仰孔测漏法是通过在巷道或工作面上打小口仰孔，将注水封堵器布设于钻孔内，分段注水，测定漏失量以推测覆岩中裂隙发育情况的方法。

注水封堵器的两端为封堵胶囊，中间为注水口，两条注水管路中的其中一条用于向封堵胶囊注水，另一条管路用于向注水口注水，当封堵胶囊充满后，对仰孔产生封堵作用，此时再向中间的注水口注水，测定漏失量，推测覆岩中裂隙发育情况。由于对封堵胶囊和注水口设置了两组注水回路，结构较为复杂，且对于钻头一体式的注水封堵器，钻头的回转运动还会使注水管路发生缠绕，影响注水，并且容易磨损破裂，影响工作效率，甚至导致预测失败。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的以上不足，本实用新型旨在提供一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置，以达到避免管路之间缠绕的目的。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置，包括注水封堵器，所述注水封堵器远离地面的端部连接有钻头，所述注水封堵器靠近地面的一端连接有钻杆，所述注水封堵器与钻杆之间设置有万向接头，所述注水封堵器的注水管路通过万向接头接入注水封堵器；所述万向接头包括可相对转动的外圈和内圈，所述内圈与外圈之间形成有水流通道，所述外圈上开设有通向水流通道的进水口，所述钻杆和注水封堵器连接于内圈，并在内圈形成有注水道，所述注水道的一端连接于水流通道，另一端连接于注水封堵器的注水管路，使水流由进水口进入水流通道，经过水流通道流向注水道，再经过注水道流向注水封堵器的注水管路。

作为对本实用新型的限定：所述外圈的内径大于内圈的外径，并在内圈与外圈之间设置有用于密封的密封圈，使内圈与外圈之间的两密封圈内部形成水流通道。

作为对本实用新型的限定：所述注水封堵器包括管体，管体上设置有两个用于封堵钻孔的封堵胶囊，所述两个封堵胶囊之间设置有用于向钻孔注水的注水口，所述管体内设置的注水管路包括通向两封堵胶囊内部的第一注水管路，和通向注水口的第二注水管路，所述内圈与外圈之间形成有用于向第一注水管路注水的第一水流通道，和用于向第二管路注水的第二水流通道，相应的在外圈设置有通向第一水流通道的第一进水口和通向第二水流通道的第二进水口，在内圈形成有与第一注水管路相连的第一注水道，和与第二注水管路相连的第二注水道。

作为对本实用新型的进一步限定：所述靠近注水封堵器和钻头的密封圈的远离水流通道的一端设置有轴承。

作为对本实用新型的进一步限定：所述内圈与外圈之间设置有三个密封圈，所述三个密封圈之间形成了第一水流通道和第二水流通道。

作为对本实用新型的进一步限定：所述第一水源与第一进水口之间设置有水压调节阀、进水阀、水流压力表、水流流量表和放水放气阀。

作为对本实用新型的进一步限定：所述第二水源与第二进水口之间设置有水压调节阀、进水阀、水流压力表、水流流量表和放水放气阀。

作为对本实用新型的再进一步限定：所述轴承与密封圈之间设置有用于轴向限位的稳定插销。

作为对本实用新型的再进一步限定：所述第一水源通过第一进水口向第一注水管路注水，所述第二水源通过第二进水口向第二注水管路注水。

作为对本实用新型的再进一步限定：所述钻杆中设置有与第三水源相连的第三注水管路，所述万向接头的内圈中、注水封堵器的管体中，和钻头中相应的也设置有第三注水管路，使钻杆、万向接头、注水封堵器、钻头中的第三注水管路依次相连，并在钻头上设置出水口，水流由钻头的出水口流出。

由于采用了上述技术方案，本实用新型与现有技术相比，所取得的有益效果在于：

（1）本实用新型在注水封堵器与钻杆之间设置有万向接头，万向接头包括可相对转动的外圈和内圈，并在外圈与内圈之间形成了水流通道，钻杆和注水封堵器与内圈相连，即在使用过程中内圈随钻杆和注水封堵器转动，由于外圈与内圈之间可相对转动，使内圈在转动时，外圈保持静止，因此在外圈上设置与水流通道相连的进水口可以保证在内圈随钻头转动时，与第一水源相连的进水口可以相对静止，进而避免注水管路发生缠绕，保证注水效率，提高装置的使用寿命；并且在外圈和内圈之间设置有轴承，使外圈与内圈之间的相对转动更加平稳、顺滑，增加了装置的稳定性；

（2）本实用新型在注水封堵器的一端设置有钻头，另一端设置有钻杆，通过本发明中的装置既可以实现钻孔，也可以实现注水预测裂隙带，结构更加简单，在操作时省去了将钻头退出的动作，使用更加便捷；并且在钻杆中设置有与第三水源相连的第三注水管路，第三注水管路中的水流通向钻头，对工作中的钻头起到降温作用，提高了钻头的寿命。

综上所述，本实用新型在钻杆中设置有第三注水管路，对工作中的钻头起到降温作用，提高了装置的寿命，并且由于万向接头的设置，当内圈随钻头转动时，进水口可以相对静止，避免注水管路发生缠绕，稳定性高，适用于所有裂隙带的预测。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作更进一步详细说明。

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中万向接头的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中注水封堵器的结构示意图。

图中：1-管体，2-封堵胶囊，3-注水口，4-第一注水管路，5-第二注水管路，6-第一水源，7-第二水源，8-钻头，9-钻杆，10-第三注水管路，11-第三水源，12-外露管路，13-万向接头，14-外圈，15-内圈，151-实心柱，152-对称套，16-密封圈，17-第一水流通道，18-第二水流通道，19-第一进水口，20-第二进水口，21-第一注水道，22-第二注水道，23-轴承，24-连接管，25-稳定插销，26-水压调节阀，27-进水阀，28-水流压力表，29-水流流量表，30-放水放气阀。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置为优选实施例，仅用于说明和解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

本实用新型所述的“上”“下”“左”“右”等方位用词或位置关系，是基于本实用新型说明书附图的方位关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗指的装置或元件必须具有的特定的方位、为特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护的内容的限制。

实施例 一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置

本实施例如图1～图3所示，为一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置，包括注水封堵器，注水封堵器远离地面的端部连接有钻头8，靠近地面的一端连接有钻杆9。

如图3所示，注水封堵器包括管体1，管体1为杆状结构，在管体1靠近两个端部的位置各套接有一个用于封堵钻孔（本实施例中的钻孔为仰孔）的封堵胶囊2，在两个封堵胶囊2之间的管体1上设置有用于向仰孔内注水的注水口3，在管体1内设置有第一注水管路4和第二注水管路5，其中第一注水管路4与第一水源6相连并通向封堵胶囊2内部，第二注水管路5与第二水源7相连并通向注水口3。注水封堵器在使用时，首先由第一水源6向第一注水管路4中注水，水流通向封堵胶囊2，当两个封堵胶囊2胀起并把钻孔封堵时，在两个封堵胶囊2之间形成封堵孔段，此时由第二水源7向第二注水管路5中注水，水流通向注水口3，通过观测第二注水管路5的漏失量预测裂隙带的位置和大小等参数。

如图1所示（图中箭头为钻头8的水流示意），在注水封堵器远离地面的端部，通过螺纹连接设置有钻头8，在注水封堵器靠近地面的端部，通过螺纹连接设置有钻杆9。由于钻头8在钻进过程中会产生热量，为了更好的散热，本实施例中还设置有通向钻头8的第三注水管路10。第三注水管路10中的水流由与第三注水管路10相连的第三水源11提供，在钻杆9中、注水封堵器的管体1中，钻头8中均设置有与第三水源11相连的第三注水管路10，且钻头8中的第三注水管路10为与外界连通的通路，使第三水源11中的水经过钻杆9、注水封堵器的管体1，流向钻头8，最终由钻头8的通路中流出，起到降温作用。

由于本实施例将钻头8的结构整合，因此在钻头8的钻进过程中，钻杆9会带动注水封堵器旋转，使注水封堵器的第一注水管路4和第二注水管路5所连接的外露管路12发生旋转缠绕，为了使钻头8在转动过程中该外露管路12保持静止，在注水封堵器与钻杆9之间设置有万向接头13，使注水封堵器的注水管路通过万向接头13接入注水封堵器。

如图2所示，万向接头13包括外圈14，外圈14为两端具有开口的中空管结构，在外圈14内套接有与外圈14之间可相对转动的内圈15，本实施例中的内圈15包括实心柱151，和过盈配合套接在实心柱151外的对称套152，对称套152具有三节，每节之间具有一定距离，对称套152的设置，能够使实心柱151承受的压力更加均匀。当然，也可以将实心柱151和对称套152设置成为一体结构。其中外圈14的内径大于对称套152的外径，使外圈14和内圈15之间形成一条通道。在外圈14与内圈15的该通道之间设置有三个密封圈16，密封圈16通过在内圈15上设置的相应的定位槽定位。密封圈16的设置，使内圈15与外圈14之间的通道中位于每两个两密封圈16之间的部分均形成水流通道，即在三个密封圈16之间形成了第一水流通道17和第二水流通道18，无论内圈15与外圈14之间如何发生相对转动，均不会影响水流通道内的水流。在外圈14上开设有通向水流通道的进水口，由于本实施例具有第一水流通道17和第二水流通道18，因此在外圈14上相应的设置有通向第一水流通道17的第一进水口19和通向第二水流通道18的第二进水口20，第一进水口19的另一端与第一水源6相连，第二进水口20的另一端与第二水源7相连。在实心柱151内也设置有相应的第一注水道21和第二注水道22，第一注水道21由相应的两个对称套152之间开始，经过直角转弯后向注水封堵器中的第一注水管路4延伸，形成“L”形结构的通道；第二注水道22由相应的两个对称套152之间开始，经过直角转弯后向注水封堵器中的第二注水管路5延伸，形成“L”形结构的通道。使第一水源6中的水通过外露管路12进入第一进水口19，通过第一进水口19进入第一水流通道17，通过第一水流通道17进入第一注水道21，再通过第一注水道21进入第一注水管路4，最终流向封堵胶囊2内部。相应的，第二水源7中的水通过外露管路12进入第二进水口20，通过第二进水口20进入第二水流通道18，通过第二水流通道18进入第二注水道22，再通过第二注水道22进入第二注水管路5，最终流向两封堵胶囊2之间的注水口3。

进一步的，由于内圈15和外圈14之间能够相对转动，在外圈14和内圈15之间形成的通道上还设置有用于减小摩擦的轴承23，本实施例中的轴承23，在靠近注水封堵器和钻头8的密封圈16的远离水流通道的一端各设置有一个，即在最外侧的两个密封圈16的外侧各设置有一个。轴承23靠近水流通道的一端通过设置在内圈15和外圈14相应的安装肩定位，轴承23远离水流通道的一端通过焊接在内圈15上的连接管24定位。在两连接管24的端部均设置有内螺纹，钻杆9通过相应连接管24的内螺纹与万向接头13连接，注水封堵器的管体1也通过相应连接管24的内螺纹与万向接头13相连，即钻杆9和注水封堵器通过连接管24连接于内圈15，同时第一水源6和第二水源7均连接于万向接头13的外圈14，由于内圈15和外圈14之间能够相对转动，因此万向接头13的设置能够在内圈15随钻杆9转动时，与第一水源6和第二水源7连接的管路外露管路12的保持静止，从而避免外露管路12的管路发生缠绕。

为了进一步的定位内圈15与外圈14的转动连接关系，在轴承23与密封圈16之间设置有用于轴向限位的稳定插销25，稳定插销25为条形结构，在设置稳定插销25的内圈15和外圈14上设置有与稳定插销25相匹配的凹槽，在外圈14的凹槽处还设置有开孔（图中未示出），安装时将稳定插销25沿该开孔插入外圈14后焊接即可。为了保证结构的稳定性，在每个轴承23与密封圈16之间均设置有两个稳定插销25。

由于本实施例设置了用于给钻头8降温的第三注水管路10，相应的在万向接头13的实心柱151内设置有能够与钻杆9中的第三注水管路10和注水封堵器的管体1中的第三注水管路10相连通的第三注水管路10，由于钻杆9和注水封堵器在钻进过程中需要转动，因此本实施例中万向接头13内的第三注水管路10开设在实心柱151的轴心，相应的，钻杆9内的第三注水管路10也开设在钻杆9的轴心，注水封堵器内的第三注水管路10设置在管体1的轴心，钻头8内的第三注水管路10也设置在钻头8的轴心，使钻杆9、万向接头13、注水封堵器、钻头8中的第三注水管路10依次相连，并在钻头8上设置出水口，水流由钻头8的出水口流出。

为了便于水压的调节，在第一水源6与第一进水口19之间的管路上，从靠近第一水源6到远离第一水源6依次设置有水压调节阀26、进水阀27、水流压力表28、水流流量表29和放水放气阀30。同样的，在第二水源7与第二进水口20之间的管路上，从靠近第二水源7到远离第二水源7也依次设置有水压调节阀26、进水阀27、水流压力表28、水流流量表29和放水放气阀30。水压调节阀26可以灵活调节控制输水压力，进水阀27为控制水流的开关，水流压力表28连接于水压调节阀26，可以直观的显示输入至第一注水管路4内的水的压力，水流流量表29可以直观的显示输入至第一注水管路4内的水的流量，放水放气阀30位于最远离第一水源6一侧，打开放水放气阀30开关即可释放管路中的水和压力，待封堵胶囊2中水和气排完之后，便可推进探测下一个区域。

使用本实施例进行裂隙带的预测时，首先可用本实施例进行钻孔，开启第三水源11，使水流从钻头8流出，开启钻头8即可进行钻进，由于设置了万向接头13，因此在钻孔时外露管路12不会缠绕。当钻进到设定高度后，调节第一注水管路4的进水压力，打开进水阀27使水流由第一水源6流向封堵胶囊2，同时打开相应管路的放水放气阀30，排出装置内空气，使水源顺利进入封堵胶囊2，当放水放气阀30有水流出时装置内气体基本排空，关闭该放水放气阀30并持续注水，当封堵胶囊2膨胀至不再进水时，在仰孔内形成一定长度的双端封堵孔段，此时打开第二注水管路5相应的进水阀27使水流由第二水源7流向注水口3，开始向该封堵孔段中注水，记录水流流量等相关数据后（由于此部分为常规操作，在此不做赘述），关闭相应的进水阀27，打开第一注水管路4的放水放气阀30，将积水泄出，加装钻杆后，重复操作向下一孔段推进即可。

Claims (10)

1.一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置，其特征在于：包括注水封堵器，所述注水封堵器远离地面的端部连接有钻头，所述注水封堵器靠近地面的一端连接有钻杆，所述注水封堵器与钻杆之间设置有万向接头，所述注水封堵器的注水管路通过万向接头接入注水封堵器；所述万向接头包括可相对转动的外圈和内圈，所述内圈与外圈之间形成有水流通道，所述外圈上开设有通向水流通道的进水口，所述钻杆和注水封堵器连接于内圈，并在内圈形成有注水道，所述注水道的一端连接于水流通道，另一端连接于注水封堵器的注水管路，使水流由进水口进入水流通道，经过水流通道流向注水道，再经过注水道流向注水封堵器的注水管路。

2.根据权利要求1所述的一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置，其特征在于：所述外圈的内径大于内圈的外径，并在内圈与外圈之间设置有用于密封的密封圈，使内圈与外圈之间的两密封圈内部形成水流通道。

3.根据权利要求2所述的一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置，其特征在于：靠近注水封堵器和钻头的密封圈的远离水流通道的一端设置有轴承。

4.根据权利要求3所述的一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置，其特征在于：所述轴承与密封圈之间设置有用于轴向限位的稳定插销。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置，其特征在于：所述注水封堵器包括管体，管体上设置有两个用于封堵钻孔的封堵胶囊，所述两个封堵胶囊之间设置有用于向钻孔注水的注水口，所述管体内设置的注水管路包括通向两封堵胶囊内部的第一注水管路，和通向注水口的第二注水管路，所述内圈与外圈之间形成有用于向第一注水管路注水的第一水流通道，和用于向第二管路注水的第二水流通道，相应的在外圈设置有通向第一水流通道的第一进水口和通向第二水流通道的第二进水口，在内圈形成有与第一注水管路相连的第一注水道，和与第二注水管路相连的第二注水道。

6.根据权利要求5所述的一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置，其特征在于：所述内圈与外圈之间设置有三个密封圈，所述三个密封圈之间形成了第一水流通道和第二水流通道。

7.根据权利要求6所述的一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置，其特征在于：第一水源通过第一进水口向第一注水管路注水，第二水源通过第二进水口向第二注水管路注水。

8.根据权利要求7所述的一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置，其特征在于：所述第一水源与第一进水口之间设置有水压调节阀、进水阀、水流压力表、水流流量表和放水放气阀。

9.根据权利要求7所述的一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置，其特征在于：所述第二水源与第二进水口之间设置有水压调节阀、进水阀、水流压力表、水流流量表和放水放气阀。

10.根据权利要求6～9中任意一项所述的一种井下分段仰孔注水测定裂隙带高度范围的装置，其特征在于：所述钻杆中设置有与第三水源相连的第三注水管路，所述万向接头的内圈中、注水封堵器的管体中，和钻头中相应的也设置有第三注水管路，使钻杆、万向接头、注水封堵器、钻头中的第三注水管路依次相连，并在钻头上设置出水口，水流由钻头的出水口流出。

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