CN219197287U - 一种变径钻孔动压涌水快速封堵装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种变径钻孔动压涌水快速封堵装置，涉及地下热水资源开采技术领域，固定支座固定套设于套管外壁的下部，固定支座用于与钻孔的台阶相抵并将钻孔沿轴线方向分隔为两部分，止水板用于套设于套管外的上部并与地面相接触，各注浆管均穿过止水板伸至钻孔中，且多个注浆管伸至钻孔中的位置互不相同；孔口管的底端与套管的顶端连接，孔口管的一侧设置有侧管，第二阀门设置于侧管上，混合管与侧管远离孔口管的一侧连接，顶盖设置于孔口管的顶部，中心管穿过顶盖伸至套管中，中心管上部的一侧设置有导水管，第一阀门设置于导水管上。该装置结构简单，操作简便，在动压涌水条件下能够快速有效地实现变径钻孔的封堵。

Description

一种变径钻孔动压涌水快速封堵装置

技术领域

本实用新型涉及地下热水资源开采技术领域，特别是涉及一种变径钻孔动压涌水快速封堵装置。

背景技术

地下热水作为一种可再生的清洁能源，分布范围广、存储量大及易开发的特点决定其具有较大的市场潜力与广阔的开发应用前景。随着我国经济建设的加快与矿产资源需求的增加，地下热水资源的开发利用逐渐向着规模化与产业化的方向发展。此外，不断完善的勘探技术也为安全高效地开采地下热水资源提供了便利条件。

在钻探技术开采地下热水资源的过程中，随着勘探孔深度的增加，常常会水压高、含水量大的多层含水层相互连通，不仅导致钻孔涌水，引发地质灾害，还会降低地下热水资源的利用率。因此，对于此类钻孔，往往因难以运行而采取封孔的处理措施。

钻孔涌水问题通常采用下放止水塞的方法进行封堵，但止水塞封孔法往往仅适用于水压低、水量较小的钻孔，对于涌水量大、水压高的含水层，往往会因为止水塞难以下放到指定位置而无法达到钻孔封堵目的。针对变径钻孔而言，变径钻孔一般具有至少两段直径不同的钻孔段，且钻孔段的直径由上至下依次减小，相邻的两个钻孔段之间形成一个台阶，现有技术中尤其是缺少适用于变径钻孔的封堵装置。

实用新型内容

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种变径钻孔动压涌水快速封堵装置，结构简单，操作简便，在动压涌水条件下能够快速有效地实现变径钻孔的封堵。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种变径钻孔动压涌水快速封堵装置，包括套管、固定支座、孔口组件、中心管、导水管、压力测量部件、第一阀门、止水板和多个注浆管，所述固定支座固定套设于所述套管外壁的下部，所述固定支座用于与钻孔的台阶相抵并将所述钻孔沿轴线方向分隔为两部分，所述止水板用于套设于所述套管外的上部并与地面相接触，各所述注浆管均穿过所述止水板伸至所述钻孔中，且多个所述注浆管伸至所述钻孔中的位置互不相同；所述孔口组件包括孔口管、侧管、第二阀门、混合管和顶盖，所述孔口管的底端与所述套管的顶端连接，所述孔口管的一侧设置有所述侧管，所述第二阀门设置于所述侧管上，所述混合管与所述侧管远离所述孔口管的一侧连接，所述顶盖设置于所述孔口管的顶部，所述中心管穿过所述顶盖伸至所述套管中，所述中心管的顶部设置有所述压力测量部件，所述中心管上部的一侧设置有所述导水管，所述第一阀门设置于所述导水管上。

优选地，所述固定支座包括卡瓦，所述卡瓦固定套设于所述套管外壁的下部，所述卡瓦包括由上至下依次连接的中空圆柱体和中空倒锥体，所述中空倒锥体用于与所述钻孔的台阶相抵。

优选地，所述固定支座还包括压环、环形橡胶垫和多个连接螺栓，所述压环和所述环形橡胶垫均套设于所述套管的外部，且所述环形橡胶垫位于所述中空圆柱体与所述压环之间，所述环形橡胶垫与所述钻孔的内壁相抵，各所述连接螺栓均依次穿过所述压环和所述环形橡胶垫并安装于所述中空圆柱体的顶部。

优选地，所述注浆管外壁的上部固定套设有限位板，所述限位板用于与所述止水板的上表面相接触进而对所述注浆管的轴向位置进行限位。

优选地，还包括混凝土墩，所述混凝土墩设置于所述止水板的上部。

优选地，所述混合管包括主管、第一支管和第二支管，所述主管的一端与所述侧管远离所述孔口管的一侧连接，所述主管的另一端连接有所述第一支管和所述第二支管。

优选地，所述孔口组件还包括侧盖，所述侧盖设置于所述侧管远离所述孔口管的一侧，所述主管的一端穿过所述侧盖伸至所述侧管中。

优选地，所述导水管上设置有流量计，所述流量计设置于所述中心管与所述第一阀门之间。

优选地，所述套管位于所述固定支座下部的侧壁上设置有过水孔。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型的变径钻孔动压涌水快速封堵装置，在钻孔内插入套管，并通过固定支座与钻孔的台阶相抵对套管的轴向进行限位；同时，套管与钻孔的内壁之间设置多根注浆管，将速凝堵水材料自上而下注入套管与钻孔的内壁之间的环状间隙，达到封堵环状间隙与地层浅部裂隙的目的；套管上端连接孔口装置，速凝堵水材料通过混合管以压力注浆方式注入套管内部，达到钻孔堵水目的；套管内部设置中心管，中心管上端连接压力测量部件，可以测量钻孔深部水压，套管内部通过混合管注浆时，中心管和导水管用于导水泄压。本实用新型结构简单，操作简便，经济实用，安全可靠，在动压涌水条件下能够快速有效地实现变径钻孔的封堵，可以有效解决上部孔段破碎地层、钻遇多层承压含水层的变径钻孔封堵问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的变径钻孔动压涌水快速封堵装置的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为图1中B处的局部放大图；

图4为本实用新型提供的变径钻孔动压涌水快速封堵装置中固定支座的结构示意图；

图5为图4中C-C向的剖视图。

附图标记说明：100、变径钻孔动压涌水快速封堵装置；1、套管；2、中心管；3、导水管；4、压力测量部件；5、第一阀门；6、固定支座；61、中空圆柱体；62、中空倒锥体；63、环形橡胶垫；64、压环；65、连接螺栓；7、止水板；8、注浆管；9、混凝土墩；10、孔口管；11、侧管；12、第二阀门；13、顶盖；14、侧盖；15、混合管；16、流量计；17、过水孔；18、限位板；200、钻孔；201、钻孔段；202、台阶。

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。

本实用新型的目的是提供一种变径钻孔动压涌水快速封堵装置，结构简单，操作简便，在动压涌水条件下能够快速有效地实现变径钻孔的封堵。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-图5所示，本实施例提供一种变径钻孔动压涌水快速封堵装置100，包括套管1、固定支座6、孔口组件、中心管2、导水管3、压力测量部件4、第一阀门5、止水板7和多个注浆管8，固定支座6固定套设于套管1外壁的下部，固定支座6用于与钻孔200的台阶202相抵并将钻孔200沿轴线方向分隔为两部分，即使得钻孔200中位于固定支座6上方的部分和套管1之间的形成的环状间隙与钻孔200中位于固定支座6下方的部分互不连通，止水板7用于套设于套管1外的上部并与地面相接触，止水板7的中心孔的内壁与套管1的外壁相接触，使得止水板7对于套管1起到一定的导正作用，利于套管1保持竖直状态，各注浆管8均穿过止水板7伸至钻孔200中，且多个注浆管8伸至钻孔200中的位置互不相同，即各注浆管8伸至钻孔200的深度互不相同；孔口组件包括孔口管10、侧管11、第二阀门12、混合管15和顶盖13，孔口管10的底端与套管1的顶端连接，孔口管10的一侧设置有侧管11，第二阀门12设置于侧管11上，混合管15与侧管11远离孔口管10的一侧连接，顶盖13设置于孔口管10的顶部，中心管2穿过顶盖13伸至套管1中，具体地，中心管2伸入钻孔200的深度大于套管1伸入钻孔200中的深度；中心管2的顶部设置有压力测量部件4，用于测量钻孔200深部水压力，中心管2上部的一侧设置有导水管3，第一阀门5设置于导水管3上。

如图3-图5所示，固定支座6包括卡瓦，卡瓦固定套设于套管1外壁的下部，卡瓦包括由上至下依次连接的中空圆柱体61和中空倒锥体62，中空倒锥体62用于与钻孔200的台阶202相抵，通过中空倒锥体62与钻孔200的台阶202的拐角处相接触实现对钻孔200的分隔。具体地，卡瓦焊接于套管1的外壁上，中空圆柱体61的外径与中空倒锥体62顶端的外径相同。

固定支座6还包括压环64、环形橡胶垫63和多个连接螺栓65，压环64和环形橡胶垫63均套设于套管1的外部，且环形橡胶垫63位于中空圆柱体61与压环64之间，环形橡胶垫63与钻孔200的内壁相抵，通过环形橡胶垫63提升了固定支座6对钻孔200的分隔效果，提升了钻孔200中位于固定支座6上方的部分和套管1之间的形成的环状间隙的密封性，各连接螺栓65均依次穿过压环64和环形橡胶垫63并安装于中空圆柱体61的顶部，本实施例中的连接螺栓65为全丝螺栓。

如图2所示，注浆管8外壁的上部固定套设有限位板18，限位板18用于与止水板7的上表面相接触进而对注浆管8的轴向位置进行限位。具体地，止水板7上设置有多个供注浆管8穿过的安装孔，通过安装孔下放注浆管8的过程中，限位板18与止水板7接触后注浆管8停止下移，由此完成了注浆管8的安放，通过设置限位板18便于对注浆管8伸入钻孔200中的深度进行控制。

本实施例中还包括混凝土墩9，混凝土墩9设置于止水板7的上部。孔口处使用止水板7进行初步止水并安装好注浆管8之后，采用水泥混凝土在止水板7上方以及套管1周边砌成混凝土墩9进行临时封闭，混凝土墩9能够进一步加强整体装置的牢固性。

混合管15包括主管、第一支管和第二支管，主管的一端与侧管11远离孔口管10的一侧连接，主管的另一端连接有第一支管和第二支管。注浆所用浆液多为水泥-水玻璃浆液，第一支管和第二支管分别运输水泥与水玻璃，在接口处可以形成水泥-水玻璃浆液，可以较好地实现对浆液凝结时间的控制。

孔口组件还包括侧盖14，侧盖14设置于侧管11远离孔口管10的一侧，主管的一端穿过侧盖14伸至侧管11中。具体地，主管的一端固定套设于侧盖14的中心。

本实施例中的顶盖13为法兰盘，中心管2固定套设于法兰盘的中部，法兰盘用于通过螺栓固定于孔口管10的顶部。

本实施例中套管1由分段套管通过焊接或公母丝扣连接，孔口管10与套管1的顶端通过焊接或公母丝扣连接。

导水管3上设置有流量计16，流量计16设置于中心管2与第一阀门5之间，流量计16用于注浆过程中的涌水量统计。具体地，导水管3焊接于中心管2上部的一侧。

套管1位于固定支座6下部的侧壁上设置有过水孔17，以减小地下水径流对套管1的扰动。

于本具体实施例中，套管1一端插设于台阶202处以下1～2m，另一端设置于孔口处以上0.3～0.5m，套管1的外径与位于台阶202下方的钻孔段201的内径之差为30～40mm。需要说明的是，此处的台阶202指的是与固定支座6相抵的台阶202。

于本具体实施例中，钻孔200由上至下分为四个内径依次减小的钻孔段201，进而形成三个由上至下依次设置的台阶202，本实施例中的固定支座6与三个台阶中的位于中间的台阶202相抵，即固定支座6的上方有两个钻孔段201，在以上两个钻孔段201中各伸入三个注浆管8，三个注浆管8分别下放至各钻孔段201的上、中、下三个位置。

于本具体实施例中，压力测量部件4为压力表，第一阀门5为第一球阀，第二阀门12为第二球阀。

本实施例还提供一种变径钻孔动压涌水快速封堵装置100的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、将套管1放入钻孔200中，通过固定支座6与钻孔200的台阶202相抵对套管1的轴向进行限位，将止水板7套设于套管1的外部，将多个注浆管8穿过止水板7伸至钻孔200中，将孔口管10安装于套管1的顶端，中心管2穿过顶盖13伸至套管1中；在安装好之后，钻孔200中的水经过中心管2由导水管3中排出，排出的水可用于注浆液的配制，即导水管3起到了便于现场施工用水的作用。

步骤二、进行环状间隙注浆，按照注浆管8伸入钻孔200中的深度，由深至浅依次通过多个注浆管8进行环状间隙注浆，各注浆管8均以相邻深度的下一注浆管8出现返浆现象为注浆结束标准，此处相邻深度的下一注浆管是指与该注浆管8深度值最接近的另一个注浆管8。

具体地，本实施例中设置有六个注浆管8，六个注浆管8分别为钻孔200伸入深度依次变浅的第一注浆管、第二注浆管、第三注浆管、第四注浆管、第五注浆管和第六注浆管，先通过第一注浆管进行注浆，以第二注浆管出现返浆现象为第一注浆管注浆结束标准，之后通过第二注浆管进行注浆，以第三注浆管出现返浆现象为第二注浆管注浆结束标准，依次类推，继续通过第三注浆管、第四注浆管、第五注浆管和第六注浆管依次进行注浆。

步骤三、环状间隙注浆完毕，关闭第一阀门5和第二阀门12进行憋压，至压力测量部件4示数稳定，结束憋压。

步骤四、打开第一阀门5和第二阀门12，通过混合管15并采用速凝堵水材料进行套管1的内部注浆，以导水管3出现返浆现象为注浆结束标准。

本实施例中采用分段、泄压的思路，利用套管1和固定支座6将钻孔200分为内、外两段，先利用注浆泵通过注浆管8进行套管1与钻孔200之间的环状间隙注浆，达到封堵环状间隙及钻孔200浅部裂隙的目的，再通过混合管15进行套管1内部注浆，达到封堵钻孔200的目的。本实施例结构简单，操作简便，经济实用，安全可靠，在动压涌水条件下能够快速有效地实现变径钻孔的封堵，可以有效解决上部孔段破碎地层、钻遇多层承压含水层的变径钻孔封堵问题。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种变径钻孔动压涌水快速封堵装置，其特征在于，包括套管、固定支座、孔口组件、中心管、导水管、压力测量部件、第一阀门、止水板和多个注浆管，所述固定支座固定套设于所述套管外壁的下部，所述固定支座用于与钻孔的台阶相抵并将所述钻孔沿轴线方向分隔为两部分，所述止水板用于套设于所述套管外的上部并与地面相接触，各所述注浆管均穿过所述止水板伸至所述钻孔中，且多个所述注浆管伸至所述钻孔中的位置互不相同；所述孔口组件包括孔口管、侧管、第二阀门、混合管和顶盖，所述孔口管的底端与所述套管的顶端连接，所述孔口管的一侧设置有所述侧管，所述第二阀门设置于所述侧管上，所述混合管与所述侧管远离所述孔口管的一侧连接，所述顶盖设置于所述孔口管的顶部，所述中心管穿过所述顶盖伸至所述套管中，所述中心管的顶部设置有所述压力测量部件，所述中心管上部的一侧设置有所述导水管，所述第一阀门设置于所述导水管上。

2.根据权利要求1所述的变径钻孔动压涌水快速封堵装置，其特征在于，所述固定支座包括卡瓦，所述卡瓦固定套设于所述套管外壁的下部，所述卡瓦包括由上至下依次连接的中空圆柱体和中空倒锥体，所述中空倒锥体用于与所述钻孔的台阶相抵。

3.根据权利要求2所述的变径钻孔动压涌水快速封堵装置，其特征在于，所述固定支座还包括压环、环形橡胶垫和多个连接螺栓，所述压环和所述环形橡胶垫均套设于所述套管的外部，且所述环形橡胶垫位于所述中空圆柱体与所述压环之间，所述环形橡胶垫与所述钻孔的内壁相抵，各所述连接螺栓均依次穿过所述压环和所述环形橡胶垫并安装于所述中空圆柱体的顶部。

4.根据权利要求1所述的变径钻孔动压涌水快速封堵装置，其特征在于，所述注浆管外壁的上部固定套设有限位板，所述限位板用于与所述止水板的上表面相接触进而对所述注浆管的轴向位置进行限位。

5.根据权利要求1所述的变径钻孔动压涌水快速封堵装置，其特征在于，还包括混凝土墩，所述混凝土墩设置于所述止水板的上部。

6.根据权利要求1所述的变径钻孔动压涌水快速封堵装置，其特征在于，所述混合管包括主管、第一支管和第二支管，所述主管的一端与所述侧管远离所述孔口管的一侧连接，所述主管的另一端连接有所述第一支管和所述第二支管。

7.根据权利要求6所述的变径钻孔动压涌水快速封堵装置，其特征在于，所述孔口组件还包括侧盖，所述侧盖设置于所述侧管远离所述孔口管的一侧，所述主管的一端穿过所述侧盖伸至所述侧管中。

8.根据权利要求1所述的变径钻孔动压涌水快速封堵装置，其特征在于，所述导水管上设置有流量计，所述流量计设置于所述中心管与所述第一阀门之间。

9.根据权利要求1所述的变径钻孔动压涌水快速封堵装置，其特征在于，所述套管位于所述固定支座下部的侧壁上设置有过水孔。

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