專利名稱：高壓大流量涌水鉆孔安全系統(tǒng)及其安裝工藝、使用工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓大流量涌水鉆孔安全系統(tǒng)及其安裝工藝、使用工藝，屬于礦山、交通、水利水電等水害防治工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前在礦山井下、高壓巖溶隧道，水利水電工程等探放水或者注漿堵水鉆孔揭露高壓大流量含水層后，會出現(xiàn)高壓大流量鉆孔涌水。含水層內(nèi)的高承壓水頭壓力給鉆孔內(nèi)鉆具提供了較大的作用力，致使在拆卸鉆桿時，作用力使鉆具快速射出鉆孔，造成鉆桿外射，給施工人員、施工設(shè)備和施工環(huán)境造成安全威脅；另外大量的高壓涌水噴出鉆孔后會直接噴射到操作人員和鉆機上，使操作人員無法靠近鉆孔處理涌水且影響到人員、設(shè)備安全，涌水在一定時間內(nèi)若得不到控制，會給排水系統(tǒng)造成壓力，甚至因為涌水無法順利排出而出現(xiàn)淹沒采掘工作面或施工場所的現(xiàn)象，造成較大經(jīng)濟損失。因此設(shè)計一種高壓大流量涌水鉆孔安全系統(tǒng)，以備在鉆孔揭露高壓含水層，出現(xiàn)大流量涌水后，能做到人為控制涌水，防止鉆桿外射，以保證施工人員、施工設(shè)備和施工場所的安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述鉆孔施工中的安全問題，提供一種高壓大流量涌水鉆孔安全系統(tǒng)及其安裝工藝、使用工藝，可以實現(xiàn)在鉆孔揭露高壓大流量涌水含水層或含導水構(gòu)造后，能及時控制涌水并防止鉆桿外射，從而保證施工安全。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種高壓大流量涌水鉆孔安全系統(tǒng)，它包括止水套管，止水套管上設(shè)有壓力表，止水套管的一端通過高壓間閥與具有泄水腔的管路相連，管路的另一端與防止鉆桿外射的安全系統(tǒng)相連；管路的側(cè)面通過控水閥門連接排水管路；所述防止鉆桿外射的安全系統(tǒng)包括外殼，外殼具有與鉆桿相適應的柱狀腔體，外殼上設(shè)有用于抱緊鉆桿的卡瓦、卡瓦座和旋緊螺栓，外殼的外側(cè)安裝有密封膠套，密封膠套外旋有安裝膠套壓帽。所述止水套管外側(cè)設(shè)有受力筋片。所述外殼內(nèi)具有槽，相互配合的卡瓦和卡瓦座安裝在槽內(nèi)，旋緊螺栓設(shè)置在外殼上并與卡瓦座相接觸。上述高壓大流量涌水鉆孔安全系統(tǒng)的安裝工藝，安裝步驟為步驟1 施工井下鉆孔后，在鉆孔內(nèi)下入止水套管，對止水套管進行封固，并連接好壓力表；步驟2 在止水套管上通過高壓閘閥連接泄水管，泄水管一側(cè)的通過控水閥門連接排水管路；并安裝操作中確保高壓閘閥和控水閥門處于完全打開狀態(tài)；步驟3 先在外殼上安裝好卡瓦、卡瓦座和旋緊螺栓，然后安裝后密封膠套和膠套壓帽，最后將該防止鉆桿外射的安全系統(tǒng)安裝在泄水管的另一端；步驟4 檢查安裝效果，通過調(diào)節(jié)旋緊螺栓旋入螺孔的深度，調(diào)節(jié)卡瓦和卡瓦座之間的間隙；通過調(diào)節(jié)膠套壓帽來調(diào)節(jié)密封膠套的壓緊程度，以保證鉆桿能順利穿過；上述安全系統(tǒng)在安裝完畢并檢驗合格后，方可通過安全系統(tǒng)向鉆孔內(nèi)下入鉆桿，進行鉆進。上述的高壓大流量涌水鉆孔安全系統(tǒng)的使用工藝，包括如下步驟步驟1 防止鉆桿外射的工藝操作鉆孔在鉆進施工中，遇到高壓大流量涌水后，先用鉆機卡盤臨時夾緊鉆桿，防止鉆桿繼續(xù)外移，然后迅速通過旋緊螺栓，壓迫卡瓦座和卡瓦，使卡瓦齒部壓進鉆桿，達到抱緊鉆桿的目的，同時抱緊鉆桿的卡瓦座承受外殼的反向壓力，以防止鉆機卡盤松開鉆桿后鉆桿向外移動；步驟2 鉆孔高壓涌水的控制上述步驟1防止鉆桿外射的安全系統(tǒng)起到作用后，慢慢關(guān)閉高壓閘閥，到閥體接觸到鉆桿受阻無法繼續(xù)關(guān)閉的位置，以減少涌水斷面；同時旋緊膠套壓帽，壓縮密封膠套，以減少密封膠套與鉆桿之間的間隙，防止孔內(nèi)涌水沿鉆桿噴出；隨著旋緊壓力的增大，密封膠套與鉆桿完全壓緊，并能承受一定的水壓而不會出現(xiàn)涌水現(xiàn)象?？變?nèi)涌水在上述步驟完成后，只能從泄水腔經(jīng)過控水閥門經(jīng)排水管路被排出；當不需要排水時，關(guān)閉控水閥門，涌水完全被封閉在鉆孔內(nèi)；通過調(diào)節(jié)控水閥門閥體的開合程度來調(diào)節(jié)鉆孔涌水的流量，可以達到控制鉆孔涌水的目的。本發(fā)明涉及使用的高壓閘閥、控水閥門、法蘭以及連接控水閥門的兩側(cè)法蘭的規(guī)格型號要求與揭露含水層的水頭壓力相匹配，一般其耐壓值不得低于含水層最高水頭壓力的1. 5倍。并要求與止水套管的公稱直徑相一致，以滿足安裝和安全質(zhì)量要求。密封膠套的內(nèi)徑、膠套壓帽的內(nèi)徑和三組卡瓦之間的間隙要根據(jù)施工鉆孔所用鉆桿的直徑相匹配，不得妨礙鉆桿正常旋轉(zhuǎn)和串動。其中密封膠套、膠套壓帽可以在鉆孔出現(xiàn)高壓大流量涌水后再安裝到外殼上并旋緊膠套壓帽，使密封膠套和鉆桿緊密接觸，達到密封膠套止水的目的。當完全關(guān)閉控水閥門后，可以通過壓力表觀測鉆孔內(nèi)水的壓力。當控水閥門完全打開后，可以通過流量計在排水管路出口處測量孔內(nèi)涌水的流量。本發(fā)明的有益效果是可以達到實現(xiàn)在高壓大流量涌水條件下防止鉆桿外射和鉆孔涌水噴出的作用，并做到了對鉆孔涌水量的可控。保證了現(xiàn)場施工人員、施工設(shè)備和環(huán)境的安全。也可以滿足在涌水條件下，通過卡瓦與鉆機卡盤的協(xié)調(diào)作用，達到順利提出孔內(nèi)鉆桿套管的目的。


圖1為一種在高壓大流量涌水條件下防止鉆桿外射的安全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。其中，1封固水泥，2受力筋片，3止水套管，4巖壁，5壓力表，6孔口法蘭，7高壓閘閥，8法蘭，9壓蓋，10，旋緊螺栓，11卡瓦座，12卡瓦，13外殼，14膠套壓帽，15密封膠套，16排水管路，17控水閥門，18泄水腔，19鉆桿，20鉆孔。
具體實施例方式下面通過具體實例對本發(fā)明進行進一步的闡述，應該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進行限定。實施例2009年3月至9月本發(fā)明應用于新巨龍煤業(yè)有限責任公司附二大巷過三灰段頂板斷層突水。該突水含水層水頭壓力3. OMPa，具有高壓大流量的特點，由于三號硐室內(nèi)施工環(huán)境較小，鉆孔涌水后對巷道對涌水的排泄條件較差，為保證鉆孔涌水能通過管路引出，故按照有關(guān)規(guī)程要求三號硐室內(nèi)鉆孔全部使用了本發(fā)明，設(shè)計了一種高壓大流量涌水鉆孔安全系統(tǒng)，并提供了該系統(tǒng)的安裝工藝和使用工藝，該系統(tǒng)阻止了鉆孔揭露高壓大流量含水層后鉆桿在高壓水作用下外射的現(xiàn)象，并安全控制了鉆孔涌水，通過排水管路順利把涌水引到其它泄水硐室，保證了施工安全。如圖1所示，一種高壓大流量涌水鉆孔安全系統(tǒng)，它包括止水套管3，止水套管3上設(shè)有壓力表5，止水套管3的一端通過高壓閘閥7與具有泄水腔18的管路相連，管路的另一端與防止鉆桿外射的安全系統(tǒng)相連；管路的側(cè)面通過控水閥門17連接排水管路16 ；所述防止鉆桿外射的安全系統(tǒng)包括外殼13，外殼13具有與鉆桿相適應的柱狀腔體，外殼13上設(shè)有用于抱緊鉆桿的卡瓦12、卡瓦座11和旋緊螺栓10，外殼13的外側(cè)安裝有密封膠套15，密封膠套15外旋有安裝膠套壓帽16。所述止水套管3外側(cè)設(shè)有受力筋片2。所述外殼13內(nèi)具有槽，相互配合的卡瓦12和卡瓦座11安裝在槽內(nèi)，旋緊螺栓10設(shè)置在外殼13上并與卡瓦座11相接觸。一種高壓大流量涌水鉆孔安全系統(tǒng)的安裝工藝，它的安裝步驟為步驟1 先施工井下鉆孔20，按照相關(guān)規(guī)程鉆孔施工到設(shè)計深度后，沖洗鉆孔，然后在鉆孔20內(nèi)下入止水套管3 (止水套管3上鑲焊有受力筋片2、，對止水套管3進行封固，封固合格后，在止水套管上連接帶有壓力表和孔口法蘭6的孔口裝置。步驟2 安裝高壓大流量涌水控制部分裝置。把高壓閘閥7連接在孔口法蘭6上，把兩側(cè)帶有法蘭8的泄水腔連接在高壓間閥7上，把控水閥門17連接在泄水腔的出水口法蘭上，然后在控水法蘭17上通過法蘭連接上排水管路。確保高壓間閥7和控水閥門17處于完全打開狀態(tài)。步驟3 裝配安裝防止鉆桿外射的安全系統(tǒng)。先把卡瓦12連接在卡瓦座11上，把連接好的三組卡瓦和卡瓦座放入外殼13內(nèi)，并同時安裝旋緊螺栓10，扣上壓蓋9，在外殼的另一側(cè)放入密封膠套15，旋入安裝膠套壓帽14 (密封膠套15和膠套壓帽14是密封防水裝置，也可以在鉆孔涌水后安裝)。步驟4 把步驟3中組裝好的安全系統(tǒng)通過外殼上的螺孔和法蘭8連接。至此，高壓大流量涌水鉆孔安全系統(tǒng)安裝完畢。檢查安裝效果，通過調(diào)節(jié)旋緊螺栓10旋入螺孔的深度，調(diào)節(jié)卡瓦和卡瓦座之間的間隙；通過調(diào)節(jié)膠套壓帽來調(diào)節(jié)密封膠套的壓緊程度，以保證鉆桿能順利穿過。上述安全系統(tǒng)在安裝完畢并檢驗合格后，方可通過安全系統(tǒng)向鉆孔內(nèi)下入鉆桿，進行鉆進。一種高壓大流量涌水鉆孔安全系統(tǒng)的操作工藝，它的步驟為步驟1 防止鉆桿外射的工藝操作。鉆孔在鉆進施工中，遇到高壓大流量含水層后，高壓涌水通過鉆孔20和止水套管3涌向孔口。在高壓涌水的作用下，鉆桿也會向外迅速移動。此時，先用鉆機卡盤臨時夾緊鉆桿，防止鉆桿繼續(xù)外移，然后迅速通過旋緊螺栓10，壓迫卡瓦座和卡瓦，使卡瓦齒部壓進鉆桿，達到抱緊鉆桿的目的，同時抱緊鉆桿的卡瓦座承受外殼13的反向壓力，以防止鉆機卡盤松開鉆桿后鉆桿向外移動。外殼13阻擋鉆桿外射的作用力分別通過法蘭8、泄水腔體、高壓閘閥7、孔口法蘭6來自于止水套管3。止水套管3承受的外射鉆桿的拉力完全依靠止水套管3與封固水泥材料的摩擦力和鑲焊在止水套管3上的受力筋片2與封固水泥之間的摩擦力。步驟2 鉆孔高壓涌水的控制。上述步驟1防止鉆桿外射的安全系統(tǒng)起到作用后，慢慢關(guān)閉高壓閘閥7，到閥體接觸到鉆桿無法關(guān)閉的位置，以減少涌水斷面。同時旋緊膠套壓帽14，壓縮密封膠套15，以減少密封膠套15與鉆桿之間的間隙，防止孔內(nèi)涌水沿鉆桿噴出。隨著旋緊壓力的增大，密封膠套與鉆桿完全壓緊，并能承受一定的水壓而不會出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。當把控水閥門17關(guān)閉，通過膠套壓帽14把密封膠套15壓緊使之與鉆桿緊密結(jié)合后，水壓可在鉆孔涌水被控制住后通過壓力表5直接測量，流量可通過打開控水閥門17后通過排水管路由流量計進行測量。下表是使用本發(fā)明的部分注漿堵水鉆孔基礎(chǔ)資料
權(quán)利要求
1.一種高壓大流量涌水鉆孔安全系統(tǒng)，其特征是，它包括止水套管，止水套管上設(shè)有壓力表，止水套管的一端通過高壓間閥與具有泄水腔的管路相連，管路的另一端與防止鉆桿外射的安全系統(tǒng)相連；管路的側(cè)面通過控水閥門連接排水管路；所述防止鉆桿外射的安全系統(tǒng)包括外殼，外殼具有與鉆桿相適應的柱狀腔體，外殼上設(shè)有用于抱緊鉆桿的卡瓦、卡瓦座和旋緊螺栓，外殼的外側(cè)安裝有密封膠套，密封膠套外旋有安裝膠套壓帽。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓大流量涌水鉆孔安全系統(tǒng)，其特征是，所述止水套管外側(cè)設(shè)有受力筋片。
3.如權(quán)利要求1所述的高壓大流量涌水鉆孔安全系統(tǒng)，其特征是，所述外殼內(nèi)具有槽，相互配合的卡瓦和卡瓦座安裝在槽內(nèi)，旋緊螺栓設(shè)置在外殼上并與卡瓦座相接觸。
4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的高壓大流量涌水鉆孔安全系統(tǒng)的安裝工藝，其特征是，安裝步驟為步驟1 施工井下鉆孔后，在鉆孔內(nèi)下入止水套管，對止水套管進行封固，并連接好壓力表；步驟2 在止水套管上通過高壓閘閥連接泄水管，泄水管一側(cè)的通過控水閥門連接排水管路；并安裝操作中確保高壓閘閥和控水閥門處于完全打開狀態(tài)；步驟3:先在外殼上安裝好卡瓦、卡瓦座和旋緊螺栓，然后安裝后密封膠套和膠套壓帽，最后將該防止鉆桿外射的安全系統(tǒng)安裝在泄水管的另一端；步驟4 檢查安裝效果，通過調(diào)節(jié)旋緊螺栓旋入螺孔的深度，調(diào)節(jié)卡瓦和卡瓦座之間的間隙；通過調(diào)節(jié)膠套壓帽來調(diào)節(jié)密封膠套的壓緊程度，以保證鉆桿能順利穿過；上述安全系統(tǒng)在安裝完畢并檢驗合格后，方可通過安全系統(tǒng)向鉆孔內(nèi)下入鉆桿，進行鉆進。
5.如權(quán)利要求1-3任一項所述的高壓大流量涌水鉆孔安全系統(tǒng)的使用方法，其特征是，包括如下步驟步驟1 防止鉆桿外射的工藝操作鉆孔在鉆進施工中，遇到高壓大流量涌水后，先用鉆機卡盤臨時夾緊鉆桿，防止鉆桿繼續(xù)外移，然后迅速通過旋緊螺栓，壓迫卡瓦座和卡瓦，使卡瓦齒部壓進鉆桿，達到抱緊鉆桿的目的，同時抱緊鉆桿的卡瓦座承受外殼的反向壓力，以防止鉆機卡盤松開鉆桿后鉆桿向外移動；步驟2 鉆孔高壓涌水的控制步驟1起作用后，慢慢關(guān)閉高壓閘閥，到閥體接觸到鉆桿受阻無法繼續(xù)關(guān)閉的位置，以減少涌水斷面；同時旋緊膠套壓帽，壓縮密封膠套，以減少密封膠套與鉆桿之間的間隙，防止孔內(nèi)涌水沿鉆桿噴出；隨著旋緊壓力的增大，密封膠套與鉆桿完全壓緊，并能承受一定的水壓而不會出現(xiàn)涌水現(xiàn)象；上述步驟完成后，從泄水腔經(jīng)過控水閥門經(jīng)排水管路排出；當不需要排水時，關(guān)閉控水閥門，涌水完全被封閉在鉆孔內(nèi)；通過調(diào)節(jié)控水閥門閥體的開合程度來調(diào)節(jié)鉆孔涌水的流量，達到控制鉆孔涌水的目的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓大流量涌水鉆孔安全系統(tǒng)及其安裝工藝、使用工藝，可以實現(xiàn)在鉆孔揭露高壓大流量涌水含水層或含導水構(gòu)造后，能及時控制涌水并防止鉆桿外射，從而保證施工安全。它由高壓大流量涌水控制系統(tǒng)、防止鉆桿外射安全系統(tǒng)和水壓水量測量系統(tǒng)三部分組成。通過控制控水閥門17的閥體開合程度達到控水目的，通過加大卡瓦和鉆桿之間的要咬合力并通過外殼13的阻擋防止鉆桿外射。鉆孔水壓水量測量系統(tǒng)由壓力表5和排水管路16組成。水壓可在鉆孔涌水被控制住后通過壓力表5直接測量，流量可通過排水管路出口處由流量計進行測量。
文檔編號E21B34/02GK102561977SQ20121001893
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月20日
發(fā)明者侯艷平, 惠冰, 李召峰, 李海燕, 楊騰, 潘光明, 韓復員 申請人:山東大學