專利名稱：高壓大流量涌水鉆孔安全系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高壓大流量涌水鉆孔安全系統，屬于礦山、交通、水利水電等水害防治工程領域。
背景技術：
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，會出現高壓大流量鉆孔涌水。含水層內的高承壓水頭壓力給鉆孔內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、施工設備和施工環境造成安全威脅；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、設備安全，涌水在一定時間內若得不到控制，會給排水系統造成壓力，甚至因為涌水無法順利排出而 出現淹沒采掘工作面或施工場所的現象，造成較大經濟損失。因此設計一種高壓大流量涌水鉆孔安全系統，以備在鉆孔揭露高壓含水層，出現大流量涌水后，能做到人為控制涌水，防止鉆桿外射，以保證施工人員、施工設備和施工場所的安全。
發明內容本實用新型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，可以實現在鉆孔揭露高壓大流量涌水含水層或含導水構造后，能及時控制涌水并防止鉆桿外射，從而保證施工安全。為實現上述目的，本實用新型采用下述技術方案一種高壓大流量涌水鉆孔安全系統，它包括止水套管，止水套管上設有壓力表，止水套管的一端通過高壓閘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相連；管路的側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包括外殼，外殼具有與鉆桿相適應的柱狀腔體，外殼上設有用于抱緊鉆桿的卡瓦、卡瓦座和旋緊螺栓，外殼的外側安裝有密封膠套，密封膠套外旋有安裝膠套壓帽。所述止水套管外側設有受力筋片。所述外殼內具有槽，相互配合的卡瓦和卡瓦座安裝在槽內，旋緊螺栓設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的安裝工藝，安裝步驟為步驟I :施工井下鉆孔后，在鉆孔內下入止水套管，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；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安裝在泄水管的另一端；步驟4 :檢查安裝效果，通過調節旋緊螺栓旋入螺孔的深度，調節卡瓦和卡瓦座之間的間隙；通過調節膠套壓帽來調節密封膠套的壓緊程度，以保證鉆桿能順利穿過；上述安全系統在安裝完畢并檢驗合格后，方可通過安全系統向鉆孔內下入鉆桿，進行鉆進。上述的高壓大流量涌水鉆孔安全系統的使用工藝，包括如下步驟步驟I :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I防止鉆桿外射的安全系統起到作用后，慢慢關閉高壓閘閥，到閥體接觸到鉆桿受阻無法繼續關閉的位置，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涌水現象。孔內涌水在上述步驟完成后，只能從泄水腔經過控水閥門經排水管路被排出；當不需要排水時，關閉控水閥門，涌水完全被封閉在鉆孔內；通過調節控水閥門閥體的開合程度來調節鉆孔涌水的流量，可以達到控制鉆孔涌水的目的。本實用新型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法蘭的規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I. 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量要求。密封膠套的內徑、膠套壓帽的內徑和三組卡瓦之間的間隙要根據施工鉆孔所用鉆桿的直徑相匹配，不得妨礙鉆桿正常旋轉和串動。其中密封膠套、膠套壓帽可以在鉆孔出現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。當完全關閉控水閥門后，可以通過壓力表觀測鉆孔內水的壓力。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涌水的流量。本實用新型的有益效果是可以達到實現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。保證了現場施工人員、施工設備和環境的安全。也可以滿足在涌水條件下，通過卡瓦與鉆機卡盤的協調作用，達到順利提出孔內鉆桿套管的目的。
圖I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結構圖。其中，I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。
具體實施方式
下面通過具體實例對本實用新型進行進一步的闡述，應該說明的是，下述說明僅是為了解釋本實用新型，并不對其內容進行限定。實施例2009年3月至9月本實用新型應用于新巨龍煤業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，由于三號硐室內施工環境較小，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，故按照有關規程要求三號硐室內鉆孔全部使用了本實用新型，設計了一種高壓大流量涌水鉆孔安全系統，并提供了該系統的安裝工藝和使用工藝，該系統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I所示，一種高壓大流量涌水鉆孔安全系統，它包括止水套管3，止水套管3上設有壓力表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相連；管路的側面通過控水閥門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的外側安裝有密封膠套15，密封膠套15外旋有安裝膠套壓帽14。所述止水套管3外側設有受力筋片2。所述外殼13內具有槽，相互配合的卡瓦12和卡瓦座11安裝在槽內，旋緊螺栓10設置在外殼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的安裝工藝，它的安裝步驟為步驟I :先施工井下鉆孔20，按照相關規程鉆孔施工到設計深度后，沖洗鉆孔，然后在鉆孔20內下入止水套管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，把兩側帶有法蘭8的泄水腔連接在高壓閘閥7上，把控水閥門17連接在泄水腔的出水口法蘭上，然后在控水閥門17上通過法蘭連接上排水管路。確保高壓閘閥7和控水閥門17處于完全打開狀態。步驟3 :裝配安裝防止鉆桿外射的安全系統。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，并同時安裝旋緊螺栓10，扣上壓蓋9，在外殼的另一側放入密封膠套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安裝完畢。檢查安裝效果，通過調節旋緊螺栓10旋入螺孔的深度，調節卡瓦和卡瓦座之間的間隙；通過調節膠套壓帽來調節密封膠套的壓緊程度，以保證鉆桿能順利穿過。上述安全系統在安裝完畢并檢驗合格后，方可通過安全系統向鉆孔內下入鉆桿，進行鉆進。一種高壓大流量涌水鉆孔安全系統的操作工藝，它的步驟為步驟I :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I防止鉆桿外射的安全系統起到作用后，慢慢關閉高壓閘閥7，到閥體接觸到鉆桿無法關閉的位置，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涌水現象。當把控水閥門17關閉，通過膠套壓帽14把密封膠套15壓緊使之與鉆桿緊密結合后，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。下表是使用本實用新型的部分注漿堵水鉆孔基礎資料
孔號孔深套管深度套管打壓涌水深度水壓流量
(m)(m)(MPa)(m)(MPa)(m3/h)
3-143155.0343.020
423.040
3-292154.8572.580
583130
3-363155.0431.470
權利要求1.一種高壓大流量涌水鉆孔安全系統，其特征是，它包括止水套管，止水套管上設有壓力表，止水套管的一端通過高壓閘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相連；管路的側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包括外殼，外殼具有與鉆桿相適應的柱狀腔體，外殼上設有用于抱緊鉆桿的卡瓦、卡瓦座和旋緊螺栓，外殼的外側安裝有密封膠套，密封膠套外旋有安裝膠套壓帽。
2.如權利要求I所述的高壓大流量涌水鉆孔安全系統，其特征是，所述止水套管外側設有受力筋片。
3.如權利要求I所述的高壓大流量涌水鉆孔安全系統，其特征是，所述外殼內具有槽，相互配合的卡瓦和卡瓦座安裝在槽內，旋緊螺栓設置在外殼上并與卡瓦座相接觸。
專利摘要本實用新型公開了一種高壓大流量涌水鉆孔安全系統，它包括止水套管，止水套管上設有壓力表，止水套管的一端通過高壓閘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相連；管路的側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包括外殼，外殼具有與鉆桿相適應的柱狀腔體，外殼上設有用于抱緊鉆桿的卡瓦、卡瓦座和旋緊螺栓，外殼的外側安裝有密封膠套，密封膠套外旋有安裝膠套壓帽。可以實現在鉆孔揭露高壓大流量涌水含水層或含導水構造后，能及時控制涌水并防止鉆桿外射，從而保證施工安全。
文檔編號E21F16/00GK202500521SQ201220027399
公開日2012年10月24日 申請日期2012年1月20日 優先權日2012年1月20日
發明者侯艷平, 惠冰, 李召峰, 李海燕, 楊騰, 潘光明, 韓復員 申請人:山東大學