CN102162374A - 老空水疏放钻孔防堵装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采空区老空水钻孔疏放防堵孔装置。本发明要克服现有方法存在的费工、费时、成本高，同时不能有效解决钻孔堵孔的问题。所提供的技术方案是：一种老空水钻孔疏放防堵孔装置，包括从上到下依次联接的钻头、支撑管、短节和支撑管上设置的扩张机构，钻头和支撑管上均设置有泄水孔且两者之间通过螺纹联接，支撑管和短节通过花键联接，支撑管的管壁内径上大下小，过渡处设置有变径台阶，所述的扩张机构包括上支撑环、弹簧、下支撑环和连杆机构，上支撑环和下支撑环分别和弹簧的两端连接，两连杆机构的两个自由端部分别固定于上支撑环和下支撑环，两连杆机构设置于管壁上开设的垂向滑槽中，上支撑环固定连接于支撑管的内壁。

Description

老空水疏放钻孔防堵装置

技术领域

本发明属矿井探放水技术领域，涉及矿井采空区积水疏放装置，具体指一种采空区老空水钻孔疏放防堵孔装置。

背景技术

煤矿生产过程中，煤层开采后会形成采空区，由于顶板冒落后采空区跨落物不密实有空隙，一段时间后采空区会有积水现象，这种积水被称为老空水。采空区老空水的积水量大小与该采空区附近的水源补给程度有关，一般情况下老空区都有积水存在，且时间越长积水越多。老空水是矿井面临的基本水害之一，上层老空水会威胁下层煤层的开采，高位同层老空水会威胁低位同层煤层的开采。

探放水是防治老空水的基本方法和手段，探放水包括“探水”和“放水”两项内容，若老空区无水，探查后可进行正常采掘活动，若老空区有水则需要采取疏放措施将水疏干，之后再开始采掘作业。探放水实施中一般利用钻机在下层煤巷道朝上层煤采空区打钻孔，或者在同层低处巷道朝高处采空区打钻，因此探放水钻孔基本都是上仰孔甚至是垂直上仰孔。

由于采空区在积水过程中底部沉淀有煤泥岩粉等碎屑类细颗粒物质，故探放水钻孔打通采空区底板疏放老空水时，随着水流下泄，泥质物被携带进入钻孔，故放水中探放水钻孔的出口端经常会出现堵塞现象，使老空水得不到疏放或者钻孔的老空水放水量极小。

对于钻孔被堵塞，常见的处理方法一是利用钻机反复多次透孔，将淤积物疏通，然后透开水流进行放水；二是通过多打钻孔进行多孔放水。这两种方法存在的问题是：1、钻探工作量大、工程成本高、耗费时间长，钻机透开孔移走后若堵孔还得再搬回来再次重复透孔；2、现有方法和工艺未能从根本上有效地解决钻孔被堵塞，不能保证撤钻后钻孔放水中不发生再次堵塞水流的问题。

发明内容：

本发明的目的要提供一种老空水钻孔疏放防堵孔装置，以克服现有方法存在的费工、费时、成本高，同时不能有效解决钻孔堵孔的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种老空水钻孔疏放防堵孔装置，其特征在于：包括从上到下依次联接的钻头、支撑管、短节和支撑管上设置的扩张机构，钻头和支撑管上均设置有泄水孔且两者之间通过螺纹联接，支撑管和短节通过花键联接，支撑管的管壁内径上大下小，过渡处设置有变径台阶，所述的扩张机构包括上支撑环、弹簧、下支撑环和连杆机构，上支撑环和下支撑环分别和弹簧的两端连接，两连杆机构的两个自由端部分别固定于上支撑环和下支撑环，两连杆机构设置于管壁上开设的垂向滑槽中，上支撑环固定连接于支撑管的内壁。

上述上支撑环固定连接于变径台阶上。

上述岩心管钻头和支撑管之间联接有连接管。

对比可知，现有技术仅仅通过疏通钻孔并借助水流冲开孔端已堵泥质物，但由于老空区内充填物的成分复杂，有煤块、煤泥、碎石、岩粉等物质，随着老空水在放水中流动，水流携带泥质物可能重新汇集孔口并再次堵塞钻孔，使问题再度显现。本发明改变了现有技术在解决堵孔中的不确定性和低保证性，不是设法疏通泥质物，而是突破性地提出通过预埋管防止泥质物进入钻孔的防堵方法，在钻孔顶端的采空区底部预先埋设支撑管，并使预埋管管口高出泥质层，从而使大量的老空水可通过再造的高位孔口自由流下，同时泥质物一般不会进入钻孔，减少了钻孔被堵塞隔水的可能性，极大增加了单个钻孔疏放老空水的成功率。

与现有技术相比，本发明具以下优点：

1、利用支撑管做假孔并穿透泥质层，疏放水中阻挡泥质物流入钻孔，可从根本上有效防止钻孔被堵塞；

2、采用本方法探放水工程中无需反复透孔或重新移钻打孔，节省了钻探工程量和工程时间，极大地提高了工作效率，减少了工程成本；

3、本装置机构简单，便于加工制作；

4、本装置使用方便简捷，便于现场人员操作使用；

5、本装置适用性强，可适用于井下各种回转钻机和钻具。

附图说明

图1为实施中本装置在钻孔中钻进；

图2为实施中本装置进入老空区后支撑杆打开和退钻；

图3为本装置支撑管及短节A-A剖视图；

图4为本装置支撑管及短节B-B剖视图；

附图标记说明如下：

1-钻头，2-支撑管，3-泄水孔，4-弹簧，5-支撑杆，6-上支撑环，7-短节，8-滑槽,9-下支撑环。

具体实施方式

    下面结合附图对本发明进行详细地说明。

实施例1

参见图1-图2，一种老空水疏放钻孔防堵孔装置，包括从上到下依次联接的钻头1、支撑管2、短节7和支撑管2上设置的扩张机构，钻头1和支撑管2上均设置有泄水孔且两者之间通过螺纹联接，支撑管1和短节7通过花键联接，支撑管2的管壁内径上大下小，过渡处设置有变径台阶，所述的扩张机构包括上支撑环6、弹簧4、下支撑环9和连杆机构，上支撑环6和下支撑环9分别和弹簧4的两端连接，两连杆机构的两个自由端部分别固定于上支撑环6和下支撑环9，两连杆机构设置于管壁上开设的垂向滑槽8中，上支撑环6固定连接于支撑管2的内壁上。

为了设置方便，上支撑环6固定连接于支撑管2中的变径台阶上。

以上所述钻头是外缘为楔形的结构形式，使用时可根据钻孔堵塞情况改变钻头的坡度和厚度，以便钻头顺利穿过堵塞段；

本发明使用方法是：当探放水钻孔终孔退出钻杆后，若钻孔内老空水的流量小，或钻孔被堵无老空水流出，可在普通钻杆上连接短节7，然后在短节7上安装已装入弹簧4、支撑杆5、上支撑环6和下支撑环9的支撑管2，再在支撑管2上连接钻头1。由于钻孔是上仰孔，在钻头1和支撑管2等物的重力作用下，弹簧4受力压缩，支撑杆5合拢于滑槽8中。将处于合拢状态的本装置放入钻孔口中，由于短节7和支撑管2之间有花键连接，钻杆转动后可带动短节7转动，短节7转动可依次带动支撑管2和钻头1转动。开始正常的向上扫孔钻进，由于本装置有钻头1，钻孔偶有塌孔缩径不会影响正常钻进。钻头1进入堵孔处，加大泵量泵压冲刷堵孔物质，并适当增大钻机转速，但钻进给进速度要控制好，直到钻头1扫开堵孔物进入采空区，此时泥浆泵会泄压，若停泵并卸开钻杆与水管之间连接的水辫，钻杆内会有大量老空水流出来，表明本装置已进入充满水、碎石、煤泥等杂物的采空区且管口已高于泥质层。在泥质物的挤压下，支撑管被裹挟在泥质物中，此时停止钻进，向下退出钻杆，弹簧3即刻伸长张开支撑杆5，将支撑管2固定在老空区中泥质物等杂物中，使支撑杆在以后放水中不致掉入钻孔。支撑杆张开后，逐步将钻杆退出钻孔，即可开始正式疏放水，直到将老空水的水位疏降至钻头孔口标高处。此时若泄水孔未全部堵塞，还可继续疏放老空水将其水位降至最低泄水孔处标高，泄水孔的孔径小，有泥质物进入管内可被自上而下的流水冲走而不会堵孔。

本装置为一次性使用品，进入采空区后不可回收，虽材料有消耗，但比起重新透孔或新打孔所消耗的人力物力和时间成本，总体效益要好得多。

实施例2

由于老空区堆积物的杂乱复杂性，若泥质物的厚度较大，可根据其厚度在钻头1和支撑管2之间增加连接管，此连接管为正常的岩心管即可。

Claims (3)

1.一种老空水钻孔疏放防堵孔装置，其特征在于：包括从上到下依次联接的钻头（1）、支撑管（2）、短节（7）和支撑管（2）上设置的扩张机构，钻头（1）和支撑管（2）上均设置有泄水孔（3）且两者之间通过螺纹联接，支撑管（5）和短节（7）通过花键联接，支撑管（2）的管壁内径上大下小，过渡处设置有变径台阶，所述的扩张机构包括上支撑环（6）、弹簧（4）、下支撑环（9）和连杆机构，上支撑环（6）和下支撑环（9）分别和弹簧（4）的两端连接，两连杆机构的两个自由端部分别固定于上支撑环（6）和下支撑环（9），两连杆机构设置于管壁上开设的垂向滑槽中，上支撑环（6）固定连接于支撑管（2）的内壁。

2.根据权利要求1所述的老空水钻孔疏放防堵孔装置，其特征在于：所述的上支撑环（6）固定连接于变径台阶上。

3.根据权利要求1或2所述的老空水钻孔疏放防堵孔装置，其特征在于：所述的岩心管钻头（1）和支撑管（2）之间联接有连接管。

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