专利名称：高压大流量涌水钻孔安全系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高压大流量涌水钻孔安全系统，属于矿山、交通、水利水电等水害防治工程领域。
背景技术：
目前在矿山井下、高压岩溶隧道，水利水电工程等探放水或者注浆堵水钻孔揭露高压大流量含水层后，会出现高压大流量钻孔涌水。含水层内的高承压水头压力给钻孔内钻具提供了较大的作用力，致使在拆卸钻杆时，作用力使钻具快速射出钻孔，造成钻杆外射，给施工人员、施工设备和施工环境造成安全威胁；另外大量的高压涌水喷出钻孔后会直接喷射到操作人员和钻机上，使操作人员无法靠近钻孔处理涌水且影响到人员、设备安全，涌水在一定时间内若得不到控制，会给排水系统造成压力，甚至因为涌水无法顺利排出而 出现淹没采掘工作面或施工场所的现象，造成较大经济损失。因此设计一种高压大流量涌水钻孔安全系统，以备在钻孔揭露高压含水层，出现大流量涌水后，能做到人为控制涌水，防止钻杆外射，以保证施工人员、施工设备和施工场所的安全。
发明内容本实用新型的目的是为了解决上述钻孔施工中的安全问题，提供一种高压大流量涌水钻孔安全系统，可以实现在钻孔揭露高压大流量涌水含水层或含导水构造后，能及时控制涌水并防止钻杆外射，从而保证施工安全。为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案一种高压大流量涌水钻孔安全系统，它包括止水套管，止水套管上设有压力表，止水套管的一端通过高压闸阀与具有泄水腔的管路相连，管路的另一端与防止钻杆外射的安全系统相连；管路的侧面通过控水阀门连接排水管路；所述防止钻杆外射的安全系统包括外壳，外壳具有与钻杆相适应的柱状腔体，外壳上设有用于抱紧钻杆的卡瓦、卡瓦座和旋紧螺栓，外壳的外侧安装有密封胶套，密封胶套外旋有安装胶套压帽。所述止水套管外侧设有受力筋片。所述外壳内具有槽，相互配合的卡瓦和卡瓦座安装在槽内，旋紧螺栓设置在外壳上并与卡瓦座相接触。上述高压大流量涌水钻孔安全系统的安装工艺，安装步骤为步骤I :施工井下钻孔后，在钻孔内下入止水套管，对止水套管进行封固，并连接好压力表；步骤2 :在止水套管上通过高压闸阀连接泄水管，泄水管一侧的通过控水阀门连接排水管路；并安装操作中确保高压闸阀和控水阀门处于完全打开状态；步骤3 :先在外壳上安装好卡瓦、卡瓦座和旋紧螺栓，然后安装后密封胶套和胶套压帽，最后将该防止钻杆外射的安全系统安装在泄水管的另一端；步骤4 :检查安装效果，通过调节旋紧螺栓旋入螺孔的深度，调节卡瓦和卡瓦座之间的间隙；通过调节胶套压帽来调节密封胶套的压紧程度，以保证钻杆能顺利穿过；上述安全系统在安装完毕并检验合格后，方可通过安全系统向钻孔内下入钻杆，进行钻进。上述的高压大流量涌水钻孔安全系统的使用工艺，包括如下步骤步骤I :防止钻杆外射的工艺操作钻孔在钻进施工中，遇到高压大流量涌水后，先用钻机卡盘临时夹紧钻杆，防止钻杆继续外移，然后迅速通过旋紧螺栓，压迫卡瓦座和卡瓦，使卡瓦齿部压进钻杆，达到抱紧钻杆的目的，同时抱紧钻杆的卡瓦座承受外壳的反向压力，以防止钻机卡盘松开钻杆后钻杆向外移动；步骤2 :钻孔高压涌水的控制上述步骤I防止钻杆外射的安全系统起到作用后，慢慢关闭高压闸阀，到阀体接触到钻杆受阻无法继续关闭的位置，以减少涌水断面；同时旋紧胶套压帽，压缩密封胶套，以减少密封胶套与钻杆之间的间隙，防止孔内涌水沿钻杆喷出；随着旋紧压力的增大，密封胶套与钻杆完全压紧，并能承受一定的水压而不会出现涌水现象。孔内涌水在上述步骤完成后，只能从泄水腔经过控水阀门经排水管路被排出；当不需要排水时，关闭控水阀门，涌水完全被封闭在钻孔内；通过调节控水阀门阀体的开合程度来调节钻孔涌水的流量，可以达到控制钻孔涌水的目的。本实用新型涉及使用的高压闸阀、控水阀门、法兰以及连接控水阀门的两侧法兰的规格型号要求与揭露含水层的水头压力相匹配，一般其耐压值不得低于含水层最高水头压力的I. 5倍。并要求与止水套管的公称直径相一致，以满足安装和安全质量要求。密封胶套的内径、胶套压帽的内径和三组卡瓦之间的间隙要根据施工钻孔所用钻杆的直径相匹配，不得妨碍钻杆正常旋转和串动。其中密封胶套、胶套压帽可以在钻孔出现高压大流量涌水后再安装到外壳上并旋紧胶套压帽，使密封胶套和钻杆紧密接触，达到密封胶套止水的目的。当完全关闭控水阀门后，可以通过压力表观测钻孔内水的压力。当控水阀门完全打开后，可以通过流量计在排水管路出口处测量孔内涌水的流量。本实用新型的有益效果是可以达到实现在高压大流量涌水条件下防止钻杆外射和钻孔涌水喷出的作用，并做到了对钻孔涌水量的可控。保证了现场施工人员、施工设备和环境的安全。也可以满足在涌水条件下，通过卡瓦与钻机卡盘的协调作用，达到顺利提出孔内钻杆套管的目的。
图I为一种在高压大流量涌水条件下防止钻杆外射的安全系统结构图。其中，I封固水泥，2受力筋片，3止水套管，4岩壁，5压力表，6孔口法兰，7高压闸阀，8法兰，9压盖，10，旋紧螺栓，11卡瓦座，12卡瓦，13外壳，14胶套压帽，15密封胶套，16排水管路，17控水阀门，18泄水腔，19钻杆，20钻孔。
具体实施方式
下面通过具体实例对本实用新型进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本实用新型，并不对其内容进行限定。实施例2009年3月至9月本实用新型应用于新巨龙煤业有限责任公司附二大巷过三灰段顶板断层突水。该突水含水层水头压力3. OMPa，具有高压大流量的特点，由于三号硐室内施工环境较小，钻孔涌水后对巷道对涌水的排泄条件较差，为保证钻孔涌水能通过管路引出，故按照有关规程要求三号硐室内钻孔全部使用了本实用新型，设计了一种高压大流量涌水钻孔安全系统，并提供了该系统的安装工艺和使用工艺，该系统阻止了钻孔揭露高压大流量含水层后钻杆在高压水作用下外射的现象，并安全控制了钻孔涌水，通过排水管路顺利把涌水引到其它泄水硐室，保证了施工 安全。如图I所示，一种高压大流量涌水钻孔安全系统，它包括止水套管3，止水套管3上设有压力表5，止水套管3的一端通过高压闸阀7与具有泄水腔18的管路相连，管路的另一端与防止钻杆外射的安全系统相连；管路的侧面通过控水阀门17连接排水管路16 ;所述防止钻杆外射的安全系统包括外壳13,外壳13具有与钻杆相适应的柱状腔体,外壳13上设有用于抱紧钻杆的卡瓦12、卡瓦座11和旋紧螺栓10，外壳13的外侧安装有密封胶套15，密封胶套15外旋有安装胶套压帽14。所述止水套管3外侧设有受力筋片2。所述外壳13内具有槽，相互配合的卡瓦12和卡瓦座11安装在槽内，旋紧螺栓10设置在外壳13上并与卡瓦座11相接触。一种高压大流量涌水钻孔安全系统的安装工艺，它的安装步骤为步骤I :先施工井下钻孔20，按照相关规程钻孔施工到设计深度后，冲洗钻孔，然后在钻孔20内下入止水套管3 (止水套管3上镶焊有受力筋片2)，对止水套管3进行封固，封固合格后，在止水套管上连接带有压力表和孔口法兰6的孔口装置。步骤2 :安装高压大流量涌水控制部分装置。把高压闸阀7连接在孔口法兰6上，把两侧带有法兰8的泄水腔连接在高压闸阀7上，把控水阀门17连接在泄水腔的出水口法兰上，然后在控水阀门17上通过法兰连接上排水管路。确保高压闸阀7和控水阀门17处于完全打开状态。步骤3 :装配安装防止钻杆外射的安全系统。先把卡瓦12连接在卡瓦座11上，把连接好的三组卡瓦和卡瓦座放入外壳13内，并同时安装旋紧螺栓10，扣上压盖9，在外壳的另一侧放入密封胶套15，旋入安装胶套压帽14 (密封胶套15和胶套压帽14是密封防水装置，也可以在钻孔涌水后安装)。步骤4 :把步骤3中组装好的安全系统通过外壳上的螺孔和法兰8连接。至此，高压大流量涌水钻孔安全系统安装完毕。检查安装效果，通过调节旋紧螺栓10旋入螺孔的深度，调节卡瓦和卡瓦座之间的间隙；通过调节胶套压帽来调节密封胶套的压紧程度，以保证钻杆能顺利穿过。上述安全系统在安装完毕并检验合格后，方可通过安全系统向钻孔内下入钻杆，进行钻进。一种高压大流量涌水钻孔安全系统的操作工艺，它的步骤为步骤I :防止钻杆外射的工艺操作。钻孔在钻进施工中，遇到高压大流量含水层后，高压涌水通过钻孔20和止水套管3涌向孔口。在高压涌水的作用下，钻杆也会向外迅速移动。此时，先用钻机卡盘临时夹紧钻杆，防止钻杆继续外移，然后迅速通过旋紧螺栓10，压迫卡瓦座和卡瓦，使卡瓦齿部压进钻杆，达到抱紧钻杆的目的，同时抱紧钻杆的卡瓦座承受外壳13的反向压力，以防止钻机卡盘松开钻杆后钻杆向外移动。外壳13阻挡钻杆外射的作用力分别通过法兰8、泄水腔体、高压闸阀7、孔口法兰6来自于止水套管3。止水套管3承受的外射钻杆的拉力完全依靠止水套管3与封固水泥材料的摩擦力和镶焊在止水套管3上的受力筋片2与封固水泥之间的摩擦力。步骤2 :钻孔高压涌水的控制。上述步骤I防止钻杆外射的安全系统起到作用后，慢慢关闭高压闸阀7，到阀体接触到钻杆无法关闭的位置，以减少涌水断面。同时旋紧胶套压帽14，压缩密封胶套15，以减少密封胶套15与钻杆之间的间隙，防止孔内涌水沿钻杆喷出。随着旋紧压力的增大，密封胶套与钻杆完全压紧，并能承受一定的水压而不会出现涌水现象。当把控水阀门17关闭，通过胶套压帽14把密封胶套15压紧使之与钻杆紧密结合后，水压可在钻孔涌水被控制住后通过压力表5直接测量，流量可通过打开控水阀门17后通过排水管路由流量计进行测量。下表是使用本实用新型的部分注浆堵水钻孔基础资料
孔号孔深套管深度套管打压涌水深度水压流量
(m)(m)(MPa)(m)(MPa)(m3/h)
3-143155.0343.020
423.040
3-292154.8572.580
583130
3-363155.0431.470
权利要求1.一种高压大流量涌水钻孔安全系统，其特征是，它包括止水套管，止水套管上设有压力表，止水套管的一端通过高压闸阀与具有泄水腔的管路相连，管路的另一端与防止钻杆外射的安全系统相连；管路的侧面通过控水阀门连接排水管路；所述防止钻杆外射的安全系统包括外壳，外壳具有与钻杆相适应的柱状腔体，外壳上设有用于抱紧钻杆的卡瓦、卡瓦座和旋紧螺栓，外壳的外侧安装有密封胶套，密封胶套外旋有安装胶套压帽。
2.如权利要求I所述的高压大流量涌水钻孔安全系统，其特征是，所述止水套管外侧设有受力筋片。
3.如权利要求I所述的高压大流量涌水钻孔安全系统，其特征是，所述外壳内具有槽，相互配合的卡瓦和卡瓦座安装在槽内，旋紧螺栓设置在外壳上并与卡瓦座相接触。
专利摘要本实用新型公开了一种高压大流量涌水钻孔安全系统，它包括止水套管，止水套管上设有压力表，止水套管的一端通过高压闸阀与具有泄水腔的管路相连，管路的另一端与防止钻杆外射的安全系统相连；管路的侧面通过控水阀门连接排水管路；所述防止钻杆外射的安全系统包括外壳，外壳具有与钻杆相适应的柱状腔体，外壳上设有用于抱紧钻杆的卡瓦、卡瓦座和旋紧螺栓，外壳的外侧安装有密封胶套，密封胶套外旋有安装胶套压帽。可以实现在钻孔揭露高压大流量涌水含水层或含导水构造后，能及时控制涌水并防止钻杆外射，从而保证施工安全。
文档编号E21F16/00GK202500521SQ201220027399
公开日2012年10月24日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者侯艳平, 惠冰, 李召峰, 李海燕, 杨腾, 潘光明, 韩复员 申请人:山东大学