一种定位护孔装置、护孔方法和护孔工具与流程

本发明属于煤层瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种定位护孔装置、定位护孔方法和护孔工具。

背景技术：

煤炭在我国一次能源消费构成中占67％，而目前95％的煤矿均为地下开采，我国的近600座重点矿井中，高瓦斯矿井约占50％，是世界上煤矿瓦斯最严重的国家。近年来，随着煤炭产量增大和矿井向深部延伸，高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井日益增多，煤层瓦斯涌出量不断加大，煤与瓦斯突出问题在全世界主要产煤国家已成为影响安全生产的最主要因素。建立矿井瓦斯监测监控系统、完善矿井通风系统、建立矿井突出预警系统等均为矿井瓦斯治理的有力措施，但最根本的措施仍为瓦斯抽采，钻孔施工完成后，关键在于瓦斯抽采系统的维护及抽采钻孔的封孔。在封孔前需要在钻孔内设置保护套管防止孔壁垮塌，确保钻孔畅通和抽采顺畅。现有套管是在钻孔的深度上全程设置，而钻孔内壁垮塌仅仅出现在松软的夹层段内，这样，不仅造成材料和人力浪费，而且还存在施工周期延长、施工效率低的不足。为此，需要进一步改进。

技术实现要素：

本发明的第一目的就是针对现有技术的不足，提供一种定位护孔装置，该定位护孔装置的套管利用管锚支撑，管锚上具有弹性外张的至少两个锚固爪，以形成与钻孔孔壁的固定状态，以实现仅在钻孔的松软夹层段设置套管，具有全程套管相同的效果。其结构简单、固定牢固。本发明第二目的是提供一种定位护孔，该方法通过护孔工具将前述的多个定位护孔装置形成的护孔段下到钻孔的松软夹层段，以替代在钻孔深度上全程设置套管的方法。其操作简单、施工方便，套管材料消耗少，施工效率高，抽采成本低；本发明的第三目的是提供一种护孔工具，以用于将多个定位护孔装置形成护孔段下到钻孔的松软夹层段。其结构简单、使用方便，制造成本低。

为实现第一目的，本发明采用如下技术方案。

一种定位护孔装置，包括一端具有承插接口的套管，套管上设有管锚和管套，管锚套装在管套和承插接口管段之间；该管锚由滑套和锚固爪两部分组成，并形成一体结构，滑套用于与套管配合，滑套上圆周均布有至少两个所述锚固爪，锚固爪朝套管的承插接口方向延伸，并逐渐外张形成弹性外张结构；所述承插接口用于承插另一所述套管或护孔工具。

采用前述方案的本发明装置，单个定位护孔装置或承插连接的多个定位护孔装置均可构成护孔段，单个定位护孔装置或者护孔段均可通过护孔工具推送至钻孔内，护孔工具仅需要一插在套管孔内的定位段，并在定位段后方形成推压构件和杆状手柄即可。管锚滑套在管套和承插接口管段之间，管锚通过弹性外张的锚固爪固定在钻孔的孔壁上，从而形成对套管定位和固定。这样，就仅需在钻孔内的松软层段设置定位护孔装置，或者，由多个承插连接的定位护孔装置形成的护孔段，以形成对松软层的保护，确保松软层不垮落，以避免抽排管的筛眼被堵，并充分利用硬岩层的孔壁牢固特性，达到与全程套管相同的护孔和抽采效果。其结构简单、固定牢固。其中，套管、管锚和管套均可采用相同的塑料材料，分别通过注塑成型，如常用的pvc塑料等。另外，管锚与套管之间最好采用滑动配合；且管套和承插接口管段之间的距离最好大于滑套的长度，以使滑套具有移动空间，在此方案中，护孔工具与承插接口的连接也需要形成相对牢固的连接关系，以便通过护孔工具回拽套管，以便通过套管的承插段冲击管锚，从而解决下管过程的卡阻问题。

优选的，所述管套通过螺钉固定连接在所述套管上。以降低制造难度，提高装配方便性，并方便调整管套和承插接口管段之间的距离。

优选的，所述锚固爪由所述滑套端面向外延伸。简化模具结构，提高制造方便性，降低制造成本。

优选的，所述锚固爪呈弧形外张结构。进一步增强锚固爪的弹性特性，确保锚固牢固性。

为实现第二目的，本发明采用以下技术方案。

一种定位护孔方法，利用护孔工具将实现第一发明目的的定位护孔装置推送到钻孔内的松软层，包括通过护孔工具的杆状主推构件将所述定位护孔装置推送到目标松软层。

采用前述方案的本发明方法，采用护孔工具与定位护孔装置的套管连接，并通过护孔工具向钻孔内推送套管。在套管位于设定位置后，定位护孔装置的锚固爪通过弹性外张力牢牢附着在钻孔孔壁上，并于孔壁形成固定，从而形成定位护孔装置的固定，此时，用力回拉护孔工具，利用管锚的锚固爪的弹性外张结构，可有效阻止定位护孔装置移动，或仅能移动较小的距离，进而达到护孔工具与定位护孔装置脱离的目的，仅将定位护孔装置留置在钻孔的松软夹层段，并充分利用硬岩层的孔壁牢固特性，达到与全程套管相同的护孔和抽采效果。其操作简单，施工方便，套管材料消耗少，施工效率高，抽采成本低。

优选的，还包括以下步骤：

s1、依据钻孔获得的松软层位置、数量和松软层厚度，并结合定位护孔装置的套管长度，计算对应松软层的定位护孔装置数量、目标松软层中紧邻钻孔孔口端的定位护孔装置距孔口的距离，以及目标松软层中相邻松软层之间的距离；

s2、按由里向外的顺序，依次将目标松软层中单个松软层对应的多个定位护孔装置送入钻孔内，以连接成对应的护孔段，再利用护孔工具的主推构件将该护孔段推送到对应的松软层；或者，按由内向外的顺序，依次将目标松软层中两个相邻松软层对应的多个定位护孔装置分段送入钻孔，并利用护孔工具将两个护孔段同时推送到各自对应的松软层。

以进一步提高定位护孔效率。

进一步优选的，在利用护孔工具将两个护孔段同时推送到各自对应松软层的方案中，还包括以下步骤：

s31、在将里端护孔段的多个定位护孔装置依次送入钻孔后，并在构成外端护孔段，且套管的插接段上设有限位构件的定位护孔装置送入钻孔，再将该护孔段的其余定位护孔装置依次由孔口送入并形成临时固定，且在两个护孔段之间形成设定距离的间隔空间；

s32、将护孔工具上伸缩顶针的顶针伸缩体回缩，并藏匿在顶针本体内，由伸缩顶针端将护孔工具插装在外端护孔段的套管内，直至伸缩顶针被送至间隔空间，以在弹性元件作用下，顶针伸缩体自动展开；

s33、继续向里推送护孔工具，在主推构件与外端护孔段形成推送连接关系，且顶针伸缩体与里端护孔段形成推送连接关系后，外端护孔段与里端护孔段分别在主推构件和顶针伸缩体的推动下同步移动设定距离，以使外端护孔段与里端护孔段同时到位。

本步骤中，当里端护孔段推送距离相对较大时，在顶针伸缩体推动里端护孔段移动第一设定距离后，主推构件才与外端护孔段形成推送连接关系；当外端护孔段推送距离相对较大时，在主推构件推动外端护孔段移动第二设定距离后，顶针伸缩体才与里端护孔段形成推送连接关系；在里端和外端护孔段推送距离相等时，直接形成同步推送。以确保两个松软层的两个护孔段同时完成护孔段的定位护孔装置安装，进一步提高护孔效率。

为实现第三目的，本发明采用以下技术方案。

一种定位护孔工具，用于实现第二发明目的的护孔定位方法，推送实现第一目的的定位护孔装置，以构成钻孔的抽排管定位布设；包括设有主推杆和固定推盘的主推构件，固定推盘位于主推杆前端，固定推盘外径大于所述套管的承插接口内径；固定推盘前端形成有第一插接段，第一插接段能够与所述套管上的承插接口形成轴孔配合的紧配合。

采用前述方案的本发明工具，与定位护孔装置的套管紧配合连接，以向钻孔内推送定位护孔装置的套管。在套管位于设定位置后，定位护孔装置的锚固爪通过弹性外张力牢牢附着在钻孔孔壁上，并于孔壁形成固定。此时，用力回拉护孔工具，利用管锚的锚固爪的弹性外张结构，可有效阻止定位护孔装置移动，或仅能移动较小的距离，仅将定位护孔装置留置在钻孔的松软夹层段，并充分利用硬岩层的孔壁牢固特性，达到与全程套管相同的护孔和抽采效果。其结构简单、使用方便，制造成本低。而套管的较小移动距离，以便利用套管的承插段冲击管锚，以解决下管过程的卡阻问题。

优选的，所述第一插接段前端设有第一导向构件，第一导向构件与直径小于所述套管内径。以形成下管工具的良好导向和定心，防止歪斜，确保下管过程方向的一致性，提高使用可靠性。

进一步优选的，所述主推构件前方设有伸缩顶针，伸缩顶针包括顶针本体，顶针本体直径小于所述套管内径；顶针本体上开设有横向贯穿的条形穿孔，条形穿孔长度沿顶针本体轴向延伸，条形穿孔内设有两个铰接，且对置的顶针伸缩体，顶针伸缩体上连接有弹性元件，顶针伸缩体由弹性元件的弹性力作用自动外张；两个顶针伸缩体能够在外力作用下回收并藏匿在顶针本体的条形穿孔内。以适应两个护孔段同时护孔到位的操作要求，确保多样性护孔操作要求。

本发明的有益效果是，定位护孔装置结构简单、固定牢固，并充分利用硬岩层不垮塌的特性，达到与全程套管相同的效果；定位护孔方法操作简单，施工方便，套管材料消耗少，施工效率高，抽采成本低；定位护孔工具结构简单、使用方便，制造成本低。

附图说明

图1是本发明的定位护孔装置的结构示意图。

图2是本发明的两个定位护孔装置承插连接状态的结构示意图。

图3是本发明的第一种定位护孔方法，每个护孔段单独推送。

图4是本发明的第二种护孔方法，两个护孔段同时推送。

图5是本发明的定位护孔工具的结构示意图。

图6是本发明的定位护孔工具中伸缩顶针的结构示意图，其中，顶针伸缩体处于打开状态。

图7是本发明的定位护孔工具中伸缩顶针的结构示意图，其中，顶针伸缩体处于收回状态。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1，参见图1、图2，一种定位护孔装置，包括一端具有承插接口1a的套管1，套管1上设有管锚和管套3，管锚套装在管套3和承插接口1a管段之间；该管锚由滑套21和锚固爪22两部分组成，并形成一体结构，滑套21用于与套管1配合，滑套21上圆周均布有至少两个所述锚固爪22，锚固爪22朝套管1的承插接口1a方向延伸，并逐渐外张形成弹性外张结构；所述承插接口1a用于承插另一所述套管1或护孔工具。其中，套管、管锚和管套均采用pvc塑料注塑成型。另外，承插接口1a及其与之配合的配合结构采用锥角为15度到20度的小锥度的锥度配合结构，从而形成相对牢固的连接关系；管锚与套管1之间滑动配合，且管套3和承插接口1a管段之间的距离大于滑套的长度，以使滑套具有足够的移动空间，以便通过护孔工具回拽套管1，从而在下护孔定位装置过程中遭遇卡阻时，能够通过套管的承插段冲击管锚，以消除卡阻问题。

并且，管套3通过螺钉4固定连接在所述套管1上。锚固爪22由所述滑套21端面向外延伸；锚固爪22呈弧形外张结构。

实施例2，参见图3，结合图5、图6和图7，一种定位护孔方法，利用护孔工具将实施例1的定位护孔装置推送到钻孔内的松软层，包括通过护孔工具的杆状主推构件7将所述定位护孔装置推送到目标松软层。还包括以下步骤：

s1、依据钻孔获得的松软层位置、数量和松软层厚度，并结合定位护孔装置的套管1长度，计算对应松软层的定位护孔装置数量、目标松软层中紧邻钻孔孔口端的定位护孔装置距孔口的距离，以及目标松软层中相邻松软层之间的距离；

s2、按由里向外的顺序，依次将目标松软层中单个松软层对应的多个定位护孔装置送入钻孔内，以连接成对应的护孔段，再利用护孔工具的主推构件7将该护孔段推送到对应的松软层。

实施例3，参见图4，结合图3、图5、图6和图7，一种定位护孔方法，利用护孔工具将实施例1的定位护孔装置推送到钻孔内的松软层，包括通过护孔工具的杆状主推构件7将所述定位护孔装置推送到目标松软层。还包括以下步骤：

s1、依据钻孔获得的松软层位置、数量和松软层厚度，并结合定位护孔装置的套管1长度，计算对应松软层的定位护孔装置数量、目标松软层中紧邻钻孔孔口端的定位护孔装置距孔口的距离，以及目标松软层中相邻松软层之间的距离；

s2、按由内向外的顺序，依次将目标松软层中两个相邻松软层对应的多个定位护孔装置分段送入钻孔，并利用护孔工具将两个护孔段同时推送到各自对应的松软层。

其中的s2步骤中还包括以下小步骤：

s31、在将里端护孔段的多个定位护孔装置依次送入钻孔后，并在构成外端护孔段，且套管1的插接段上设有限位构件的定位护孔装置送入钻孔，再将该护孔段的其余定位护孔装置依次由孔口送入并形成临时固定，且在两个护孔段之间形成设定距离的间隔空间；

s32、将护孔工具上伸缩顶针的顶针伸缩体5b回缩，并藏匿在顶针本体内，由伸缩顶针端将护孔工具插装在外端护孔段的套管1内，直至伸缩顶针被送至间隔空间，以在弹性元件作用下，顶针伸缩体5b自动展开；

s33、向里推送护孔工具，当里端护孔段推送距离相对较大时，在顶针伸缩体5b推动里端护孔段移动第一设定距离后，主推构件7与外端护孔段形成推送连接关系；当外端护孔段推送距离相对较大时，在主推构件7推动外端护孔段移动第二设定距离后，顶针伸缩体5b与里端护孔段形成推送连接关系；在里端和外端护孔段推送距离相等时，直接跳过本小步；

s34、继续推送护孔工具，外端护孔段与里端护孔段分别在主推构件7和顶针伸缩体5b的推动下同步移动第三距离，并使外端护孔段与里端护孔段同时到位。

本实施例中的松软层为里层和外层的两层，外端护孔段对应外层，里端护孔段对应里层；而里外两个护孔段均只采用两个定位护孔装置承插连接示意。实际应用中，定位护孔装置的套管1长度大致按1-2米制作；具体数量根据松软层厚度确定，护孔段总长度通常大于松软层厚度2-3米。

实施例4，参见图5，一种定位护孔工具，用于实现实施例2的护孔定位方法，推送实现实施例1的定位护孔装置，以构成钻孔的抽排管定位布设；包括设有主推杆和固定推盘7b的主推构件7，固定推盘7b位于主推杆前端，固定推盘7b外径大于所述套管1的承插接口1a内径；固定推盘7b前端形成有第一插接段7a，第一插接段7a能够与所述套管1上的承插接口1a形成轴孔配合的紧配合。

其中，所述第一插接段7a前端设有第一导向构件6，第一导向构件6与直径小于所述套管1内径。

实施例5，参见图5、图6、图7，一种定位护孔工具，用于实现实施例3的护孔定位方法，推送实现实施例1的定位护孔装置，以构成钻孔的抽排管定位布设；包括设有主推杆和固定推盘7b的主推构件7，固定推盘7b位于主推杆前端，固定推盘7b外径大于所述套管1的承插接口1a内径；固定推盘7b前端形成有第一插接段7a，第一插接段7a能够与所述套管1上的承插接口1a形成轴孔配合的紧配合。其中，所述第一插接段7a前端设有第一导向构件6，第一导向构件6与直径小于所述套管1内径。而且所述主推构件7前方设有伸缩顶针，伸缩顶针包括顶针本体5，顶针本体5直径小于所述套管1内径；顶针本体5上开设有横向贯穿的条形穿孔5a，条形穿孔5a长度沿顶针本体5轴向延伸，条形穿孔5a内通过横贯的交接轴8铰接有两个对置的顶针伸缩体5b，顶针伸缩体5b上连接有由拉伸弹簧构成的弹性元件5c，顶针伸缩体5b由弹性元件5c的弹性力作用自动外张；两个顶针伸缩体5b能够在外力作用下回收并藏匿在顶针本体5的条形穿孔内，拉伸弹簧两端的挂钩分别与顶针伸缩体5b和顶针本体5固定连接。顶针本体5前端形成有螺纹柱，后端形成有螺纹孔，且螺纹孔的底孔与条形穿孔5a贯通，螺纹孔的底孔与条形穿孔5a共同构成拉伸弹簧的收纳空间。伸缩顶针能够分别通过螺纹柱和螺纹孔与前后的导向构件连接。

实施例4和5中主推构件7的固定推盘7b后方构成操纵手柄，操纵手柄可采用多段依次接长的结构进行加长；实施例5中的第一导向构件6相应也可采用多段依次接长的结构进行加长；操纵手柄和第一导向构件6的接长方式均采用螺合连接的接长形式。

为便于对里端护孔段的多个定位护孔装置进行定心限位，顶针本体5位于条形穿孔5a前端部分构成第二导向构件5a，第二导向构件5a也可形成螺合接长形式进行加长。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。