[發明專利]大直徑潛孔錘用孔口密封裝置及其反循環施工工藝

有效

• 申請號: 201510064162.6
• 申請日: 2015-02-06
• 公開（公告）號: CN104763368B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 石智軍;趙江鵬;郝世俊;劉建林;鄭玉柱;王四一;祁宏軍;李泉新;黃巍;張強;王占強
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: E21B33/03
• 分類號: E21B33/03;E21B4/06
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司11340
• 代理人: 楊文錄

技術領域

本發明涉及鉆探的技術領域，尤其涉及一種應用于空氣潛孔錘高效鉆進技術的大直徑潛孔錘用孔口密封裝置及其反循環施工工藝。

背景技術

目前，在大直徑鉆孔(≥Ф550mm)巖石段施工過程中通常采用“小鉆打、大鉆擴”的方法，主要以擴孔牙輪鉆頭、泥漿正循環工藝來完成。礦山救援地面大直徑鉆孔施工要求“快”，而在巖石段的快速鉆進是實現該目標的極其重要的一個環節，由于牙輪擴孔鉆頭機械鉆速較低，難以滿足礦山應急救援鉆孔的施工要求。空氣潛孔錘是以沖擊體積破碎的方式碎巖，在硬巖鉆進中速度是其它鉆進方法無法比擬的，將潛孔錘高效鉆進技術應用于礦山救援地面大直徑鉆孔施工是最為有效的解決方案。在利用地面大直徑鉆孔實施礦山救援的幾個成功案例都采用了潛孔錘高效鉆進技術。2002年美國賓夕法尼亞州Queereek煤礦7·24透水事故的救援中，在地面大直徑救援孔施工時首先開挖下入長度5.8m、內徑Ф762mm套管至基巖，然后采用Ф737mm全斷面空氣潛孔錘一次成孔鉆至32m深度，后采用Ф660mm全斷面空氣潛孔錘一次成孔鉆至73m深度與井下巷道連通，現場由6臺空壓機同時供風，注氣量超過168m³/min，該逃生孔成孔時間為51h，通過該逃生孔采用救生艙將9個被困人員提升至地面。2010年智利圣何塞銅礦礦難救援實施的地面大直徑鉆孔，首先完成一孔徑Ф108mm、深度624m導向孔與井下被困區域連通，然后第一次擴孔至Ф308mm，第二次擴孔采用Ф660/305mm集束式潛孔錘鉆進，破碎巖屑通過導向孔落入巷道，井下被困人員輔助清理掉落的巖屑，整個成孔周期為44天。

但是在很多礦區，礦床上覆地層通常含有一段或多段含水層，如果導向孔提前與巷道打通，則地層水會沿著導向孔進入巷道，假若地層水較大此時則不能照搬智利銅礦難救援鉆孔施工方案；而導向孔與巷道不提前打通，則由于最終要求的鉆孔直徑很大，采用氣動潛孔錘正循環鉆進，為了順利排渣，需要幾百m³/min的注氣量，且隨著鉆孔深度的增加、或地層出水量增大，所需的注氣量急劇增加，對鉆機、空壓機、增壓機、以及鉆具都提出了極為嚴苛的要求，更嚴重的是大量的上返高速氣流對鉆孔上部地層沖刷不可忽視，甚至是不可解決的，極容易造成孔內事故。因此，在這種工況條件下，若要利用氣動潛孔錘的高效碎巖的優勢，采用大直徑潛孔錘反循環鉆進是最佳的選擇。與大直徑正循環潛孔錘相比，反循環鉆進潛孔錘注入空氣量取決于氣動潛孔錘正常工作的耗氣量，這極大減小了所注入的壓縮空氣量的需求，降低了對鉆機、空壓機、增壓機以及鉆具系統等的要求。

在目前階段，國內大直徑反循環潛孔錘產品主要有單體式和集束式(或捆綁式)兩種型式：其中的單頭大直徑濕式反循環潛孔錘(FGC-15型、FGC-15B型)、大直徑貫通式潛孔錘(最大直徑為Ф660mm)、大直徑組合捆綁式風動潛孔錘(FC-312型)、集束式反循環潛孔錘(公開報道最大直徑為Ф660mm)。以上所述大直徑反循環潛孔錘促進形成孔底反循環的主要結構均設置在孔底鉆具本體上，存在的問題是：當設計直徑變大后，由于密封結構比鉆頭旋轉所形成的鉆孔直徑要小，密封結構外徑與鉆孔壁的間隙面積越來越大；且鉆頭成孔過程中有一定的鉆孔直徑擴大率，因此從該間隙上返壓縮氣體量變大，可能影響反循環排渣效果，嚴重者甚至不能形成反循環。

為此，本發明的設計者有鑒于上述缺陷，通過潛心研究和設計，綜合長期多年從事相關產業的經驗和成果，研究設計出一種大直徑潛孔錘用孔口密封裝置及其反循環施工工藝，以克服上述缺陷。

發明內容

針對目前技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種可提高大直徑潛孔錘反循環工藝密封效果的大直徑潛孔錘用孔口密封裝置及其反循環施工工藝，以促進大直徑潛孔錘反循環鉆進技術更好的推廣應用于大直徑鉆孔的施工中，提高鉆進效率。

為解決上述問題，本發明公開了一種大直徑潛孔錘用孔口密封裝置，包括密封體、偏心聯接盤和底座，其特征在于：

所述密封體下端連接所述偏心聯接盤，所述偏心聯接盤下端連接所述底座。

其中：所述底座包含中空套管狀的底座外殼，下端設有第一法蘭片和第二法蘭片，底座上端設有連接于所述偏心聯接盤的卡沿，所述底座外殼的側部設有注水口和排氣口，以分別連接注水口球閥和排氣口球閥。

其中：所述密封體包含中空套管狀的密封體外殼，以設于偏心聯接盤上，其下端設有密封體座環。