大直徑潛孔錘用孔口密封裝置及其反循環(huán)施工工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鉆探的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于空氣潛孔錘高效鉆進(jìn)技術(shù)的大直徑潛孔錘用孔口密封裝置及其反循環(huán)施工工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在大直徑鉆孔(多Φ550mm)巖石段施工過程中通常采用“小鉆打、大鉆擴(kuò)”的方法，主要以擴(kuò)孔牙輪鉆頭、泥漿正循環(huán)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(jìn)是實現(xiàn)該目標(biāo)的極其重要的一個環(huán)節(jié)，由于牙輪擴(kuò)孔鉆頭機(jī)械鉆速較低，難以滿足礦山應(yīng)急救援鉆孔的施工要求?？諝鉂摽族N是以沖擊體積破碎的方式碎巖，在硬巖鉆進(jìn)中速度是其它鉆進(jìn)方法無法比擬的，將潛孔錘高效鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)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(jìn)技術(shù)。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.Sm、內(nèi)徑Φ762mm套管至基巖，然后采用Φ737mm全斷面空氣潛孔錘一次成孔鉆至32m深度，后采用Φ660_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(xiàn)場由6臺空壓機(jī)同時供風(fēng)，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Φ 108mm、深度624m導(dǎo)向孔與井下被困區(qū)域連通，然后第一次擴(kuò)孔至Φ308πιπι，第二次擴(kuò)孔采用Φ660/305πιπι集束式潛孔錘鉆進(jìn)，破碎巖肩通過導(dǎo)向孔落入巷道，井下被困人員輔助清理掉落的巖肩，整個成孔周期為44天。
[0003]但是在很多礦區(qū)，礦床上覆地層通常含有一段或多段含水層，如果導(dǎo)向孔提前與巷道打通，則地層水會沿著導(dǎo)向孔進(jìn)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(dǎo)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(huán)鉆進(jìn)，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(jī)、空壓機(jī)、增壓機(jī)、以及鉆具都提出了極為嚴(yán)苛的要求，更嚴(yán)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(nèi)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(yōu)勢，采用大直徑潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)是最佳的選擇。與大直徑正循環(huán)潛孔錘相比，反循環(huán)鉆進(jìn)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(jī)、空壓機(jī)、增壓機(jī)以及鉆具系統(tǒng)等的要求。
[0004]在目前階段，國內(nèi)大直徑反循環(huán)潛孔錘產(chǎn)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(huán)潛孔錘(FGC-15型、FGC-15B型)、大直徑貫通式潛孔錘(最大直徑為Φ660_)、大直徑組合捆綁式風(fēng)動潛孔錘(FC-312型)、集束式反循環(huán)潛孔錘(公開報道最大直徑為Φ660πιπι)。以上所述大直徑反循環(huán)潛孔錘促進(jìn)形成孔底反循環(huán)的主要結(jié)構(gòu)均設(shè)置在孔底鉆具本體上，存在的問題是:當(dāng)設(shè)計直徑變大后，由于密封結(jié)構(gòu)比鉆頭旋轉(zhuǎn)所形成的鉆孔直徑要小，密封結(jié)構(gòu)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(kuò)大率，因此從該間隙上返壓縮氣體量變大，可能影響反循環(huán)排渣效果，嚴(yán)重者甚至不能形成反循環(huán)。
[0005]為此，本發(fā)明的設(shè)計者有鑒于上述缺陷，通過潛心研宄和設(shè)計，綜合長期多年從事相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗和成果，研宄設(shè)計出一種大直徑潛孔錘用孔口密封裝置及其反循環(huán)施工工藝，以克服上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對目前技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可提高大直徑潛孔錘反循環(huán)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(huán)施工工藝，以促進(jìn)大直徑潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)更好的推廣應(yīng)用于大直徑鉆孔的施工中，提高鉆進(jìn)效率。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)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(lián)接盤和底座，其特征在于:
[0008]所述密封體下端連接所述偏心聯(lián)接盤，所述偏心聯(lián)接盤下端連接所述底座。
[0009]其中:所述底座包含中空套管狀的底座外殼，下端設(shè)有第一法蘭片和第二法蘭片，底座上端設(shè)有連接于所述偏心聯(lián)接盤的卡沿，所述底座外殼的側(cè)部設(shè)有注水口和排氣口，以分別連接注水口球閥和排氣口球閥。
[0010]其中:所述密封體包含中空套管狀的密封體外殼，以設(shè)于偏心聯(lián)接盤上，其下端設(shè)有密封體座環(huán)。
[0011]其中:所述密封體的上端設(shè)有第四法蘭片，所述第四法蘭片連接一第三法蘭片，所述第三法蘭片的下表面與一錐形密封膠芯連接，所述錐形密封膠芯向下延伸至密封體外殼內(nèi)且內(nèi)設(shè)有一錐形中空通道，所述錐形中空通道供鉆桿貫通并提供有效的密封。
[0012]還公開了一種大直徑潛孔錘反循環(huán)施工工藝，基本步驟如下:
[0013]①鉆機(jī)移回至孔口
[0014]首先，利用車載鉆機(jī)施工完成土層孔段的鉆進(jìn)作業(yè)；然后移開鉆機(jī)，利用吊車下入土層段套管；再將鉆機(jī)移回對準(zhǔn)孔口 ；
[0015]②孔口密封裝置的安裝、地面管匯連接及下鉆
[0016]a.將孔口密封裝置的底座與土層段套管以法蘭方式連接；
[0017]b.啟動鉆機(jī)依次連接氣盒子、雙壁鉆桿和大直徑潛孔錘；
[0018]c.連接地面管匯；
[0019]d.下放雙壁鉆桿，下鉆至與孔底2?3根雙壁鉆桿長度的距離時停止下放；
[0020]e.在加接剩余第一根雙壁鉆桿時，將孔口密封裝置的偏心聯(lián)接盤套在雙壁鉆桿上，與上根雙壁鉆桿絲扣連接后，將偏心聯(lián)接盤與孔口密封裝置底座連接；
[0021]f.在加接下一根雙壁鉆桿時，將孔口密封裝置密封體套在雙壁鉆桿上，與上根雙壁鉆桿連接后，自然下垂找中，使密封體坐落在偏心聯(lián)接盤；
[0022]③大直徑潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)
[0023]a.關(guān)閉孔口密封裝置注水口球閥，打開排氣口球閥；
[0024]b.開啟空氣壓開始供氣；若排渣口無氣體返出，排氣管口返氣，關(guān)閉孔口密封裝置排氣管口球閥，促使孔底壓縮氣體進(jìn)入雙壁鉆桿內(nèi)管從排渣口返出；若排渣口有氣體返出，則無需關(guān)閉孔口密封裝置排氣管口球閥；當(dāng)反循環(huán)形成后，帶風(fēng)緩慢下放鉆具至孔底，開始加壓鉆進(jìn)；
[0025]c.雙壁鉆桿加接，當(dāng)單根雙壁鉆桿鉆進(jìn)完成后，上提鉆具I?2m，待排渣口無巖肩返出口，停止空壓機(jī)供風(fēng)；打開地面注氣管匯上的放氣閥，放空雙壁鉆桿環(huán)空內(nèi)殘余氣體后關(guān)閉，然后再進(jìn)行加接雙壁鉆桿作業(yè)；
[0026]d.重復(fù)b?c的步驟；
[0027]④起鉆
[0028]a.卸開孔口密封裝置壓片，將密封體隨雙壁鉆桿提起，放置于地面；
[0029]b.打開孔口密封裝置，利用鉆機(jī)絞車將偏心聯(lián)接盤提起并放置于地面；
[0030]c.進(jìn)行起鉆。
[0031]6.如權(quán)利要求5所述的一種大直徑潛孔錘反循環(huán)施工工藝，其特征在于:所述大直徑潛孔錘的下端設(shè)有大直徑潛孔錘密封機(jī)構(gòu)，以由大直徑潛孔錘密封機(jī)構(gòu)與孔口密封裝置兩者共同建立反循環(huán)。通過上述結(jié)構(gòu)可知，本發(fā)明的大直徑潛孔錘用孔口密封裝置及其反循環(huán)施工工藝具有如下效果:
[0032]1、本發(fā)明主要由大直徑潛孔錘的密封機(jī)構(gòu)與孔口密封裝置兩者共同起作用，基于此反循環(huán)密封方法進(jìn)行大直徑潛孔錘結(jié)構(gòu)設(shè)計，由于對孔底密封效果的要求大大降低，即孔底密封結(jié)構(gòu)與鉆孔間隙可適當(dāng)增大，因此可降低孔底密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計難度，提高反循環(huán)潛孔錘應(yīng)對孔內(nèi)復(fù)雜情況的能力，實現(xiàn)安全高效鉆進(jìn)目的。
[0033]2、本發(fā)明涉及的孔口密封裝置采用分體式現(xiàn)場安裝，密封體可在偏心聯(lián)接盤軸向任意方向偏移一定距離，然后由壓片緊固連接，該密封體可偏移的結(jié)構(gòu)設(shè)計，解決了鉆機(jī)移回至孔口過程中由于不能精準(zhǔn)對中從而造成在加接鉆桿時會傷扣的問題。
[0034]本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容可通過后述的說明及所附圖而得到。
【附圖說明】
[0035]附圖1為大直徑潛孔錘反循環(huán)工藝原理示意圖；
[0036]附圖2為孔口密封裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]附圖3為底座結(jié)構(gòu)不意圖；
[0038]附圖4為偏心聯(lián)接盤的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]附圖5為密封體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]附圖6為密封體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]附圖標(biāo)記:1.氣盒子；2.雙壁鉆桿；3.孔口密封裝置；4.土層段套管；5.鉆孔；6.大直徑潛孔錘；7.大直徑潛孔錘密封機(jī)構(gòu)；301.密封體；302.偏心聯(lián)接盤；303.底座；304.管箍；305.壓片；306.底座卡沿；307.排氣管口球閥；308.第一法蘭片；309.管箍轉(zhuǎn)軸；310.注水管口球閥；311.底座外殼；312.第二法蘭片；313.壓片固定軸；314.吊環(huán)；315.密封體座環(huán)；316.密封體外殼；317.第三法蘭片；318.錐形密封膠芯；319.第四法蘭片。
【具體實施方式】
[0042]參見圖1至6，顯示了本發(fā)明的大直徑潛孔錘用孔口密封裝置及其反循環(huán)施工工藝，是針對目前大直徑潛孔錘孔底密封結(jié)構(gòu)存在的問題而提出的，當(dāng)孔底密封機(jī)構(gòu)不能完全滿足建立反循環(huán)需要，即大量氣體從大直徑潛孔錘與鉆孔形成的環(huán)狀間隙上返時，在孔口密封裝置的作用下，鉆孔與雙壁鉆桿形成的大環(huán)空間隙為一密閉有限空間，當(dāng)該空間氣體壓力達(dá)到一定程度時，迫使孔底壓縮空氣進(jìn)入大直徑潛孔錘排渣通道沿雙壁鉆桿內(nèi)管排至泥漿池，從而重新建立反循環(huán)通道。
[0043]本發(fā)明的大直徑潛孔錘用孔口密封裝置及其反循環(huán)施工工藝，促進(jìn)建立孔底空氣反循環(huán)通道的密封方法主要由大直徑潛孔錘密封機(jī)構(gòu)7與孔口密封裝置3兩者共同作用。
[0044]參見圖2-6，所述孔口密封裝置3主要包括密封體301、偏心聯(lián)接盤302和底座303。所述密封體301下端連接所述偏心聯(lián)接盤302，所述偏心聯(lián)接盤302下端連接所述底座 303。
[0045]所述底座303包含中空套管狀的底座外殼311，下端設(shè)有第一法蘭片308和第二法蘭片312，以與鉆孔5內(nèi)的土層段套管4進(jìn)行螺栓連接(參見圖1)，底座303上端設(shè)有連接于所述偏心聯(lián)接盤302的卡沿306，所述卡沿306可通過卡箍304與偏心聯(lián)接盤302連接，所述底座外殼311的側(cè)緣還設(shè)有管箍轉(zhuǎn)軸309，以更好的配合卡箍304進(jìn)行緊固連接，所述底座外殼311的側(cè)部設(shè)有注水口和排氣口，以分別連接注