本發(fā)明涉及煤礦井下定向鉆探領(lǐng)域，尤其涉及一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿裝置及方法。

技術(shù)背景

隨著煤礦井下定向鉆進技術(shù)與裝備的發(fā)展，定向鉆孔以其軌跡可控、鉆進精度高、有效距離長等優(yōu)點，應(yīng)用到煤礦井下瓦斯抽采、水害防治、地質(zhì)異常體探查等諸多領(lǐng)域，對保障煤礦安全高效生產(chǎn)起到重要的促進作用。

煤礦井下定向鉆進技術(shù)目前針對不同地層及不同用途鉆孔已形成多套工藝技術(shù)方案，基本滿足常規(guī)定向鉆孔鉆進需要，針對復(fù)雜地層定向鉆孔孔口段形成了大曲率鉆進、大直徑擴孔、注漿加固等技術(shù)措施，基本解決了復(fù)雜地層孔口段定向鉆進難題，但是針對定向長鉆孔目標層段，尤其是鉆孔較深時鉆遇大落差斷層時，采用開分支方法無法使鉆孔軌跡完全避開非目標層位，從而導(dǎo)致鉆進困難，嚴重時甚至鉆孔報廢，采用注漿加固的方法則需要從孔口開始全孔段注漿，不僅浪費了已施工完成的前段有效鉆孔，還嚴重影響鉆孔施工效率，增加打鉆成本。

實施煤礦井下定向鉆孔定點注漿的關(guān)鍵，是把注漿孔段和非注漿孔段封隔開來，目前石油鉆井領(lǐng)域中應(yīng)用較為成熟的封隔器，一般用來注水或注氣，且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制造工藝也較為復(fù)雜，不適合直接應(yīng)用于煤礦井下注漿作業(yè)中。

為此，本發(fā)明的設(shè)計者有鑒于煤礦井下定向長鉆孔定點注漿的需要及目前存在的問題，通過潛心研究和設(shè)計，綜合長期多年從事相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗和成果，研究設(shè)計出一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿裝置及方法，實現(xiàn)定向長鉆孔定點注漿和裝置回收重復(fù)利用，解決定向長鉆孔深孔局部復(fù)雜地層鉆進困難的難題，提高煤礦井下定向長鉆孔復(fù)雜地層成孔率、成孔效率及地層適應(yīng)性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿裝置及方法，其裝置結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便快捷，可以實現(xiàn)定向長鉆孔定點注漿及裝置回收，提高定向鉆孔復(fù)雜地層成孔率及成孔效率。

為解決上述問題，本發(fā)明公開了

一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿裝置，包括：

大直徑鉆桿，其一端部連接橡膠塞，所述橡膠塞內(nèi)設(shè)置有第一通孔；

小直徑鉆桿，其一端位于所述大直徑鉆桿內(nèi)部并且與一金屬塞連接；所述金屬塞內(nèi)設(shè)置有第二通孔，所述第二通孔與小直徑鉆桿內(nèi)徑相通并且內(nèi)部設(shè)置有一單向閥；

其中，所述金屬塞的直徑大于所述第一通孔的內(nèi)徑。

優(yōu)選的，上述的一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿裝置，包括：所述小直徑鉆桿與所述金屬塞相鄰的一側(cè)設(shè)置有若干個通向所述小直徑鉆桿腔的單向閥；所述大直徑鉆桿和小直徑鉆桿的環(huán)空與水便相連。

優(yōu)選的，上述的一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿裝置，所述水便為設(shè)置于所述大直徑鉆桿上的旁通水便。

優(yōu)選的，上述的一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿裝置，所述金屬塞與所述橡膠塞相鄰的一端設(shè)置有軸截面為梯形的第一變徑段，所述橡膠塞與所述金屬塞相鄰的一端設(shè)置有與所述第一變徑段相配合的第二變徑段。

優(yōu)選的，上述的一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿裝置，所述小直徑鉆桿與所述金屬塞螺紋絲扣連接；所述大直徑鉆桿與所述橡膠塞固定連接。

一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿方法，包括：

在一大直徑鉆桿端部連接橡膠塞，所述橡膠塞內(nèi)設(shè)置有第一通孔；

在小直徑鉆桿的端部設(shè)置一金屬塞，所述金屬塞內(nèi)設(shè)置有第二通孔；

利用所述小直徑鉆桿將所述金屬塞插入所述橡膠塞的第一通孔內(nèi)以使所述橡膠塞膨脹坐封于孔壁；

利用所述小直徑鉆桿、所述第二通孔、所述第一通孔向所述鉆孔內(nèi)注漿并候凝；

待候凝完成后，起拔所述小直徑鉆桿帶動所述金屬塞脫離所述橡膠塞，完成解封，起出孔內(nèi)所述小直徑內(nèi)平鉆桿及所述金屬塞；

待所述橡膠塞縮回后起拔孔口大直徑鉆桿。

優(yōu)選的，上述的一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿方法，在所述第一通孔內(nèi)設(shè)置一單向閥。

優(yōu)選的，上述的一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿方法，所述小直徑鉆桿與所述金屬塞相鄰的一側(cè)設(shè)置有若干個通向所述小直徑鉆桿腔的單向閥；所述大直徑鉆桿和小直徑鉆桿的環(huán)空與水便相連。

優(yōu)選的，上述的一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿方法，所述金屬塞長度稍大于橡膠塞的長度。

一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿方法，包括：

步驟一：確定定點注漿孔深。定向鉆進中通過測量孔深計算及提鉆鉆桿數(shù)計算確定需要注漿的復(fù)雜地層位置，根據(jù)注漿影響范圍大致確定需要的漿液量；

步驟二：下入橡膠塞。通過所述大直徑內(nèi)平鉆桿把所述橡膠塞送入鉆孔內(nèi)特定位置，并詳細記錄橡膠塞所處孔深，使橡膠塞位置處于鉆孔較為完整的孔段內(nèi)，孔口處通過鉆機夾持器夾持固定住大直徑內(nèi)平鉆桿；

步驟三：下入金屬塞；通過所述小直徑內(nèi)平鉆桿把所述金屬塞從所述大直徑內(nèi)平鉆桿中心通孔內(nèi)送入到特定位置，孔口處通過鉆機卡盤夾持固定住；

步驟四：坐封；通過所述大直徑內(nèi)平鉆桿及所述小直徑內(nèi)平鉆桿長度計算，通過鉆機推力把所述金屬塞精確送入到所述橡膠塞內(nèi)通孔，使所述橡膠塞膨脹坐封于孔壁；

步驟五：帶壓注漿；從所述小直徑內(nèi)平鉆桿及所述金屬塞內(nèi)通孔向鉆孔內(nèi)注漿，注漿達到一定壓力后停止，通過所述金屬塞內(nèi)部所述單向閥封堵孔內(nèi)水泥漿，注漿過程中保持所述橡膠塞坐封狀態(tài)，即所述橡膠塞和所述金屬塞的相對位置不變；

步驟六：驅(qū)替鉆桿內(nèi)水泥漿；注漿完成后從所述旁通水便及所述大直徑內(nèi)平鉆桿與所述小直徑內(nèi)平鉆桿環(huán)空注入清水，用來驅(qū)替所述小直徑內(nèi)平鉆桿內(nèi)部的水泥漿；

步驟七：候凝；根據(jù)所注水泥漿性質(zhì)及封堵孔段長度確定候凝時間，候凝過程中保持所述橡膠塞及所述金屬塞處于坐封狀態(tài)；

步驟八：裝置回收；候凝完成后用鉆機在孔口強力起拔所述小直徑內(nèi)平鉆桿，帶動所述金屬塞脫離所述橡膠塞，完成解封，起出孔內(nèi)所述小直徑內(nèi)平鉆桿及所述金屬塞，隨后在所述橡膠塞縮回狀態(tài)下起拔孔口大直徑內(nèi)平鉆桿，使橡膠塞脫離孔底，回收全部裝置。

通過上述描述可知，本發(fā)明的煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿裝置具有如下效果：

1、能夠?qū)崿F(xiàn)定向長鉆孔深孔位置定點注漿，避免全孔段注漿造成的有效孔段浪費，提高鉆孔施工效率，降低鉆進施工成本。

2、能夠?qū)崿F(xiàn)定向長鉆孔定點注漿裝置的回收重復(fù)利用。

本發(fā)明的詳細內(nèi)容可通過后述的說明及所附圖而得到。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿方法的流程圖；

附圖標記：

1為大直徑鉆桿、2為橡膠塞、3為小直徑鉆桿、4為金屬塞、5、7為單向閥、6為過水孔、8為旁通水便

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，通過具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

參見圖1，一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿裝置，由大直徑鉆桿1、橡膠塞2、小直徑鉆桿3、金屬塞4、旁通水便8及單向閥5組成。

本實施例的大直徑鉆桿1可選擇為內(nèi)平式，即大直徑內(nèi)平鉆桿；小直徑鉆桿3可選擇為內(nèi)平式，即小直徑內(nèi)平式鉆桿。

所述橡膠塞2及金屬塞4均設(shè)置有貫通孔，所述大直徑鉆桿1內(nèi)徑稍大于所述金屬塞4外徑，所述金屬塞4外徑稍大于所述橡膠塞2內(nèi)徑，所述大直徑鉆桿1與橡膠塞2固定連接，所述小直徑鉆桿3與金屬塞4螺紋絲扣連接，所述單向閥5固定于金屬塞4內(nèi)通孔，所述小直徑鉆桿3及金屬塞4可以自由通過大直徑鉆桿1內(nèi)通孔，并且在力的作用下可以通過橡膠塞2內(nèi)通孔并形成密封，所述小直徑鉆桿3可以穿過旁通水便8通孔并在端部形成簡易密封。

其中，所述橡膠塞2直徑、金屬塞4直徑與鉆孔直徑相配合，使橡膠塞2能順利下入孔內(nèi)，又能在金屬塞4的支撐作用下坐封于鉆孔與金屬塞4環(huán)空。

其中，所述金屬塞4長度稍大于橡膠塞2長度，為保證橡膠塞2坐封后的效果，橡膠塞2及金屬塞4長度不應(yīng)設(shè)置較短。

其中，所述橡膠塞2與大直徑鉆桿1的固定連接能抵抗一定強度拉應(yīng)力，防止注漿完成后，回拉鉆桿使橡膠塞2脫開。

其中，所述小直徑鉆桿3與金屬塞4接頭附近側(cè)壁上設(shè)置有兩個由外向內(nèi)的單向閥7，方便注漿完成后由大直徑鉆桿1與小直徑鉆桿3環(huán)空內(nèi)注水驅(qū)替小直徑鉆桿3內(nèi)部的泥漿。

其中，所述金屬塞4及橡膠塞2的前端與后端均設(shè)置有較大倒角，以利于橡膠塞2和金屬塞4的下入和回收。

本發(fā)明還公開了一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿方法，主要包含以下步驟：

步驟一：確定定點注漿孔深。定向鉆進中通過測量孔深計算及提鉆鉆桿數(shù)計算確定需要注漿的復(fù)雜地層位置，根據(jù)注漿影響范圍大致確定需要的漿液量。

步驟二：下入橡膠塞。通過所述大直徑鉆桿1把所述橡膠塞2送入鉆孔內(nèi)特定位置，并詳細記錄橡膠塞2所處孔深，使橡膠塞2位置處于鉆孔較為完整的孔段內(nèi)，孔口處通過鉆機夾持器夾持固定住大直徑鉆桿1。

步驟三：下入金屬塞。通過所述小直徑鉆桿3把所述金屬塞4從所述大直徑鉆桿1中心通孔內(nèi)送入到特定位置，孔口處通過鉆機卡盤夾持固定住。

步驟四：坐封。通過所述大直徑鉆桿1及所述小直徑鉆桿3長度計算，通過鉆機推力把所述金屬塞4精確送入到所述橡膠塞2內(nèi)通孔，使所述橡膠塞2膨脹坐封于孔壁。

步驟五：帶壓注漿。從所述小直徑鉆桿3及所述金屬塞4內(nèi)通孔向鉆孔內(nèi)注漿，注漿達到一定壓力后停止，通過所述金屬塞4內(nèi)部所述單向閥5封堵孔內(nèi)水泥漿，注漿過程中保持所述橡膠塞2坐封狀態(tài)，即所述橡膠塞2和所述金屬塞4的相對位置不變。

步驟六：驅(qū)替鉆桿內(nèi)水泥漿。注漿完成后從所述旁通水便8及所述大直徑鉆桿1與所述小直徑鉆桿3環(huán)空注入清水，用來驅(qū)替所述小直徑鉆桿3內(nèi)部的水泥漿。

步驟七：候凝。根據(jù)所注水泥漿性質(zhì)及封堵孔段長度確定候凝時間，候凝過程中保持所述橡膠塞2及所述金屬4塞處于坐封狀態(tài)。

步驟八：裝置回收。候凝完成后用鉆機在孔口強力起拔所述小直徑鉆桿3，帶動所述金屬塞4脫離所述橡膠塞2，完成解封，起出孔內(nèi)所述小直徑鉆桿3及所述金屬塞4，隨后在所述橡膠塞2縮回狀態(tài)下起拔孔口大直徑鉆桿1，使橡膠塞2脫離孔底，回收全部裝置。

由此可見，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、能夠?qū)崿F(xiàn)定向長鉆孔深孔位置定點注漿，避免全孔段注漿造成的有效孔段浪費，提高鉆孔施工效率，降低鉆進施工成本。

2、能夠?qū)崿F(xiàn)定向長鉆孔定點注漿裝置的回收重復(fù)利用。

顯而易見的是，以上的描述和記載僅僅是舉例而不是為了限制本發(fā)明的公開內(nèi)容、應(yīng)用或使用。雖然已經(jīng)在實施例中描述過并且在附圖中描述了實施例，但本發(fā)明不限制由附圖示例和在實施例中描述的作為目前認為的最佳模式以實施本發(fā)明的教導(dǎo)的特定例子，本發(fā)明的范圍將包括落入前面的說明書和所附的權(quán)利要求的任何實施例。

技術(shù)特征：

1.一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿裝置，其特征在于，包括：

大直徑鉆桿(1)，其一端部連接橡膠塞(2)，所述橡膠塞(2)內(nèi)設(shè)置有第一通孔；

小直徑鉆桿(3)，其一端位于所述大直徑鉆桿(1)內(nèi)部并且與一金屬塞(4)連接；所述金屬塞(4)內(nèi)設(shè)置有第二通孔，所述第二通孔與小直徑鉆桿(3)內(nèi)徑相通并且內(nèi)部設(shè)置有一單向閥(5)；

其中，所述金屬塞(4)的直徑大于所述第一通孔(2)的內(nèi)徑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿裝置，其特征在于，包括：所述小直徑鉆桿(3)與所述金屬塞(4)相鄰的一側(cè)設(shè)置有若干個通向所述小直徑鉆桿(3)腔的單向閥(6)；所述大直徑鉆桿(1)和小直徑鉆桿(3)的環(huán)空與水便相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿裝置，其特征在于，所述水便為設(shè)置于所述大直徑鉆桿(1)上的旁通水便(8)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿裝置，其特征在于，所述金屬塞(4)與所述橡膠塞(2)相鄰的一端設(shè)置有軸截面為梯形的第一變徑段，所述橡膠塞(2)與所述金屬塞(4)相鄰的一端設(shè)置有與所述第一變徑段相配合的第二變徑段。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿裝置，其特征在于，所述小直徑鉆桿(3)與所述金屬塞(4)螺紋絲扣連接；所述大直徑鉆桿(1)與所述橡膠塞(2)固定連接。

6.一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿方法，其特征在于，包括：

在一大直徑鉆桿(1)端部連接橡膠塞(2)，所述橡膠塞(2)內(nèi)設(shè)置有第一通孔；

在小直徑鉆桿(3)的端部設(shè)置一金屬塞(4)，所述金屬塞(4)內(nèi)設(shè)置有第二通孔；

利用所述小直徑鉆桿(3)將所述金屬塞(4)插入所述橡膠塞(2)的第一通孔內(nèi)以使所述橡膠塞膨脹坐封于孔壁；

利用所述小直徑鉆桿(3)、所述第二通孔、所述第一通孔向所述鉆孔內(nèi)注漿并候凝；

待候凝完成后，起拔所述小直徑鉆桿帶動所述金屬塞脫離所述橡膠塞，完成解封，起出孔內(nèi)所述小直徑內(nèi)平鉆桿及所述金屬塞；

待所述橡膠塞縮回后起拔孔口大直徑鉆桿。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿方法，其特征在于，在所述第一通孔內(nèi)設(shè)置一單向閥(5)。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿方法，其特征在于，所述小直徑鉆桿(3)與所述金屬塞(4)相鄰的一側(cè)設(shè)置有若干個通向所述小直徑鉆桿(3)腔的單向閥(6)；所述大直徑鉆桿(1)和小直徑鉆桿(3)的環(huán)空與水便相連。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿方法，其特征在于，所述金屬塞(4)長度稍大于橡膠塞(2)的長度。

10.一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿方法，其特征在于，包括：

步驟一：確定定點注漿孔深。定向鉆進中通過測量孔深計算及提鉆鉆桿數(shù)計算確定需要注漿的復(fù)雜地層位置，根據(jù)注漿影響范圍大致確定需要的漿液量；

步驟二：下入橡膠塞。通過所述大直徑內(nèi)平鉆桿把所述橡膠塞送入鉆孔內(nèi)特定位置，并詳細記錄橡膠塞所處孔深，使橡膠塞位置處于鉆孔較為完整的孔段內(nèi)，孔口處通過鉆機夾持器夾持固定住大直徑內(nèi)平鉆桿；

步驟三：下入金屬塞；通過所述小直徑內(nèi)平鉆桿把所述金屬塞從所述大直徑內(nèi)平鉆桿中心通孔內(nèi)送入到特定位置，孔口處通過鉆機卡盤夾持固定?。?br />
步驟四：坐封；通過所述大直徑內(nèi)平鉆桿及所述小直徑內(nèi)平鉆桿長度計算，通過鉆機推力把所述金屬塞精確送入到所述橡膠塞內(nèi)通孔，使所述橡膠塞膨脹坐封于孔壁；

步驟五：帶壓注漿；從所述小直徑內(nèi)平鉆桿及所述金屬塞內(nèi)通孔向鉆孔內(nèi)注漿，注漿達到一定壓力后停止，通過所述金屬塞內(nèi)部所述單向閥封堵孔內(nèi)水泥漿，注漿過程中保持所述橡膠塞坐封狀態(tài)，即所述橡膠塞和所述金屬塞的相對位置不變；

步驟六：驅(qū)替鉆桿內(nèi)水泥漿；注漿完成后從所述旁通水便及所述大直徑內(nèi)平鉆桿與所述小直徑內(nèi)平鉆桿環(huán)空注入清水，用來驅(qū)替所述小直徑內(nèi)平鉆桿內(nèi)部的水泥漿；

步驟七：候凝；根據(jù)所注水泥漿性質(zhì)及封堵孔段長度確定候凝時間，候凝過程中保持所述橡膠塞及所述金屬塞處于坐封狀態(tài)；

步驟八：裝置回收；候凝完成后用鉆機在孔口強力起拔所述小直徑內(nèi)平鉆桿，帶動所述金屬塞脫離所述橡膠塞，完成解封，起出孔內(nèi)所述小直徑內(nèi)平鉆桿及所述金屬塞，隨后在所述橡膠塞縮回狀態(tài)下起拔孔口大直徑內(nèi)平鉆桿，使橡膠塞脫離孔底，回收全部裝置。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿裝置，可回收定點注漿裝置由大直徑鉆桿、橡膠塞、小直徑鉆桿、金屬塞、旁通水便及單向閥組成，所述橡膠塞、金屬塞及旁通水便均設(shè)置有貫通孔，所述大直徑鉆桿與橡膠塞固定連接，所述小直徑鉆桿與金屬塞螺紋絲扣連接，所述單向閥固定于金屬塞內(nèi)通孔，所述小直徑鉆桿及金屬塞可以自由通過大直徑鉆桿內(nèi)通孔，所述金屬塞在力的作用下可以通過橡膠塞內(nèi)通孔并形成密封，所述小直徑鉆桿可以穿過所述旁通水便并形成簡易密封。本發(fā)明還公開了一種煤礦井下定向長鉆孔可回收定點注漿方法，可以實現(xiàn)定向長鉆孔深孔定點注漿，避免局部孔段地層破碎造成定向鉆進困難甚至鉆孔報廢，提高定向鉆孔成孔率及成孔效率。

技術(shù)研發(fā)人員：許超;姜磊;郝世俊;李泉新;王鮮;陳盼;劉智;褚志偉

受保護的技術(shù)使用者：中煤科工集團西安研究院有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.05.24

技術(shù)公布日：2021.08.27