煤炭开采钻探防治水装置

摘要

本发明提供了一种煤炭开采钻探防治水装置，涉及煤炭开采技术领域，包括钻探管、钻头组件、注浆组件以及隔水阀；钻头组件设置于钻探管内；注浆组件设置于钻探管的侧部，且通过注浆总管与钻探管连通；隔水阀设置于钻探管上。本发明提供的煤炭开采钻探防治水装置，利用设置在钻探管中的钻头组件对土层进行钻进，当钻进到所需深度时，将钻头组件上移，利用隔水阀将钻头组件隔离在钻探管上方，再通过设置在钻探管侧部的注浆组件向钻探管内注入浆料，实现对岩石间空隙或裂隙的有效封堵，降低了地层的渗透性，可以达到有效阻水的效果；注浆组件设置在钻探管的侧部，便于配合钻头组件在钻进完成后迅速进行注浆封堵，以实现钻孔和注浆的有效衔接。

说明书

技术领域

本发明属于煤炭开采技术领域，更具体地说，是涉及一种煤炭开采钻探防治水装置。

背景技术

在现有的煤炭开采中，对于地下水较为丰富的地区多会用到注浆施工。注浆施工是用压送设备把具有胶结性的浆料材料通过注浆孔注入地层内，以充填岩石间的空隙或裂隙的操作，浆料被注入到空隙或裂隙中后会扩散、膨胀、胶凝或固化，以增强岩石的完整性，降低地层的渗透性，达到阻水的目的。在一些特定情况下，注浆时需要添加骨料或早强剂以快速封堵地层中的裂隙。

由于现有技术中多采用先钻进再注浆的方式进行操作，期间需要进行钻进设备和注浆设备的更换。对于涌水量较大的岩土层，上述更换设备的过程中，会有大量的水涌出，严重影响了后续注浆阻水的操作，不利于顺利进行煤炭的开采作业。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤炭开采钻探防治水装置，以解决现有技术中存在的注浆作业更换设的过程中容易出现涌水现象、影响后续注浆效果的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种煤炭开采钻探防治水装置，包括钻探管、钻头组件、注浆组件以及隔水阀；钻探管用于伸入待钻探的岩土层；钻头组件设置于钻探管内，用于向岩土层内钻进；注浆组件设置于钻探管的侧部，且通过注浆总管与钻探管连通，注浆总管与钻探管之间设有锐角夹角；隔水阀设置于钻探管上，且位于注浆组件的上方。

作为本申请另一实施例，注浆组件包括浆料管、添加剂管以及填料阀门；浆料管连接于注浆总管的侧部，用于输送浆料至注浆总管内；添加剂管连接于注浆总管的侧部，用于输送添加剂至注浆总管内；填料阀门设置于注浆总管上，用于控制填料的进料量。

作为本申请另一实施例，浆料管上还设有辅助阀门，辅助阀门位于填料阀门与浆料管之间，用于分次输送填料至钻探管内并控制填料的输送量。

作为本申请另一实施例，钻头组件包括钻杆、钻头、中间台以及辅助钻头，钻杆用于设置于钻探管中；钻头设置于钻杆的下端；中间台设置于钻杆的下端，且位于钻头的上方，中间台向外周凸出于钻杆设置；辅助钻头设置于中间台的底面上。

作为本申请另一实施例，辅助钻头在中间台的底面上设有若干个，若干个辅助钻头在圆周方向上间隔排布，辅助钻头的下端向钻杆的外下方延伸。

作为本申请另一实施例，钻探管的上端还设有用于抱紧钻头组件以限定钻头组件上下的位置的抱紧组件，抱紧组件为柔性材质构件。

作为本申请另一实施例，钻探管的上端设有沿水平向设置的安装板，安装板上设有与钻探管连通的通孔，抱紧组件包括至少三个收紧块、收紧绳以及挂钩，至少三个收紧块沿钻探管的径向滑动连接于安装板的上方；收紧绳沿钻探管的周向顺次贯穿收紧块设置，用于收紧收紧块至与钻杆的外壁抵接；挂钩设置于钻探管的外壁上，用于与收紧绳挂接以使收紧块抱紧钻杆。

作为本申请另一实施例，钻杆的外周还设有向外周凸出的承托台，承托台的底面用于与收紧块的顶面接触配合以限位钻杆的上下位置。

作为本申请另一实施例，钻探管的侧部还连接于位于钻头组件下方且用于抽取钻探管内的水的抽水组件。

作为本申请另一实施例，抽水组件与钻探管的连接位置低于注浆组件与钻探管的连接位置，抽水组件上还设有抽水阀。

本发明提供的煤炭开采钻探防治水装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明提供的煤炭开采钻探防治水装置，利用设置在钻探管中的钻头组件对土层进行钻进，当钻进到所需深度时，将钻头组件上移，利用隔水阀将钻头组件隔离在钻探管上方，再利用注浆组件向钻探管内注入浆料，实现对岩石间空隙或裂隙的有效封堵，降低了地层的渗透性，可以达到有效阻水的效果；注浆组件设置在钻探管的侧部，便于配合钻头组件在钻进完成后迅速进行注浆封堵，以实现钻孔和注浆的有效衔接，避免更换设备造成的水量涌出，起到更好的阻水效果，同时也有助于提高煤炭的开采效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的煤炭开采钻探防治水装置钻进状态的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的煤炭开采钻探防治水装置注浆状态的结构示意图；

图3为图1中抱紧组件放松状态时的俯视结构示意图；

图4为图3的左视结构示意图；

图5为图1中抱紧组件抱紧状态时的结构示意图；

图6为图5的左视结构示意图；

图7为图1中钻头组件的主视放大结构示意图；

图8为图1中注浆组件的主视放大结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1、钻探管；11、隔水阀；12、安装板；2、钻头组件；21、钻杆；22、钻头；23、中间台；24、辅助钻头；25、承托台；3、注浆组件；31、浆料管；311、浆料阀门；32、添加剂管；321、添加剂阀门；33、填料阀门；34、辅助阀门；35、注浆总管；351、总阀门；4、抱紧组件；41、收紧块；42、收紧绳；43、挂钩；44、滑轨；5、抽水组件；6、压力表。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更若干个该特征。在本发明的描述中，“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图8，现对本发明提供的煤炭开采钻探防治水装置进行说明。煤炭开采钻探防治水装置，包括钻探管1、钻头组件2、注浆组件3以及隔水阀11；钻探管1用于伸入待钻探的岩土层；钻头组件2设置于钻探管1内，用于向岩土层内钻进；注浆组件3设置于钻探管1的侧部，且通过注浆总管35与钻探管1连通，注浆总管35与钻探管1之间设有锐角夹角；隔水阀11设置于钻探管1上，且位于注浆组件3的上方。

本发明提供的一种煤炭开采钻探防治水装置，与现有技术相比，本发明提供的煤炭开采钻探防治水装置，利用设置在钻探管1中的钻头组件2对土层进行钻进，当钻进到所需深度时，将钻头组件2上移，利用隔水阀11将钻头组件2隔离在钻探管1上方，再利用注浆组件3向钻探管1内注入浆料，实现对岩石间空隙或裂隙的有效封堵，降低了地层的渗透性，可以达到有效阻水的效果；注浆组件3设置在钻探管1的侧部，便于配合钻头组件2在钻进完成后迅速进行注浆封堵，以实现钻孔和注浆的有效衔接，避免更换设备造成的水量涌出，起到更好的阻水效果，同时也有助于提高煤炭的开采效率。

进一步的，注浆总管35与钻探管1之间具有锐角夹角，注浆总管35自下而上向外上方延伸，便于浆料从注浆总管35中顺利的流至下方的钻探管1中，实现浆料的顺畅供送，便于提高浆料向岩土层的空隙内的注入效率。

注浆组件3设置在钻探管1的下部，通过注浆总管35与钻探管1相连通。注浆总管35与钻探管1焊接连接，便于保证连接的可靠性，避免注浆总管35受到下方水的压力作用造成的错位变动。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1、图2和图8，注浆组件3包括浆料管31、添加剂管32以及填料阀门33；浆料管31连接于注浆总管35的侧部，用于输送浆料至注浆总管35内；添加剂管32连接于注浆总管35的侧部，用于输送添加剂至注浆总管35内；填料阀门33设置于注浆总管35上，用于控制填料的进料量。

浆料管31以及添加剂管32直接设置在注浆总管35的侧部，与注浆总管35之间也采用焊接连接，能够保证连接强度，实现浆料以及添加剂向注浆总管35内的顺畅输送。

浆料管31和添加剂管32分别连接在注浆总管35靠近钻探管1一侧的外壁上，用于减小浆料或添加剂流动时的阻力，进而提高输送的顺畅性。添加剂一般为早强剂，用以促进浆料的胶凝，提高浆料的固化速度，实现浆料的快速凝结，达到对岩石间裂隙或缝隙的快速封堵，具有良好的封堵性能。

注浆总管35的上部的空间用于容纳填料，填料为大颗粒或小颗粒的骨料。当岩石间的空隙较大时，需要利用大颗粒的骨料对空隙进行填充，以避免水流对小颗粒骨料的冲击作用，实现快速的封堵效果；当岩石间的空隙较小时，需要利用小颗粒的骨料对空隙进行填充，配合浆料的注入实现对小缝隙的封堵，达到有效的阻水效果。

填料阀门33设置在注浆总管35上，用于控制注浆总管35上部的填料适时的排放至注浆总管35内，进而避免填料量排放过多造成下部管路的堵塞。填料在注浆总管35的下部与浆料进行充分混合，利用带有填料的浆料对岩石裂隙进行有效封堵用，保证更好的阻水效果。

浆料管31以及添加剂管32采用直接连接在注浆总管35侧部的形式，为了实现对下料量的有效控制，在浆料管31上设置了浆料阀门311，通过启动浆料阀门311实现浆料的注入，并通过改变浆料阀门311开度的大小实现浆料量的有效控制。同样的，添加剂管32上也设置了添加剂阀门321，用以对添加剂的用量进行控制，实现添加剂与浆料之间的合理配比。

进一步的，浆料管31可以在注浆总管35的外侧设置两个，当需要采用较大的速度进行注浆时，可以同时利用两个浆料管31向注浆总管35中注入浆料，便于根据需要进行浆料的注入速度的控制和调节。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1、图2和图8，浆料管31上还设有辅助阀门34，辅助阀门34位于填料阀门33与浆料管31之间，用于分次输送填料至钻探管1内并控制填料的输送量。

辅助阀门34设置在填料阀门33的下方，辅助阀门34可以形成一道关卡，用于配合填料阀门33进行使用，实现对填料落料量的精准控制，避免填料一次性输送过多造成下部管路的堵塞。

使用时，先打开填料阀门33、关闭辅助阀门34，使一定量的填料流入填料阀门33和辅助阀门34之间的空间内，接着，关闭填料阀门33、打开辅助阀门34，使填料向注浆总管35内流动，通过调节辅助阀门34的开度的大小，控制填料流入注浆总管35内的速度，实现浆料和填料的有效混合，以保证浆料和填料的混合物能够在下部的管路中顺畅流动。上述操作按间隔一定时间重复进行一次，实现填料的分次有序注入，有效的保证了带有填料的浆料的顺畅流动，避免了填料堵塞注浆总管35的问题。

浆料管31和添加剂管32均位于注浆总管35靠近上侧壁的位置，避免二者受注浆总管35中的浆料以及填料的影响，实现良好的流动供送性能。

在利用填料阀门33和辅助阀门34配合向注浆总管35中供入填料时，注浆阀门处于开启状态，浆料正常流动，以实现浆料和填料的有效混合。添加剂阀门321根据添加剂的用量情况进行起闭状态的顺利切换。

本实施例中，还在注浆总管35的下端也就是靠近钻探管1的一端设置了总阀门351。在钻探管1的下部有水向上涌出时，不仅可以避免水进入注浆总管35中影响浆料的质量，还可以整体控制注浆总管35内的浆料或者浆料与填料的混合物的流量以及流速，实现对注浆速度的合理控制。

当钻头组件2进行钻进时，总阀门351处于封闭状态，此时，浆料或者浆料和填料的混合物并不进入钻探管1内，当钻进完成后，钻头组件2抬升至高于注浆总管35的位置后，总阀门351才会打开，实现下一步的注浆操作。

注浆总管35上还设有压力表6，用于检测注浆总管35内浆料的压力，根据压力表6反映的压力值可以准确的判断钻探管1内的水量，进而判断先利用抽水组件5抽水再注浆，还是直接利用注浆组件3进行注浆操作。压力表6设置在低于抽水组件5的位置，可以对钻探管1内端的水压进行精准的判定。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1、图2和图7，钻头组件2包括钻杆21、钻头22、中间台23以及辅助钻头24，钻杆21用于设置于钻探管1中；钻头22设置于钻杆21的下端；中间台23设置于钻杆21的下端，且位于钻头22的上方，中间台23向外周凸出于钻杆21设置；辅助钻头24设置于中间台23的底面上。

本实施例中，钻杆21沿钻探管1的主轴向下延伸，钻头22设置在钻杆21的下端，能够向下方的岩土层内进行有效钻进。中间台23设置在钻杆21的下部且位于钻头22的上方。中间台23的底面上设置有若干个辅助钻头24，钻头22像下方钻进的同时，辅助钻头24同步向下移动，由于辅助钻头24的截面积大于钻头22的截面积，用于实现有效的扩孔作用。利用钻头22向下方进行初步钻进，同时利用辅助钻头24对岩土层进行圆周方向的同步扩孔，有助于提高钻进速度，增大钻进效率，进而保证后续的注浆需求。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1、图2和图7，辅助钻头24在中间台23的底面上设有若干个，若干个辅助钻头24在圆周方向上间隔排布。

本实施例中，辅助钻头24在中间台23的底面的圆周方向上设有若干个，不仅实现了钻杆21周向上受力的均衡，还增强了钻进过程中的扩孔效率，实现了钻头22和辅助钻头24钻进的有效配合，实现了钻进效率的有效提升。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图5，钻探管1的上端还设有用于抱紧钻头组件2以限定钻头组件2上下的位置的抱紧组件4，抱紧组件4为柔性材质构件。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图5，钻探管1的上端设有沿水平向设置的安装板12，安装板12上设有与钻探管1连通的通孔，抱紧组件4包括至少三个收紧块41、收紧绳42以及挂钩43，至少三个收紧块41沿钻探管1的径向滑动连接于安装板12的上方；收紧绳42沿钻探管1的周向顺次贯穿收紧块41设置，用于收紧收紧块41至与钻杆21的外壁抵接；挂钩43设置于钻探管1的外壁上，用于与收紧绳42挂接以使收紧块41抱紧钻杆21。

本实施例中，在钻进完成后，需要先将钻头组件2上移至高于隔水阀11的位置，并将分隔阀关闭，避免后续注浆操作对钻头组件2造成影响，保证浆料向下的顺利注入。

收紧块41设置在钻探管1的上端，位于安装板12上。收紧块41设有六个，分别位于钻杆21的外周，能够在收紧绳42的带动作用下沿钻杆21的轴向移动。安装板12上设置了用于和收紧块41滑动配合的滑轨44，滑轨44的截面为燕尾槽型，除了能对收紧块41的径向进行导向，还能保证收紧块41在上下方向上位置的稳定，避免发生纵向窜动，保证对钻杆21的抱紧作用，进而使钻头组件2稳定的位于隔水阀11的上方。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，钻杆21的外周还设有向外周凸出的承托台25，承托台25的底面用于与收紧块41的顶面接触配合以限位钻杆21的上下位置。

为了进一步保证钻头组件2固定位置的可靠，在钻杆21的外周设置了承托台25，利用收紧件抱紧在钻杆21位于承托台25以下的位置，此时，收紧块41可以对承托台25进行可靠承托，及时收紧绳42没有完全收紧，也可以带动收紧块41向钻杆21的中心移动，进而利用安装板12对承托台25进行承托，以此保证钻杆21在上下方向上的位置稳定性。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，钻探管1的侧部还连接于位于钻头组件2下方且用于抽取钻探管1内的水的抽水组件5。

钻探管1的侧部还连接于位于钻头组件2下方且用于抽取钻探管1内的水的抽水组件5。当岩土层内的含水量较大时，为了使钻探管1内的水量变小，先利用抽水组件5将水从钻探管1内抽出，然后再利用注浆组件3将浆料或浆料和填料的混合物注入岩土层的裂隙内，预先进行抽水的方式，便于降低钻探管1内的水量，进而避免水量过大对浆料浓度的影响，保证后续浆料的固化效果，进而实现可靠的阻水作用。

进一步的，抽水组件5与钻探管1的连接位置低于注浆组件3与钻探管1的连接位置，实现抽水组件5对深层次水分的有效抽出，保证后续的注浆效果。另外抽水组件5上还设有抽水阀，当钻头组件2进行钻进时或注浆组件3进行注浆操作是，抽水阀处于封闭状态，避免浆料或岩土对抽水组件5造成影响，保证抽水组件5后续的正常使用。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。