一种煤矿井下高压注浆顶替用胶塞投放装置及注浆方法

摘要

本发明属于煤矿机械领域，涉及一种煤矿井下高压注浆顶替用胶塞投放装置及注浆方法，包括置于钻杆后端的下接头和置于水辫前端的上接头，钻杆内腔设置有依次与上接头连接的分流头和胶塞套，分流头和胶塞套周侧设有衬杆，衬杆外壁与钻杆内壁之间形成便于注浆流通的环空腔，胶塞套外固定设置有若干层翼状胶塞，靠近下接头一侧的钻杆内滑动安装有套接在衬杆后端的定位套，钻杆外壁上设置有用于固定定位套的固定销钉；解决现有煤矿井下注浆作业时注浆钻杆内壁残留加固材料顶替不干净，不能有效实现注浆保压、防止漏浆，影响注浆加固效果的问题。

说明书

技术领域

本发明属于煤矿机械领域，涉及一种煤矿井下高压注浆顶替用胶塞投放装置及注浆方法。

背景技术

煤矿井下定向钻孔施工过程中，经常钻遇构造破碎地层，采用定点注浆加固能起到较好的效果，能保障后续钻孔钻进已加固构造破碎地层时不出现塌孔、卡钻和抱钻等情况。

定点注浆作业结束后通常需要将管路、钻杆以及注浆装置内的加固材料顶替干净，目前常采用清水直接进行顶替，存在注浆钻杆与注浆装置内加固材料顶替不干净的问题，严重时将导致注浆钻杆与注浆装置损坏，且不能有效实现注浆保压，影响注浆加固效果；高压注浆顶替虽然在石油钻井、地质勘探以及工程施工领域有许多成熟的经验，但是由于煤矿井下工作环境的特殊性、工艺特点差异等问题，导致其他领域的成熟经验和装置不能直接应用于煤矿井下高压注浆顶替作业。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有煤矿井下注浆作业时注浆钻杆内壁残留加固材料顶替不干净，不能有效实现注浆保压、防止漏浆，影响注浆加固效果的问题，提供一种煤矿井下高压注浆顶替用胶塞投放装置及注浆方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤矿井下高压注浆顶替用胶塞投放装置，包括置于钻杆后端的下接头和置于水辫前端的上接头，钻杆内腔设置有依次与上接头连接的分流头和胶塞套，分流头和胶塞套周侧设有衬杆，衬杆外壁与钻杆内壁之间形成便于注浆流通的环空腔，胶塞套外固定设置有若干层翼状胶塞，靠近下接头一侧的钻杆内滑动安装有套接在衬杆后端的定位套，钻杆外壁上设置有用于固定定位套的固定销钉。

进一步，分流头与衬杆之间安装有O型密封圈Ⅰ。

进一步，定位套与钻杆内壁之间安装有O型密封圈Ⅱ、O型密封圈Ⅲ。

进一步，上接头和下接头之间的连接方式为螺纹连接或者插销连接。

进一步，钻杆外壁上设置有用于固定相邻钻杆上接头和下接头的防松销钉。

进一步，定位套外径与下接头上部的内径相适配。有益效果：定位套带动衬杆向下移动时，衬杆和定位套能够卡在下接头上部的钻杆内壁上。

一种煤矿井下高压注浆顶替用胶塞投放装置的注浆方法，包括以下步骤：

A、确定定点注浆孔深；定向钻进中通过测量孔深计算及提钻钻杆数计算确定需要注浆的复杂地层位置，根据注浆影响范围大致确定需要的浆液量；

B、带压注浆；上接头与注浆泵车管线连接，泵入的加固材料自上接头进入，沿着胶塞套与上接头之间的环空腔进入注浆钻杆内，然后注入目的孔段；

C、驱替钻杆内水泥浆；加固材料挤注完成后，卸下固定销钉，接试压泵打压，定位套下行至下接头上部，继续自上接头注入顶替液体，液体推动胶塞下行，沿着注浆钻杆内壁运动至孔底，运动过程中胶塞套上胶塞的张翼起到刮蹭钻杆与注浆装置内壁的作用，从而使钻杆与注浆装置内壁残留的加固材料顶替干净，且在注浆过程中起到防止漏浆与保压作用。

进一步，步骤B中靠近下接头一侧的钻杆内滑动安装有套接在衬杆后端的定位套，定位套上开设有与环空腔相通的孔洞。

进一步，步骤C中胶塞套上胶塞的张翼具有弹性。

本发明的有益效果在于：

本发明所公开的煤矿井下高压注浆顶替用胶塞投放装置，衬杆、定位套可以沿着钻杆内壁滑动，当衬杆上部与分流头密封连接时，从上接头注入的加固材料沿着胶塞套与上接头之间的环空腔进入注浆钻杆内，注入目的孔段；加固材料挤注完成后，衬杆、定位套向下移动，衬杆、定位套下部与下接头上部密封连接，从上接头注入的顶替液体推动胶塞套下行，胶塞套上胶塞的张翼使得钻杆内壁残留的加固材料顶替干净，且在注浆过程中起到防止漏浆与保压作用；煤矿井下高压注浆顶替用胶塞投放装置，在使用过程中效果好、稳定性强、安全性高，能保证钻杆内壁加固材料顶替干净。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明煤矿井下高压注浆顶替用胶塞投放装置实施例的结构示意图。

附图标记：上接头1、分流头2、O型密封圈Ⅰ3、胶塞套4、衬杆5、胶塞6、O型密封圈Ⅱ7、定位套8、固定销钉9、O型密封圈Ⅲ10、防松销钉11、下接头12。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示的一种煤矿井下高压注浆顶替用胶塞投放装置，包括置于钻杆后端的下接头12和置于水辫前端的上接头1，相邻钻杆单元的上接头1和下接头12之间的连接方式为螺纹连接或者插销连接。钻杆外壁上设置有用于固定相邻钻杆上接头和下接头的防松销钉11。相邻钻杆单元的上接头和下接头连接后通过钻杆外壁上的防松销钉进行固定连接。

钻杆内腔设置有依次与上接头连接的分流头2和胶塞套4，分流头2和胶塞套4周侧套设有衬杆5，分流头2与衬杆5之间安装有O型密封圈Ⅰ3。衬杆5外壁与钻杆内壁之间形成便于注浆流通的环空腔，胶塞套4外固定设置四层翼状胶塞6，靠近下接头一侧的钻杆内滑动安装有套接在衬杆后端的定位套8，定位套8与钻杆内壁之间安装有O型密封圈7Ⅱ、O型密封圈Ⅲ10。钻杆外壁上设置有用于固定定位套的固定销钉9。定位套外径与下接头上部的内径相适配。

一种煤矿井下高压注浆顶替用胶塞投放装置的注浆方法，主要用于钻孔挤注加固材料，在注浆作业过程中起到顶替、防止漏浆与保压的作用。注浆作业时，具体包括以下步骤：

A、确定定点注浆孔深；定向钻进中通过测量孔深计算及提钻钻杆数计算确定需要注浆的复杂地层位置，根据注浆影响范围大致确定需要的浆液量；

B、带压注浆；煤矿井下钻杆钻进时，上接头1与注浆泵车管线连接，泵入的加固材料自上接头进入，沿着胶塞套4与上接头1之间的环空腔进入注浆钻杆内，然后注入目的孔段；

C、驱替钻杆内水泥浆；加固材料挤注完成后，卸下固定销钉9，接试压泵打压，定位套带动衬杆下行至下接头12上部，衬杆上部与分流头2分离开，继续自上接头1注入顶替液体，液体推动胶塞套4下行，沿着注浆钻杆内壁运动至孔底，运动过程中胶塞套4上胶塞6的张翼起到刮蹭钻杆与注浆装置内壁的作用，从而使钻杆与注浆装置内壁残留的加固材料顶替干净，且在注浆过程中起到防止漏浆与保压作用。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。