一种用于软弱岩层离层水体超前疏放水的钻孔装置的制作方法

本申请涉及岩层钻进，特别涉及一种用于软弱岩层离层水体超前疏放水的钻孔装置。

背景技术：

1、煤矿在地下开采过程中，煤层覆岩产生离层，一部分充水离层空间在受静水压力、应力或开采扰动作用等因素影响下，离层水体破裂并在短时间内溃入井下造成灾害。

2、对于离层水害的预防主要是对离层水体进行超前疏放水，现有的超前疏放水钻孔设备在钻进过程中主要对孔壁进行水泥浆加固，以保证成孔完整，对于煤层顶板较为坚硬的岩层进行钻孔时，对离层水体下覆隔水层破坏较小，不会造成因钻孔导致的隔水层破坏，进而引起离层水体突然溃入回采工作面的情况。

3、但是，在离层水体下覆岩层较软时，现有的钻孔设备会在钻进过程中，对隔水层进行扰动，破坏原有岩层间的力学平衡状态，使得隔水层产生裂隙，并随着钻头的不断侵入而扩大，最终在离层水体静水压力作用下，离层水体突破隔水层从而人为导致离层水害的发生，且面对超出预期的排水量时无法及时封孔造成水淹工作面的情况。

4、因而，亟需提供一种针对上述现有技术不足的技术方案。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种用于软弱岩层离层水体超前疏放水的钻孔装置，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

2、为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、本申请提供一种用于软弱岩层离层水体超前疏放水的钻孔装置，包括：钻头、旋转连接单元、一级套管、二级套管和钻杆；所述钻头的底面设置有安装凹槽，所述安装凹槽内安装所述旋转连接单元；所述旋转连接单元包括：旋转环、固定环和钢球，所述旋转环有两个，两个所述旋转环分别对称布置于所述固定环的两侧，所述旋转环与所述固定环正对的端面均设置有旋转滑槽，所述旋转滑槽内安装多个钢球；所述一级套管包括：一级内管、一级外管、封孔盖板和薄膜隔板，所述一级内管和所述一级外管的上端均可拆卸同轴连接于所述封孔盖板底面，且所述一级外管的内侧壁和/或所述一级内管的外侧壁上设置有阶梯凸台；所述薄膜隔板位于所述阶梯凸台上，且薄膜隔板与所述封孔盖板之间设置有压紧弹簧；其中，所述旋转环的外侧壁与所述安装凹槽紧配合，所述固定环的内侧壁与所述一级外管的外侧壁连接；所述一级外管的侧壁设置有多个外喷液孔，所述一级内管的侧壁上设置有多个内喷液孔，所述外喷液孔和所述内喷液孔分别位于所述薄膜隔板的两侧；所述二级套管可拆卸连接于所述一级套管的下端，且所述二级套管的外管侧壁设置有多个所述外喷液孔，所述二级套管的底端沿轴向设置有过液孔，所述过液孔位于所述二级套管的外管和内管之间；所述钻杆依次穿过所述二级套管的内管、所述一级内管后与所述钻头连接。

4、优选的，所述钻头的底部可拆卸连接有压紧端盖，所述压紧端盖的上端面设置有压紧凸台，所述压紧凸台沿轴向顶紧所述旋转连接单元。

5、优选的，所述安装凹槽的底面设有螺纹连接盲孔，所述螺纹连接盲孔内安装所述钻杆的端部。

6、优选的，所述封孔盖板的底面沿周向均布多个第一弹簧槽，对应的，所述薄膜隔板的顶面沿轴向均布多个第二弹簧槽，多个所述第一弹簧槽与多个所述第二弹簧槽一一对应，且每个所述第一弹簧槽及相对应的所述第二弹簧槽内分别与一个所述压紧弹簧的两端适配连接。

7、优选的，所述一级套管还包括：导向螺栓，所述导向螺栓由所述薄膜隔板的底面依次穿过所述薄膜隔板、所述压紧弹簧后，连接于所述封孔盖板的下端。

8、优选的，所述一级外管的外侧壁的下端设置有第一连接凸台，所述二级套管的外管的内侧壁的上端设置有第二连接凸台，所述第一连接凸台与所述第二连接凸台螺纹适配连接。

9、优选的，所述二级套管的内管的上端面与所述第二连接凸台的底面齐平。

10、优选的，所述二级套管的外管的外侧壁的下端设置有第三连接凸台，所述第三连接凸台沿轴向的长度与所述第二连接凸台沿轴向的长度相等，且所述第三连接凸台的外表面设置有连接外螺纹。

11、有益效果：

12、本申请实施例提供的用于软弱岩层离层水体超前疏放水的钻孔装置中，在钻头的底面设置有安装凹槽，安装凹槽内安装旋转连接单元，旋转连接单元中，旋转环的外侧壁与安装凹槽紧配合，固定环的内侧壁与一级外管的外侧壁连接；由于一级套管中的以及内管和一级外管的上端均同轴连接于封孔盖板的底面，进而，实现钻头与一级外管之间的相对旋转，同时，钻头在钻进过程中，带动一级套管随之向前运动。

13、在一级套管中，一级外管的内侧壁和/或一级内管的外侧壁上设置有阶梯凸台，在阶梯凸台上布置有通过压紧弹簧压紧的薄膜隔板；同时，在一级内管上设置有多个位于薄膜隔板上方的内喷液孔，当钻头钻进至离层水体时，若离层水体突然大量溃入疏放水，可通过增大浆液泵注浆压力，在一级套管中的浆液的压力作用下，使薄膜隔板向上运动，进而，使浆液由内喷液孔进入一级内管与钻杆之间的间隙，及时进行封孔处理。

14、在一级外管的外侧壁设置有位于薄膜隔板下方的外喷液孔，一级套管中的浆液通过外喷液孔祥隔水层裂隙中喷射浆液，加固隔水层，若未发生离层水体大量溃入疏放水，则完成钻孔时逐级旋出套管，退出钻头；若离层水体突然大量溃入疏放水，则使浆液由内喷液孔进入一级内管与钻杆之间的间隙，及时进行封孔处理，钻头、钻杆及一级套管留在钻孔中，逐级退出其它各级二级套管，从而有效避免人为造成离层水害。

技术特征：

1.一种用于软弱岩层离层水体超前疏放水的钻孔装置，其特征在于，包括：钻头、旋转连接单元、一级套管、二级套管和钻杆；

2.根据权利要求1所述的用于软弱岩层离层水体超前疏放水的钻孔装置，其特征在于，所述钻头的底部可拆卸连接有压紧端盖，所述压紧端盖的上端面设置有压紧凸台，所述压紧凸台沿轴向顶紧所述旋转连接单元。

3.根据权利要求1所述的用于软过岩层离层水体超前疏放水的钻孔装置，其特征在于，所述安装凹槽的底面设有螺纹连接盲孔，所述螺纹连接盲孔内安装所述钻杆的端部。

4.根据权利要求1所述的用于软弱岩层离层水体超前疏放水的钻孔装置，其特征在于，所述封孔盖板的底面沿周向均布多个第一弹簧槽，对应的，所述薄膜隔板的顶面沿轴向均布多个第二弹簧槽，多个所述第一弹簧槽与多个所述第二弹簧槽一一对应，且每个所述第一弹簧槽及相对应的所述第二弹簧槽内分别与一个所述压紧弹簧的两端适配连接。

5.根据权利要求4所述的用于软弱岩层离层水体超前疏放水的钻孔装置，其特征在于，所述一级套管还包括：导向螺栓，所述导向螺栓由所述薄膜隔板的底面依次穿过所述薄膜隔板、所述压紧弹簧后，连接于所述封孔盖板的下端。

6.根据权利要求1所述的用于软弱岩层离层水体超前疏放水的钻孔装置，其特征在于，所述一级外管的外侧壁的下端设置有第一连接凸台，所述二级套管的外管的内侧壁的上端设置有第二连接凸台，所述第一连接凸台与所述第二连接凸台螺纹适配连接。

7.根据权利要求6所述的用于软弱岩层离层水体超前疏放水的钻孔装置，其特征在于，所述二级套管的内管的上端面与所述第二连接凸台的底面齐平。

8.根据权利要求1所述的用于软弱岩层离层水体超前疏放水的钻孔装置，其特征在于，所述二级套管的外管的外侧壁的下端设置有第三连接凸台，所述第三连接凸台沿轴向的长度与所述第二连接凸台沿轴向的长度相等，且所述第三连接凸台的外表面设置有连接外螺纹。

技术总结本申请提供了一种用于软弱岩层离层水体超前疏放水的钻孔装置。该用于软弱岩层离层水体超前疏放水的钻孔装置，通过钻头进行钻进，同时带动一级套管、二级套管向钻孔中运动，通过套管间隙输送浆液，以改进传统疏放水只钻进不加固的缺点；通过外喷液孔，在钻进至离层水体下方软弱隔水层时，向因钻进而导致的软岩破坏缝隙进行注浆，加固隔水层；若离层水体突然大量溃入疏放水，则增大浆液泵注浆压力，使浆液由内喷液孔进入一级内管与钻杆之间的间隙，及时进行封孔处理，从而有效防止钻进造成的隔水层破裂，避免人为造成离层水害。技术研发人员：关景顺,包鹏飞,柳奎,郭健,王智慧受保护的技术使用者：陕西旬邑青岗坪矿业有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/12