[发明专利]大直径潜孔锤用孔口密封装置及其反循环施工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及钻探的技术领域，尤其涉及一种应用于空气潜孔锤高效钻进技术的大直径潜孔锤用孔口密封装置及其反循环施工工艺。

背景技术

目前，在大直径钻孔(≥Ф550mm)岩石段施工过程中通常采用“小钻打、大钻扩”的方法，主要以扩孔牙轮钻头、泥浆正循环工艺来完成。矿山救援地面大直径钻孔施工要求“快”，而在岩石段的快速钻进是实现该目标的极其重要的一个环节，由于牙轮扩孔钻头机械钻速较低，难以满足矿山应急救援钻孔的施工要求。空气潜孔锤是以冲击体积破碎的方式碎岩，在硬岩钻进中速度是其它钻进方法无法比拟的，将潜孔锤高效钻进技术应用于矿山救援地面大直径钻孔施工是最为有效的解决方案。在利用地面大直径钻孔实施矿山救援的几个成功案例都采用了潜孔锤高效钻进技术。2002年美国宾夕法尼亚州Queereek煤矿7·24透水事故的救援中，在地面大直径救援孔施工时首先开挖下入长度5.8m、内径Ф762mm套管至基岩，然后采用Ф737mm全断面空气潜孔锤一次成孔钻至32m深度，后采用Ф660mm全断面空气潜孔锤一次成孔钻至73m深度与井下巷道连通，现场由6台空压机同时供风，注气量超过168m³/min，该逃生孔成孔时间为51h，通过该逃生孔采用救生舱将9个被困人员提升至地面。2010年智利圣何塞铜矿矿难救援实施的地面大直径钻孔，首先完成一孔径Ф108mm、深度624m导向孔与井下被困区域连通，然后第一次扩孔至Ф308mm，第二次扩孔采用Ф660/305mm集束式潜孔锤钻进，破碎岩屑通过导向孔落入巷道，井下被困人员辅助清理掉落的岩屑，整个成孔周期为44天。

但是在很多矿区，矿床上覆地层通常含有一段或多段含水层，如果导向孔提前与巷道打通，则地层水会沿着导向孔进入巷道，假若地层水较大此时则不能照搬智利铜矿难救援钻孔施工方案；而导向孔与巷道不提前打通，则由于最终要求的钻孔直径很大，采用气动潜孔锤正循环钻进，为了顺利排渣，需要几百m³/min的注气量，且随着钻孔深度的增加、或地层出水量增大，所需的注气量急剧增加，对钻机、空压机、增压机、以及钻具都提出了极为严苛的要求，更严重的是大量的上返高速气流对钻孔上部地层冲刷不可忽视，甚至是不可解决的，极容易造成孔内事故。因此，在这种工况条件下，若要利用气动潜孔锤的高效碎岩的优势，采用大直径潜孔锤反循环钻进是最佳的选择。与大直径正循环潜孔锤相比，反循环钻进潜孔锤注入空气量取决于气动潜孔锤正常工作的耗气量，这极大减小了所注入的压缩空气量的需求，降低了对钻机、空压机、增压机以及钻具系统等的要求。

在目前阶段，国内大直径反循环潜孔锤产品主要有单体式和集束式(或捆绑式)两种型式：其中的单头大直径湿式反循环潜孔锤(FGC-15型、FGC-15B型)、大直径贯通式潜孔锤(最大直径为Ф660mm)、大直径组合捆绑式风动潜孔锤(FC-312型)、集束式反循环潜孔锤(公开报道最大直径为Ф660mm)。以上所述大直径反循环潜孔锤促进形成孔底反循环的主要结构均设置在孔底钻具本体上，存在的问题是：当设计直径变大后，由于密封结构比钻头旋转所形成的钻孔直径要小，密封结构外径与钻孔壁的间隙面积越来越大；且钻头成孔过程中有一定的钻孔直径扩大率，因此从该间隙上返压缩气体量变大，可能影响反循环排渣效果，严重者甚至不能形成反循环。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种大直径潜孔锤用孔口密封装置及其反循环施工工艺，以克服上述缺陷。

发明内容

针对目前技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种可提高大直径潜孔锤反循环工艺密封效果的大直径潜孔锤用孔口密封装置及其反循环施工工艺，以促进大直径潜孔锤反循环钻进技术更好的推广应用于大直径钻孔的施工中，提高钻进效率。

为解决上述问题，本发明公开了一种大直径潜孔锤用孔口密封装置，包括密封体、偏心联接盘和底座，其特征在于：

所述密封体下端连接所述偏心联接盘，所述偏心联接盘下端连接所述底座。

其中：所述底座包含中空套管状的底座外壳，下端设有第一法兰片和第二法兰片，底座上端设有连接于所述偏心联接盘的卡沿，所述底座外壳的侧部设有注水口和排气口，以分别连接注水口球阀和排气口球阀。

其中：所述密封体包含中空套管状的密封体外壳，以设于偏心联接盘上，其下端设有密封体座环。