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一、用途目的

1、煤矿、铁矿、遂道钻孔探放高压水孔口安全防控装置,治理奥陶纪灰岩含水层、导水陷落柱、导水断层、交通隧道的溶洞暗河,提供本质安全型的全密闭探放水钻孔施工技术。

2、有效解决现行规定中的不可控环节,把危险的工作变得安全、可靠,实现标准化作业。彻底解决孔口防控问题,使孔口具备带杆分流、密闭和测控的功能,紧急情况下可有效控制孔口, 终解决了孔口防喷和反压的问题。

3、为提供上述功能提供基础条件,为用户单位二次功能开发提供基本平台载体。

二、结构功能

1、本套装置由二部分组成:旁通闸阀、钻杆控制器、简易钻杆控制器。钻杆控制器为闸阀内置式部件。

旁通闸阀以国内 可靠的Z41H结构为基础,闸板能够 提离过流通道,闸板一侧设有分流口,闸板两侧设有压力表安装孔,必要时可改为反注浆孔,封闭钻孔。

闸阀在钻杆及控制器撤离的情况下,可以关闭闸板。

钻杆控制器由法兰、套筒、活动挡板、胶圈、旋塞和手柄组成。

钻杆控制器能够抱紧、固定、密封钻杆,实现防喷、反压和分流的目的。

三、规格型号KZ41-64C/DN150 63.5/130/100(钻杆/钻头/分流口)

1、闸阀公称压力PN:1.6MPa -- 16.0MPa

2、闸阀公称直径DN:100mm125mm 150mm

3、钻杆直径:       42mm 50mm 63.5mm

4、钻头直径:    58.5mm 75mm 91mm 110mm 130mm

四、使用维护

1、闸阀旁通侧连接简易钻杆控制器。闸板可以关闭孔口,但是对钻杆承压密闭的能力偏低。用法简单传统,易于接受,仅要求防喷时不设专用分流管路。

2、闸阀旁通侧连接孔口法兰。另一侧连接钻杆控制器。闸板不可以关闭孔口,但是对钻杆承压密闭的能力较高。旁通口需要通过焊接/螺纹/法兰方式连接专用分流管路和阀门控制。用法新颖,发挥了极限能力,适合极端情况的防控,部件安装相对复杂一些。

3、视情况对孔口承压套管、钻杆控制器和分流管路一同做耐压实验。

4、钻杆控制器内的活动挡板和胶圈为常备易损件,视防范等级自行确定更换标准。

5、简易钻杆控制器去掉活动挡板和胶圈,仍然有防喷作用。钻杆会直接磨损简易钻杆控制器末端固定挡板,注意更换加焊修补。

 五、安全措施

1、开孔岩层稳定,周围区域无明显构造。

2、孔口管稳固可靠,可以承受相应负荷。

3、建议分流管路,孔口装置和孔口管一同做耐压试验。

4、建议现场备有试压设备,与孔口固定连接,每班一次常规耐压试验。

5、建议常规耐压试验检查孔内出水和漏水情况、围岩稳固情况、钻杆控制器磨损情况。

6、建议使用钻杆型号42、50、63.5外径一致的坑道钻杆。

7、建议坑道钻机具备自动解杆功能,具备反压功能,具备良好的稳固性,能够进行远端操作控制。

六、设计能力的上限及相关的技术基础

1、16.0MPa确定为探放水钻孔防控压力的上限。基本能够满足国内2050年前资源开采的深度要求。实际上10.0MPa的闸阀使用正在增多。

2、16.0MPa的阀门制造技术是国内的普通工业技术,16.0MPa的探放水钻孔控制技术是矿山安全的 技术,在石油勘探行业16.0MPa孔口防控能力是普通技术。

3、16.0MPa的管道控制技术是国内的普通工业技术,16.0MPa的轴杆密封控制技术是国内的普通工业技术。

4、16.0MPa的探放水钻孔孔口控制技术,等于分流口的16.0MPa的管道控制技术,加上工作口的16.0MPa的轴杆密封控制技术,等于石油天然气钻孔孔口装置的简化版。

5、假定前提是孔口承压套管足够牢固,钻机具备足够的控制、固定钻杆能力,钻杆静止不动时,达到16.0MPa的探放水钻孔孔口控制能力。

七、模拟场景

1、某矿井在-1200水平一独头岩石大巷打水闸墙50m,人为制造一高水压区,该区域与周围无水利连通,强度足够可靠。压力来源为地面专线静压水,(或者利用煤矿工作面泵站加压在浅层巷道试验)。在水闸墙外安装钻机,注孔口管,孔口安装专用闸阀。直径58.5mm钻头正式钻进,到孔深50m时钻透高压水体,立即停止钻进,利用钻机的支撑保持钻杆固定静止不动,关闭钻杆控制器,承压分流管路发挥作用。视情况关闭承压分流管路。利用专用闸阀的压力表观测孔内水压。

2、某地面厂房,组装30m直径65mm的16.0MPa高压管路,直线度良好,一端做为钻孔孔口,另一端做为透水点,管内足够厚度的钢板, 末端连接煤矿工作面泵站,维持16.0MPa压力,形成简易模拟高压水钻孔。然后利用钻机钻透钢板,模拟钻孔透高压水试验。

八、前景展望

在现场操作上,彻底解决孔口防喷问题。

在技术上,理论上,装备上使我们安全主动钻透奥陶纪灰岩的暗河成为可能。有理由相信,通过我们的共同努力,对于1984年的范各庄煤矿透水,2003年的东庞煤矿透水,2010年的骆驼岭煤矿透水,如果历史能够回放,有能力提前主动打穿透水区域进行主动治理。

矿山防治水和国防一样,具备主动进攻的能力,才是 好的防御手段。

探放水钻孔施工技术的发展受到三方面的制约:钻孔深度方向控制孔口控制

钻孔深度和钻孔方向控制,国内现有技术比较成熟,能够满足需要,但是孔口控制,国内技术发展迟缓,远不及石油钻孔孔口装置的技术发展程度,制约了深部资源的开采。

 九、厂家提示

1、反对理论上的保守,反对实践上的冒进。科学的理论将指导正确的实践。探放水钻孔孔口控制理论技术上的突破,将极大的促进我国的矿山安全水平。

2、使用单位首次使用前,要求相关技术主管人员,现场操作人员充分了解设备性能,明确所要达到的设计能力。

3、明确不同阶段钻孔压力试验自检程序和频率,切换方式。每班、日或每10米或特定含水层进行压力自检。

4、明确钻杆控制器的选型,易损件磨损程度和更换标准的介定。

5、本孔口装置可以提供充分的密闭承压能力,和不充分的反压能力。强烈建议与具备反压能力的坑道钻机配合使用。

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