一种钻孔内止水泥球送入捣实器
技术领域
本实用新型涉及一种钻孔内止水泥球送入捣实器，属于矿井地质、水文地质，煤田地质、交通，建筑，水利等钻孔施工中遇到漏水层后堵漏止水的操作领域。
背景技术
在地面各类钻孔施工中，经常会遇到钻孔冲洗液漏失的现象。尤其是发生冲洗液全部漏失后，漏失部位处于破碎带时，会出现孔壁坍塌、钻孔偏斜等，极易产生卡钻事故。因冲洗液突然漏失，孔底产生的大量岩粉得不到冲洗液向钻孔外的有效携带，而突然产生向漏失部位的下沉聚积现象，造成严重的埋钻事故。因此钻探遇到漏失层时不仅极易产生事故，还会使钻探成本增加，浪费大量的冲洗液材料，严重耽误工期。按照以往的常规做法，遇到较大漏失通道时，是利用岩心管装着泥球送入到漏失通道处，然后把岩心管提出钻孔，再重新下入底端带着堵头的岩心管进入钻孔，对留在钻孔内的泥球通过冲击捣实作用把泥球挤入钻孔周围的漏失通道内。从而达到封堵漏失通道的目的。但是当遇到较深的钻孔在较深位置揭露冲洗液漏失通道时，上述送入泥球和捣实泥球两道工序要分别完成，而且每道工序的提钻下钻要消耗大量时间。在此时间内，漏失通道内的地下水当处于流动状态且流速较大时，送入的泥球会因为长时间被动水浸泡成为流速状态、或被水冲刷成为松散状态，甚至被动水冲散后携带走，造成第二道捣实工序难以完成。
发明内容
为解决上述技术难题，本实用新型的第一实用新型目的是提供一种钻孔内止水泥球送入捣实器。
本实用新型采用的技术方案如下：
本实用新型公开了一种钻孔内止水泥球送入捣实器，包括套管、起吊给力装置、导杆传力装置和密封限位装置；
所述的套管包括上套管、套管接头和下套管，所述的上套管、下套管通过套管接头上下连接在一起；
所述的起吊给力装置位于上套管顶部；起吊给力装置的中心设有一个通孔；
所述的导杆传力装置包括传力导杆、防脱挡、橡胶圆盘和下堵头；所述的传力导杆为空心杆，在其顶部外圈套装防脱挡、底部内部设置下堵头，将其底部堵住；在传力导杆下部的侧壁上设有出水孔，在出水孔的下部传力导杆外表面套装有一个橡胶圆盘，所述的橡胶圆盘固定在传力导杆；
所述的密封限位装置位于出水孔上方，由所述的套管接头和密封压帽、压簧、限位钢球组成，所述的套管接头的中心部位沿轴线加工内通孔和圆柱体凹槽；传力导杆穿过所述的套管接头的通孔，所述的圆柱形凹槽与密封压帽的下部分螺纹相配；在密封压帽上半部分的内壁上加工有通孔，里面嵌入压簧和钢球，限位钢球的一半被压簧顶入传力导杆的卡位槽内；
所述的传力导杆依次穿过密封压帽、密封胶圈、橡胶圆盘。
作为进一步的技术方案，所述的起吊给力装置由钻杆和变径接头组成，所述的变径接头下部的外圈与上套管通过连接，顶部的中心与钻杆相连；在钻杆和变径接头的中心位置均设有通孔。
作为进一步的技术方案，所述的密封限位装置还包括一个密封圈，所述的密封圈位于密封压帽下方的套管接头与传力导杆形成的环形空间内。
作为进一步的技术方案，所述的导杆传力装置还包括上旋紧帽、上压盘、下压盘和下旋紧帽，在出水孔的下部传力导杆外表面加工外螺纹，外螺纹与上旋紧帽、下旋紧帽螺纹相配并旋紧连接；上压盘和下压盘中间放置所述的橡胶圆盘，依靠上旋紧帽和下旋紧帽的预紧力，通过上压盘和下压盘把橡胶盘紧紧的夹住并固定在传力导杆上；其中上旋紧帽，上压盘，橡胶圆盘，下压盘，下旋紧帽组成一个活塞机构。
本实用新型的有益效果如下：
1、通过本实用新型装置把泥球顺利送入钻孔设计位置，并能不提钻随即捣实泥球，把原来两道不连续的送泥球和捣实泥球两道工序，合成为连续的两道工序，不仅提高操作连续性，减少了操作时间。
2、本实用新型有效解决了当深孔揭露含有动水的漏失通道时，因为受到两道工序操作占用较多时间的影响，送入的泥球被动水浸泡发散失去被捣实机会，甚至被动水冲走的风险。造成捣实操作失败，使该操作过程成为无效操作，浪费大量时间。因此其操作安全性、堵漏止水效果更好。
附图说明
构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1：送捣器装配结构剖面示意图；
图2：A处局部放大图；
图3：送捣器携带泥球送入钻孔操作示意图；
图4：送捣器在钻孔内到位及注水操作示意图；
图5：送捣器把泥球送入钻孔示意图；
图6：送捣器捣实钻孔内泥球操作示意图；
图7：泥球止水成功并复钻后钻孔状态示意图；
图中：1钻杆，2变径接头，3内通孔，4防脱挡，5传力导杆，6上套管，7 套管接头，8下套管，9泄水孔，10卡位槽，11下堵头，12密封压帽，13上旋紧帽，14上压盘，15橡胶圆盘，16下压盘，17下旋紧帽，18高压水腔，19出水孔，20密封胶圈，21压簧，22限位钢球，23容球腔，24容杆腔，25止水泥球，26钻孔，27通道，28编织袋团。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本实用新型另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本实用新型中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本实用新型提出了一种钻孔内止水泥球送入捣实器。
本实用新型的一种典型的实施方式中，如图1所示，钻孔内止水泥球送入捣实器主要由起吊给力装置、导杆传力装置、密封限位装置等组成。
其中，起吊给力装置由钻杆1和变径接头2通过螺纹连接组成；钻杆1和变径接头2的中心均设有通孔，供浆液进入；由钻杆1起吊承担送捣器在钻孔内的下放和提升运动，并依靠钻杆1的重力给送捣器捣实泥球时提供冲击动力。
上述的导杆传力装置由传力导杆5、防脱挡4、上旋紧帽13、上压盘14、橡胶圆盘15、下压盘16、下旋紧帽17和下堵头等组成；其中传力导杆5也为一个空心杆，传力导杆5的外表面在靠近防脱挡位置处加工环状卡位槽，卡位槽能容纳半个限位钢球；传力导杆5下部加工出水孔19，其中出水孔19可以设置多个，多个出水孔19沿传力导杆5的圆周方向依次设置；在出水孔19的下部传力导杆 5外表面加工外螺纹，该外螺纹与上旋紧帽13、下旋紧帽17的内螺纹相配合并旋紧连接；上压盘14、下压盘16、橡胶圆盘15的中心也设有通孔，其套装在传力刀杆上，上压盘14和下压盘16中间放置橡胶圆盘15，依靠上旋紧帽13和下旋紧帽17的预紧力，通过上压盘14和下压盘16把橡胶圆盘15紧紧的夹住并固定在传力导杆5上。其中上旋紧帽13、上压盘14、橡胶圆盘15、下压盘16、下旋紧帽17等可组成一个活塞机构。下堵头11把传力导杆5底端的内通孔封堵住，防止水的泄漏。
上述的密封限位装置主要由套管接头7、密封压帽12、密封胶圈20、压簧 21、限位钢球22等组成。其中套管接头7中心部位沿轴线加工内通孔和圆柱体凹槽，内通孔直径略大于传力导杆直径，传力导杆5穿过套管接头7；套管接头 7的圆柱形凹槽直径及深度根据密封压帽12的下半部分的外螺纹部位的长度和直径确定；圆柱体凹槽内壁加工出内螺纹，内螺纹与密封压帽12下半部分的外螺纹扣型相配，两者可以旋紧连接；位于密封压帽12下部的部分套管接头7与传力导杆5之间通过密封胶圈20密封。密封压帽12上半部分在通孔壁上加工内通孔，里面嵌入压簧21和限位钢球22，限位钢球22起限位作用，限位钢球22 的一半被压簧顶入传力导杆5的卡位槽内后，可卡死传力导杆5，限制传力导杆 5的移动。
上述的传力导杆5在整个装置中，依次穿过密封压帽12、密封胶圈20、套管接头7、上旋紧帽13、上压盘14、橡胶圆盘15、下压盘16和下旋紧帽17。上述装置组合在一起形成了三个容腔，分为容杆腔24、高压水腔18和容球腔23 等，其中容杆腔24由变径接头1、上套管6、套管接头7共同围成形成；当传力导杆5处于最上位时，容杆腔24能容纳传力导杆5；高压水腔18是套管接头7、下套管8和活塞机构共同围成，其能容纳注浆泵通过钻杆1和传力导杆5的内通孔送入的水，并逐渐升压，较高的水压作用在活塞机构的上表面，并推动活塞机构和传力导杆5下行；容球腔23可容纳钻孔内堵漏止水所需的泥球，主要由下套管8和套管接头7组成。容球腔内的泥球可在活塞机构下行时被推出，进入钻孔。另外在下套管8靠近底端的位置加工泄水孔9，当活塞机构上表面下行到泄水孔下部时，高压水腔失去密闭条件，其内的高压水会从泄水孔泄出。
上述的送捣器的组成及装配步骤如下：
(1)首先把下套管8和套管接头7通过螺纹连接并旋紧。本实施例中下套管8选用外直径不小于108mm的地质管，套管接头7外径与下套管8直径相同。螺纹扣型为地质套管扣。
(2)把上旋紧帽13、上压盘14、橡胶圆盘15、下压盘16、下旋紧帽17等按照上下顺序套在传力导杆5的下端含有螺纹的部位，并使上旋紧帽13和下旋紧帽17通过螺纹和传力导杆5连接。传力导杆5上端头通过套管接头7的内通孔穿过套管接头7；本实施例中橡胶圆盘15直径比下套管8内径大2mm。上压盘 14、下压盘16直径比橡胶圆盘直径小6mm，上旋紧帽13和下旋紧帽17直径为 60mm。本实施例中的传力导杆5选用外径50mm的地质钻杆加工而成，其外表面要车成光面。在传力导杆上与上旋紧帽13、下旋紧帽17螺纹连接的部分车螺纹。上压盘14，橡胶圆盘15，下压盘16，三者内通孔直径均为52mm。
(3)在传力导杆5上端头依次套入密封胶圈20、密封压帽12。密封压帽12 套入前，在其内通孔里放置压簧21和限位钢球22，然后把密封胶圈20和密封压帽12放置在套管接头7的圆柱形凹槽中，密封压帽12通过螺纹和套管接头7连接。在传力导杆5上端焊接防脱挡4后，使传力导杆5处于最上位(即活塞机构紧贴在套管接头7的下表面处)，旋紧密封压帽12，密封压帽12压紧密封胶圈 20，密封胶圈20膨胀并和传力导杆5外表面贴合，起到密封作用。密封压帽外径为80mm。套管接头7的圆柱形凹槽直径为60mm，深度根据需要暂定，内通孔直径为52mm。
(3)通过螺纹连接上套管6和套管接头7，把变径接头2通过螺纹旋紧连接在上套管6上，通过螺纹把钻杆1和变径接头2连接起来。变径接头7外径与上套管6外径相同，其内通孔直径与钻杆1内径相同。
另外，送捣器容球腔23和高压水腔18长度基本相同。传力导杆5下端出水口与下套管下端的泄水孔9直径相同，均为6mm。传力导杆5上端的卡位槽为半圆形，深度不超过11mm，在传力导杆5外表面上呈连续的环形加工。限位钢球直径为22mm。
2、送捣器的使用方法及操作步骤。
(1)掌握漏失层的情况。施工钻孔当遇到冲洗液漏失层时，要穿过漏失层。要对漏失层在钻孔26内的深度、高度和漏失量进行观测。准确标定漏失层通道 27的张开高度即d。
(2)计算每次送入的泥球25充填的钻孔的高度。计算钻孔内漏失通道27 处每米钻孔的容积。根据送捣器每次可携带的泥球25的体积和漏失通道27处每米钻孔的容积，计算每次送捣器可携带送入的泥球所能充填的钻孔的高度即H。
(3)对送捣器的工作安全有效性进行试验。在送捣器被送入漏失钻孔26前，先在容球腔23内灌入少量的泥浆，提高容球腔23内下套管8内壁的润滑性，减少泥球被活塞机构推着下行时与下套管8内壁的摩擦力。在容球腔23内填入泥球25，填满后可在下套管8的下端内部用编织袋团28塞紧，编织袋团28的作用是防止泥球25在送捣器被送入钻孔26过程中掉落，可起到阻挡作用。连接好钻杆1和注浆泵，通过注浆泵向钻杆1内泵入泥浆进行试验。泥浆分别通过钻杆1 内通孔、变径接头内通孔3、容杆腔24、传力导杆5内通孔进入高压水腔18，泥浆进入高压水腔18后逐渐升压，压力推动活塞机构下行，泥球25被活塞机构顶出。试验时要观测活塞机构下行时注浆泵最高表显压强值，该值就是活塞机构顶出泥球25的最高压强。只有达到该压强值后，地面操作人员才能知道活塞机构在下行。当活塞机构下行到最低位置处时，限位钢球22才能准确卡入传力导杆5 上端的卡位槽10内。此时高压水腔18内的泥浆由位于下套管8底端的泄水孔9 泄出，直到压力为零。利用此时的送捣器进行冲击实验，观察送捣器内传力导杆 5和活塞机构的耐冲击能力，记录不破坏送捣器情况下的最大捣实力。
(4)送捣器被钻杆1起吊并送入钻孔26到距离孔底H高度时停止，保持送捣器在该位置处固定不动。连接钻杆1和注浆泵，通过钻杆1内通孔用注浆泵压入稀泥浆，泥浆分别通过钻杆1内通孔、容杆腔24、传力导杆5内通孔、出水孔 19进入高压水腔18内。随着高压水腔18内持续注入泥浆，泥浆会逐渐升压，泥浆压力作用在活塞机构上表面上，推动活塞机构向下运动，逐渐把容球腔23内的泥球25推出容球腔23，进入钻孔26。活塞机构到达容球腔23底部时，高压水腔18与下套管8底部的泄水孔9连通，高压水腔18内的泥浆会通过泄水孔9 泄出，此时高压水腔18内的压力突降，活塞机构不再下移。注浆泵表显压强值降为0，关闭注浆泵。活塞机构处于下套管8底口位置，此时密封压帽12内的限位钢球22进入传力导杆5上端的卡位槽10内，限位钢球22把密封压帽12和传力导杆5卡死，传力导杆5相对密封压帽12不再移动。
(5)通过钻杆1提升送捣器一定高度，并下放钻杆和送捣器使之自由落体运动，主要利用钻杆1的重力，把钻杆1重力通过变径接头2，上套管6，套管接头7，密封压帽12传递到传力导杆5上，然后通过传力导杆5传递到活塞机构上，利用活塞机构下表面对落入钻孔26内的泥球进行捣实。捣实过程也是把泥球挤入漏失通道27内的过程，钻孔26内的泥球上表面就会下降，因此开始每次捣实冲击后钻杆1都会有一定量的下移。当钻杆1都到一个参照位置不再下降时，说明钻孔26内的泥球已经被捣实。后把送捣器提出钻孔26外。
(6)当一次送捣操作不能完全把漏失通道26堵住时，要多次送入泥球25 并捣实。直到钻孔26内经捣实后的泥球上表面高度高于漏失通道26。然后下钻扫孔，把堵漏止水处扫开，观测还是否漏水，不漏水时可以继续钻进，形成经泥球堵漏止水后不再漏失的钻孔。若仍漏水，要进行上述步骤的多次操作直至达到要求。
上述的送捣器操作的安全技术要求是：
(1)应根据钻孔结构、预计的漏失层规律和安全操作性要求选择送捣器的规格及其长度，必须保证其安全可靠。
(2)必须在向容球腔内填入泥球前，向容球腔内灌入泥浆，以保持容球腔内的润滑性。填入的泥球也要保持润滑，不能太干燥。填入容球腔内的泥球保持自然连续状态，不能把泥球捣实压缩。送入的泥球根据需要可以为黏土球，也可以为水泥球。
(3)为提高密封状态下传力导杆的活动灵活性，减少其下行的阻力，可以在密封橡胶圈处添加润滑油。
(4)必须控制好传力导杆上的卡位槽和下套管底端泄水孔的相对位置。满足当泄水孔卸掉高压水腔内的压力时，限位钢球恰好进入卡位槽内卡死传力导杆。
(5)为保证送捣器在钻孔内能顺利提升下降，减少与孔壁之间的摩擦，提高其操作的安全性，其上套管和下套管的外径要小于钻孔孔径两个级差，且上套管和下套管均使用地质管材加工。
(6)把泥球填满容球腔后，要用编织袋团成团堵住容球腔底端口。防止泥球在送捣器下行时掉落。
实施例：
肥城矿区是国内闻名的大水矿区，曾长期受到煤层底板奥陶系强含水层灰岩水和石炭系太原组薄层灰岩(五灰)的严重威胁，多矿多次发生较大的透水事故，严重影响了矿井安全及生产。为有效预防和治理消除地下水的危害，在矿区西部矿井施工了大量的水文观测孔和透水后的注浆堵水钻孔。因为矿区经多年对上层煤的开采，形成了大量的采空区。封堵太原组灰岩和奥陶系灰岩出水的钻孔要穿过采空区才能到达深部注浆堵水位置。因此穿采空区的钻孔施工面临着较大的困难，主要表现在钻孔在穿过不同水平煤矿采空区时，出现掉落，冲洗液漏失等现象很严重。当遇到采空区或断层等漏失层后一般都采用注浆封堵的方法处理漏失通道。但有时遇到与周边沟通能力特别强的通道，注浆浆液损耗很大也难以完全封堵住，因此会消耗大量的注浆材料和时间，但是封闭效果较差，难以完全把漏失通道完全封堵。为此研究了利用套管把泥球送入钻孔的漏失部位，然后适用工具把泥球捣实的办法是一个很有效的堵漏止水方案。因此制作了钻孔内泥球送入和捣实器，一次性操作就较好地解决了上述技术难题。
先后分别应用在原査庄煤矿8500工作面注浆堵水的137个钻孔，原陶阳煤矿8808工作面堵水注浆的12个钻孔以及国家庄煤矿-210东大巷突水注浆治理的 14个注浆钻孔分别穿过煤3采空区时的堵漏止水中发挥了重要作用。
