[发明专利]瓦斯抽排孔工作套管中水泥浮力阀及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于煤炭瓦斯综合治理领域，涉及瓦斯抽排钻孔施工技术，具体涉及一种瓦斯抽排孔工作套管中水泥浮力阀及其制造方法。

背景技术

高瓦斯矿井通常利用瓦斯抽排孔把井下瓦斯抽排至地面并加以利用。瓦斯抽排孔的施工建设过程中，需要在钻孔完成后将工作套管下至孔底。

依据钻孔深度、套管材质和设备提升能力等因素来确定下管方式。对于小口径或较浅的钻孔，钻机提升能力大于工作套管的总重量时，一般采用提吊法下管。

对于孔径较大、深度较深的钻孔，如工作套管的总重量超过钻机提升能力，通常采用浮力塞下管法将工作套管下至孔底，如图1所示。其工艺与提吊法下管的不同之处在于，在下管过程中浮力塞能阻止泥浆进入工作套管管内，增大孔内泥浆对工作套管的浮力，抵消了大部分的工作套管自重，减轻提吊设备的负荷。

浮力塞主要对较深钻孔下铸铁管、钢管等工作套管时应用。材料可用钢材、水泥或木材等。以水泥浮力塞的制作为例：选一根该钻孔使用的工作套管(长度根据水泥浮力塞在孔内最大深度的外力情况外加安全系数来确定)，用钢丝刷把套管内壁清理干净后，沿套管内壁焊钢筋圈或钢筋网，增加水泥塞与套管内壁的摩擦力，防止浮力塞整体滑动。然后把水泥浆注入套管内候凝。

随着煤矿行业的发展，煤矿开采深度越来越深，由于煤层瓦斯含量具有随煤层深度增加而增加的特点，因此，随着矿井开采深度的增加，瓦斯抽排钻孔的深度和口径也在不断增加。工作套管的总重量越来越大，使得浮力阀所要提供的浮力相应地增加。

对深大口径钻孔，从宏观的受力分析来看，下管工艺采用浮力塞法下管会出现两方面的问题。其一，是提供较多浮力需要浮力塞上方存在足够长的空管，空管长度的增加使泥浆对空管的外压增加，增加工作套管被挤毁的危险。因此，本发明提出将浮力塞改制成浮力阀，在浮力塞中设置一条通道，可以将高压空气充入浮力阀下部，并关闭通道上部的阀门，使高压空气密闭于浮力阀下部，提供一部分浮力，减少浮力阀上部所需的空管长度。其二，泥浆的液压作用于浮力阀底部，除掉上部泥浆的压力，压力差让浮力阀产生整体滑动的趋势。如果浮力阀产生整体滑动，那会使泥浆迅速进入工作套管内部，使浮力快速降低，从而造成上部提吊设备的负载瞬间增加，造成生产事故。

发明内容

为解决采用浮力塞下管法施工中存在的空管过长、外部泥浆对空管横向压力过大的问题，从而减少工作管失稳的危险性，本发明提供一种瓦斯抽排孔工作套管中水泥浮力阀及其制造方法，本发明提供的浮力阀不但能够向下部充气，而且在工作套管的内壁设置有钢筋圈和金属倒钩，增加浮力阀的抗滑力，更好地适应了浮力阀下部液压较大的环境，降低了浮力阀失效的危险性，在实际工程应用中可广泛代替常规浮力塞。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种瓦斯抽排孔工作套管中水泥浮力阀，包括工作套管、高压阀门、焊板、节流阀、充气管和水泥浆体，所述焊板设置于所述浮力阀的底部，所述焊板的四周焊接于所述工作套管的内壁，所述充气管纵向贯穿所述水泥浆体，所述高压阀门焊接于所述充气管的上端开口，所述节流阀焊接于所述充气管的下部，所述工作套管的内壁还焊接有钢筋圈和金属倒钩。

优选的，所述钢筋圈采用单面满焊方式焊接于所述工作套管的内壁，所述钢筋圈的圈数为3～4圈，每圈间隔2m，所述钢筋圈的钢筋直径为12mm。

优选的，所述金属倒钩的圈数为5～6圈，每圈6个，每圈间隔1m，所述金属倒钩为羊角状钢筋倒钩，所述钢筋的直径为10mm。

优选的，所述充气管为高压胶管。

优选的，所述焊板设置于所述工作套管的底部以上150mm处。

另一方面，本发明提供了一种上述瓦斯抽排孔工作套管中水泥浮力阀的制造方法，包括以下步骤：

步骤一，取一段工作套管，在所述工作套管的内壁焊接钢筋圈和金属倒钩；

步骤二，将焊板的四周焊接于所述工作套管底部位置的内壁，将节流阀联接于所述焊板的中部；

步骤三，将所述节流阀焊接于充气管的一端，所述充气管的另一端开口焊接高压阀门，保持所述充气管的长度大于水泥浆体的长度，并保持所述充气管垂直贯穿所述水泥浆体；

步骤四，将所述工作套管竖立，加入水泥浆，至水泥浆体达到要求高度，凝固，即得。

与浮力塞相比，浮力阀的优点在于：在浮力阀中间设置有通道，可以在浮力阀下部充入高压空气，增加下管过程中的浮力，减少浮力阀上部所需空管长度。