[实用新型]一种防冲孔堵塞装置

说明书

技术领域

本实用新型属于岩体钻孔高压测试和岩体高压致裂领域，更具体涉及一种防冲孔堵塞装置，它适用于防止岩体钻孔中高压气体或液体泄漏及高压产生的冲孔现象。

背景技术

为研究岩体的渗透性，通常需要在岩体钻孔内进行高压试验，为保证试验结果的可靠性，必须采取有效的封堵措施，防止高压介质溢出；另外，岩体的CO₂致裂工程中，液态CO₂经过瞬间加热变成高压CO₂气体对岩石膨胀做功，使岩石剥离母体，为减少CO₂的压力损失以及防止高压造成的反冲力对附近人员安全和设备造成破坏影响，必须对钻孔进行堵塞。

目前岩体高压试验钻孔的封堵一般采用橡胶膜，通过对橡胶膜充气或水使其膨胀挤压孔壁对钻孔进行封堵，防止介质溢出，但该方法有无法克服的缺陷，即如果钻孔光滑，试验段的压力过大会造成封隔橡胶膜移动；CO₂致裂时通常采用粗砂填埋钻孔，由于砂砾并不能完全防止气体溢出，致裂过程中必然造成压力损失，导致致裂效果打折扣，更为严重的是，瞬间气化的CO₂从致裂管溢出会对致裂管作用一向孔口的推力，如果砂砾的堵塞长度及密实度不够，强大的推力将可能使致裂管冲出钻孔，造成附近人员伤亡和财产损失。

发明内容

本实用新型的目的是在于提供了一种防冲孔的堵塞装置，结构简单，使用方便，该装置既可以利用钻孔内的压力使封堵装置产生变形对钻孔进行封堵，又可以通过钻孔内介质的高压使防冲击装置形成闭锁，防止出现冲孔的事故。

为了实现上述的目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种防冲孔的堵塞装置，包括预紧模块、堵塞模块和防冲击模块。其特征在于：所述预紧模块由预紧螺母、垫板、传力套筒、导向杆及固定螺母组成，导向杆通过固定螺母与连接杆相连，垫板穿过导向杆放置在钻孔的孔口。所述的堵塞模块包括橡胶圈、上承压板、下承压板，橡胶圈固定在上承压板和下承压板之间，上承压板、下承压板通过环氧树脂胶粘在橡胶圈上，上承压板、下承压板和橡胶圈具有同心圆孔，封堵模块通过橡胶圈中间圆孔与连接杆的过盈配合固定在连接杆上。所述的防冲击模块包括锥形栓塞、第一限位件，锥形栓塞为圆锥台形结构，其上部直径小于下部直径，锥形栓塞的中心为直径大于导向杆直径的圆孔，可以保证锥形栓塞顺利穿过导向杆。第一限位件为三片式结构，通过第一橡皮箍、第二橡皮箍将第一限位件连接为整体，第一限位件四周为方向朝上的齿状结构。第一限位件撑开前，其上端中心为标准圆孔，直径略大于导向杆外径，第一限位件内部空腔锥角与锥形栓塞锥角相同。第一限位件撑开后与钻孔孔壁接触时，其外径与钻孔直径相等。

一种防冲孔的堵塞装置，包括预紧模块、堵塞模块和防冲击模块，其各部分的连接关系为：导向杆通过固定螺母与连接杆相连；橡胶圈固定在上承压板和下承压板之间，上承压板和下承压板通过环氧树脂分别胶粘在橡胶圈顶面和底面上，下承压板、橡胶圈和上承压板依次穿过导向杆，下承压板与固定螺母接触；锥形栓塞由底面中心圆孔穿过导向杆，锥形栓塞底面与上承压板接触；第一限位件依次通过锥形空腔和中心圆孔穿过导向杆，第一限位件的空腔圆锥面与锥形栓塞圆锥面自由接触；传力套筒穿过导向杆，与第一限位件顶面接触；垫板穿过导向杆放置在钻孔孔口，垫板的底部与传力套筒接触；预紧螺母通过导向杆上端的螺纹连接并与垫板接触。

通过以上技术手段，本装置即可具备堵塞功能和防冲孔功能：首先通过预紧模块进行预紧，即旋转预紧螺母，通过传力套筒的压力和导向杆的拉力作用，锥形栓塞在上承压板压力作用下向上移动并挤压第一限位件，由于传力套筒对第一限位件的阻挡，在锥面上水平压力作用下，第一限位件向四周张开，与钻孔孔壁接触。随着挤压力的增加，第一限位件与孔壁间的静摩擦力也在增加，静摩擦力将阻止整个系统与孔壁间沿钻孔方向做相对运动；同时，在上承压板和下承压板的挤压作用下，橡胶圈产生横向变形并与钻孔孔壁接触使孔内和孔外隔绝。当钻孔内出现高压介质时，高压介质首先对下承压板作用压力，推动锥形栓塞向上运动。由于经过预紧，第一限位件和钻孔孔壁间存在静摩擦力，阻止第一限位件向上移动。当孔内介质压力继续升高时，锥形栓塞和第一限位件的锥面接触压力水平分量推动第一限位件继续向四周张开，第一限位件与钻孔孔壁接触更加紧密，强大的摩擦力限制第一限位件做向上运动，从而阻止整个系统的运动，实现防冲孔功能。与此同时，高压介质对下承压板的压力，使橡胶圈继续产生横向变形，橡胶圈与钻孔孔壁紧密接触，阻止高压介质的溢出，实现堵塞功能。

优选地，锥形栓塞与限位件空腔锥角相等。