技术摘要：
本发明公开了一种煤矿井下防治水复合定向钻进用孔口承压密封装置，包括旋转密封单元旋转密封单元包括外套筒和用于密封钻杆的密封套筒单元，密封套筒单元套设在外套筒中；密封套筒单元包括可变形的胶筒、旋转筒和用于挤压胶筒的第一活塞，旋转筒套设在外套筒和胶筒之间  全部
背景技术：
煤矿水害是与瓦斯和煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、顶板冒落、火灾并列的影响我国煤 矿安全生产的五大灾害之一。我国煤矿水害主要有老空水水害、岩溶水水害等类型。老空水 是采空区、老窑或者已经废弃的井巷内的积水，是导致煤矿发生水害事故的主要因素。部分 具有补给水源的老空水，水压高、瞬时水量大，破坏力强，且老空水一直处在密闭空间，容易 聚积硫化氢、甲烷等有毒有害气体，一旦老空水涌出，聚积的气体也会随之扩散，给安全生 产及人身安全都会带来巨大威胁。岩溶水是存在于溶蚀洞隙中运动的地下水，特点为分布 具有随机性而且充水具有不均匀性。岩溶含水层通常会以顶底板突水、集中出水等方式向 矿井内部充水，而且充水矿井中的多数突水都发生在遇断层、陷落柱或者断层附近。岩溶水 水量比较丰富而且水压往往较高，位于岩溶水周围的矿井极易发生涌水事故，严重时会导 致淹井。 煤矿井下随钻测量定向钻进技术具有轨迹可控、长距离定向延伸、可精确中靶等 优点，是防治矿井水害的有效方法，在隐蔽致灾水体勘查、疏排水等治理工程领域应用广 泛。煤矿井下复合定向钻进技术是近年来发展起来的新型定向钻进工艺技术，是一种双动 力驱动、造斜与稳斜相结合的轨迹控制方法。钻进过程中，冲洗液驱动孔底螺杆马达回转的 同时，钻机带动钻具回转并、轴向给进，复合定向碎岩钻进。与纯滑动定向钻进技术相比，复 合定向钻进技术具有钻进效率高、实钻轨迹平滑性好，定向延伸和深孔钻进成孔能力强等 特点，是目前井下岩层定向钻进施工中主要使用的钻进工艺。在采用复合定向钻进技术进 行煤矿水害防治孔施工过程中，部分钻孔存在高水压顶水钻进工况，地层涌水压力可达3～ 4MPa、甚至更高。在如此高的水压下定向钻进，需要有性能良好的用于密封钻杆-孔壁环空 的孔口密封装置，否则，钻进施工人员及钻进设备的安全性都将受到威胁。复合定向钻进技 术由于存在钻杆回转给进动作，在进行孔口密封时存在一定的技术难题。首先，采用固定状 态下挤压密封件来密封钻杆与套管环空的方法不可行，钻杆的回转动作容易将密封件撕裂 或者快速磨损失效。其次，钻杆在重力或其他外力作用下会对密封件产生偏磨，使密封件密 封效果变差。再者，钻杆两端公、母接头外径通常比钻杆主体外径略大，对于密封这种变径 钻杆柱时，需要设置专用装置来解决这一问题。 中国专利CN  104763368A公布了一种大直径潜孔锤用孔口密封装置及其反循环施 工工艺，该孔口密封装置使用环境为地面大直径潜孔锤钻进现场，不具备旋转密封功能，且 不具备调控密封松紧程度的功能，不适用于煤矿井下高水压顶水复合定向钻进工艺。 中国专利CN  108193688A公布了一种水平全方位超高压喷射注浆法的孔口密封器 装置及方法，该孔口密封装置为芳纶盘根轴向压缩产生径向力与外侧法兰端面接触密封连 4 CN 111577192 A 说　明　书 2/8 页 接，且芳纶盘根中的润滑剂在接触面行程油膜，提高密封性能。该密封装置不适用于密封高 压水，密封能力达不到使用要求。 中国专利CN  108035690A公布了一种用于空气钻进的回转式钻孔孔口密封装置， 该扶正装置适用于地面矿山爆破孔施工、地质勘探等技术领域，使用环境为在钻杆竖直方 向钻进施工过程中密封钻杆外壁与密封装置之间的环状间隙，不适用于煤矿井下钻杆给进 方向与重力方向成较大夹角的钻进工况。若在此种环境下使用，由于钻杆重力的影响，孔口 密封装置的偏磨现象会异常严重，导致过早失效。 中国专利CN  110230481A公布了一种地质钻探孔口密封装置，该装置也不适合于 在煤矿井下高水压顶水复合定向钻进施工中应用。 煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工中普遍使用孔口密封装置，但此类孔口密封装置的使 用目的及装置性能与高水压顶水复合定向钻进的孔口密封装置不同。由于瓦斯抽采钻孔孔 口连接有负压抽采管路，孔口密封装置的承压密封能力不能满足高水压顶水定向钻进施工 要求。综上所述，有必要研究新型的适合煤矿井下高水压顶水复合定向钻进的孔口密封装 置。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供了一种煤矿井下防治水复合定向钻进用孔口承压密 封装置，解决现有的孔口密封承压装置存在密封能力有限、装置偏摩现象严重的问题。 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现： 一种煤矿井下防治水复合定向钻进用孔口承压密封装置，包括旋转密封单元，所 述的旋转密封单元包括外套筒和用于密封钻杆的密封套筒单元，所述的密封套筒单元套设 在外套筒中； 所述的密封套筒单元包括可变形的胶筒、旋转筒和用于挤压胶筒的第一活塞，所 述的旋转筒套设在外套筒和胶筒之间，所述的旋转筒和胶筒能够随钻杆共同旋转；所述的 第一活塞上设置有供钻杆穿过的通孔，第一活塞的一端挤顶在胶筒侧壁上，第一活塞另一 端为自由端；所述的第一活塞外壁与外套筒内壁之间设置密封腔，所述的外套筒上开设有 与密封腔连通的液压油输入口；所述的第一活塞能够随着密封腔内部压力的大小沿轴向来 回移动。 具体的，所述的密封套筒单元还包括第一压环、第二压环、第一轴承和第二轴承； 所述的第一活塞整体为T型套筒结构；所述的外套筒一端设置有端盖，外套筒内壁上沿周向 设置有一圈凸起，所述的第一压环、胶筒、第二压环、第一活塞依次设置在端盖与凸起之间， 所述的第一轴承设置在第一压环与端盖之间，所述的第二轴承设置在第二压环与第一活塞 的翼缘部之间；所述的旋转筒的两端分别位于在第一轴承与凸起处；第一活塞的翼缘部与 所述的凸起之间的间隙形成所述的密封腔。 优选的，第一活塞的翼缘部与旋转筒的接触处、第一活塞的腹部与凸起的接触处、 旋转筒与外套筒内壁的接触处均设置有密封圈。 具体的，所述的外套筒内壁沿圆周方向设置有第一凹槽，所述的旋转筒外壁上设 置有一圈与第一凹槽位置对应的第二凹槽，所述的第一凹槽与第二凹槽中设置有滚珠；所 述的外套筒与旋转筒之间设置有间隙。 5 CN 111577192 A 说　明　书 3/8 页 进一步的，外套筒位于第一活塞的一端的内部套设有环形堵盖，堵盖的环形孔供 钻杆穿过。 进一步的，所述的第一活塞的自由端设置有用于限制第一活塞沿其轴向移动位置 的限位环。 进一步的，该密封装置还包括浮动单元，所述的浮动单元包括支撑座、H型连接件、 横向弹簧组件和纵向弹簧组件；所述的支撑座为U型结构，支撑座U型开口的侧壁上设置有 环形空腔，所述的H型连接件设置在所述的环形空腔中，横向弹簧组件一端与H型连接件的 翼缘板连接，横向弹簧组件另一端与环形空腔侧壁连接，横向弹簧组件的伸缩方向沿水平 方向；纵向弹簧组件一端与H型连接件的腹板连接，纵向弹簧组件的另一端与环形空腔的底 部连接，纵向弹簧组件的伸缩方向沿竖直方向；所述的H型连接件侧部固定在外套筒外壁 上。 具体的，所述的环形空腔由支撑座底部、设置在支撑座两侧的侧向压板以及拉结 两个侧向压板的水平拉板所围绕的空间形成。 具体的，所述的横向弹簧组件包括第一弹簧和设置在第一弹簧两端的第一弹簧 座，所述的第一弹簧座上设置有第一螺栓孔；所述的纵向弹簧组件包括第二弹簧和设置在 第二弹簧两端的第二弹簧座，所述的第二弹簧座上设置有第二螺栓孔。 进一步的，该密封装置还包括缓冲单元，所述的缓冲单元包括缸筒、设置在缸筒两 端的左端盖和右端盖、设置在缸筒内的第二活塞和第三弹簧，所述的第二活塞将缸筒内腔 分割为独立的第一腔体和第二腔体，所述的第三弹簧设置在第一腔体中；所述的左端盖上 设置有与第一腔体连通的通气孔，所述的右端盖上设置有与第二腔体连通的液压油输出 口。 与现有技术相比，本发明的有益效果是： (1)本发明的旋转密封单元用于密封孔口钻杆与套管环空间隙，通过液压作用挤 压胶筒变形进而密封钻杆；同时，在钻杆复合钻进过程中，被压缩变形的胶筒与钻杆以相同 的转速回转，实现了钻杆与压缩变形的胶筒只存在轴向相对运动，无径向相对运动，有效的 减少了胶筒的磨损速度。 (2)本发明的密封装置中还设置了浮动单元，将旋转密封单元放置在浮动单元上， 使得旋转密封单元可横向和纵向移动，在复合定向钻进过程中，若钻杆出现一定幅度内的 摆动时，孔口承压密封装置可随钻杆同时摆动，有效的减少了胶筒偏磨现象的发生。 (3)本发明的密封装置中还设置了缓冲单元，通过缓冲单元控制旋转密封单元中 第一活塞的移动程度，进而控制胶筒的变形程度。复合定向钻进过程中，钻杆在旋转密封单 元中通过时，缓冲单元的设置可有效解决钻杆柱不同外径通过时的密封问题，保证密封效 果的同时也延长了胶筒的使用寿命。 本发明的其他特征和优点将在随后的