一種防坍塌雙向肋翼噴射注漿鉆頭及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在松散軟弱破碎地層鉆孔內(nèi)不提鉆防坍塌雙向肋翼噴射注漿鉆頭，屬于礦山、交通、水利水電等隧道及地下工程鉆探和圍巖注漿加固領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在礦山、隧道及地下工程施工中，經(jīng)常遇到松散軟弱破碎甚至富水的不良地質(zhì)環(huán)境，經(jīng)常出現(xiàn)圍巖變形、坍塌甚至出現(xiàn)突水突泥的地質(zhì)災(zāi)害。在對(duì)地質(zhì)災(zāi)害治理中，須通過(guò)注漿鉆孔對(duì)不良地質(zhì)體進(jìn)行注漿加固。但在注漿鉆孔施工中，經(jīng)常出現(xiàn)鉆孔縮徑，孔壁坍塌，孔內(nèi)掉塊等孔壁失穩(wěn)現(xiàn)象，造成鉆孔內(nèi)的鉆具被埋、被卡等鉆孔事故。為防止出現(xiàn)因孔壁失穩(wěn)造成的鉆孔事故，除在鉆進(jìn)中采取預(yù)防措施外，還要專(zhuān)門(mén)對(duì)鉆孔孔壁進(jìn)行注漿加固。鉆進(jìn)中的預(yù)防措施是在軟巖和易縮徑地層內(nèi)使用肋骨鉆頭，其目的是盡量增大鉆孔孔徑；調(diào)節(jié)沖洗液性能或采用注漿加固方式防止坍塌。鉆進(jìn)中一旦因?yàn)榭妆诳s徑、坍塌、掉塊等原因出現(xiàn)鉆孔事故，處理措施是先把鉆孔內(nèi)被埋卡夾的部位以上的鉆桿卸開(kāi)提出鉆孔夕卜，然后采用套取，錐取的辦法處理被埋或卡夾部位，等把鉆頭打撈出鉆孔后再對(duì)鉆孔進(jìn)行注漿；注漿后在鉆孔內(nèi)再次下入鉆具復(fù)鉆，如此反復(fù)。其弊端是鉆進(jìn)和注漿不連續(xù)，工序銜接差，效率低，注漿時(shí)通過(guò)孔口管把漿液壓入全孔段，對(duì)鉆孔深部松散軟弱破碎的局部注漿的針對(duì)性不強(qiáng)，注漿加固效果差；使用的水泥漿固結(jié)候凝時(shí)間較長(zhǎng)，一般候凝時(shí)間72小時(shí)；結(jié)果造成在同一松軟破碎孔段內(nèi)反復(fù)注漿，反復(fù)鉆進(jìn)，浪費(fèi)大量的時(shí)間和成本。對(duì)于治理突水突泥這種搶險(xiǎn)工程極為不利。當(dāng)上述問(wèn)題出現(xiàn)在關(guān)鍵鉆孔并造成關(guān)鍵孔報(bào)廢時(shí)，會(huì)給整個(gè)治災(zāi)工程帶來(lái)難以挽回的損失。
[0003]傳統(tǒng)的鉆頭，存在下述缺點(diǎn):
[0004]1.在松散破碎地層內(nèi)鉆進(jìn)防塌的鉆頭使用方面，一般多選用三翼無(wú)芯鉆頭或roc無(wú)芯鉆頭。在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆頭在坍塌掉塊孔內(nèi)只能向前推進(jìn)和回轉(zhuǎn)，而無(wú)法向后回拉；一旦在鉆頭以上鉆桿與孔壁之間出現(xiàn)孔壁縮徑或掉塊，就會(huì)出現(xiàn)鉆具被夾卡事故，因缺乏向上和側(cè)部的切削刃，這類(lèi)鉆頭難以消除鉆頭以上部位的孔壁縮徑或坍塌掉塊，難以順利把鉆具提出孔外。
[0005]2.傳統(tǒng)鉆頭的水口都設(shè)置在鉆頭底部，難以通過(guò)噴射注漿漿液對(duì)孔壁進(jìn)行固結(jié)，即使通過(guò)鉆頭體上的水口進(jìn)行噴射注漿，漿液只能向鉆頭底部方向噴射，難以向側(cè)部和上部噴射，噴射沒(méi)有針對(duì)性且不均勻，對(duì)松散破碎圍巖噴射加固效果較差。
[0006]3.由于速凝漿液的凝固時(shí)間短，操作工藝復(fù)雜，安全風(fēng)險(xiǎn)大，傳統(tǒng)的鉆具在使用時(shí)，一旦出現(xiàn)卡鉆掉鉆等事故，根本無(wú)法在漿液初凝時(shí)間以?xún)?nèi)完成事故的處理，導(dǎo)致速凝漿液凝固，將鉆頭和孔壁固結(jié)，造成更難解決的工程事故。因此注漿時(shí)無(wú)法使用速凝漿液，而選擇候凝時(shí)間為72小時(shí)的漿液，這大大拖延了施工進(jìn)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種防坍塌雙向肋翼噴射注漿鉆頭。直接用防坍塌雙向肋翼噴射注漿鉆頭在不良地層內(nèi)鉆進(jìn)，遇到出現(xiàn)孔壁縮徑，坍塌掉塊等孔內(nèi)事故時(shí)，無(wú)需提出鉆具，直接通過(guò)防坍塌雙向肋翼噴射注漿鉆頭的回轉(zhuǎn)，上下串動(dòng)、切削、擠壓和噴射注漿等工序的連續(xù)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)不提鉆一次性對(duì)失穩(wěn)孔壁圍巖注漿加固，并同時(shí)修整鉆孔，做到了鉆進(jìn)和注漿的同步進(jìn)行。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]—種防坍塌雙向肋翼噴射注漿鉆頭，包括與外平鉆桿連接的鉆頭體，所述鉆頭體的側(cè)面沿鉆頭縱向設(shè)有肋翼，所述肋翼包括設(shè)于所述鉆頭前端的正向翼片、設(shè)于所述鉆頭后端的反向翼片、和連接所述正向翼片和反向翼片的側(cè)向翼片，所述正向翼片和反向翼片與所述側(cè)向翼片的夾角均為鈍角；所述肋翼上設(shè)有硬質(zhì)碎塊；所述鉆頭體內(nèi)部設(shè)有與所述外平鉆桿的通孔連通的內(nèi)通眼，所述鉆頭體表面設(shè)有與所述內(nèi)通眼連通的噴射孔；所述鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)利用所述正向翼片和反向翼片回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)上下串動(dòng)，通過(guò)鉆頭的所述肋翼切削消滅孔壁掉塊或者把掉塊重新擠到孔壁內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述孔壁的注漿加固和修復(fù)。
[0010]在鉆頭體表面安設(shè)肋形的肋翼，鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以帶動(dòng)所述肋翼回轉(zhuǎn)切削消滅掉塊，或者把掉塊重新擠到孔壁內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述孔壁的修復(fù)。肋翼上設(shè)有硬質(zhì)碎塊，起到切削刃的作用，并對(duì)掉塊進(jìn)行擠壓破壞和剪切破壞。
[0011]鉆頭體特有的形狀，以及正向翼片、反向翼片和側(cè)向翼片的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了鉆頭體回拉切削掉塊的功能，解決了一般鉆頭只能向前推進(jìn)、回轉(zhuǎn)，而無(wú)法向后回拉；導(dǎo)致在鉆進(jìn)過(guò)程中，一旦在鉆頭體上部發(fā)生孔壁縮徑、坍塌、掉塊等原因出現(xiàn)鉆孔事故，只能先把鉆孔內(nèi)被埋卡夾的部位以上的鉆桿卸開(kāi)提出鉆孔外，再單獨(dú)打撈鉆頭這一技術(shù)難題。
[0012]所述雙向肋翼噴射注漿鉆頭的后端通過(guò)單向閥與所述外平鉆桿連接；所述雙向肋翼噴射注漿鉆頭后端的內(nèi)扣螺眼扣型、單向閥扣型與外平鉆桿的扣型均相同。
[0013]設(shè)置單向閥可以保證漿液流動(dòng)方向的單向性，避免鉆孔內(nèi)未凝固的漿液向鉆桿內(nèi)回流。內(nèi)扣螺眼扣型、單向閥扣型與外平鉆桿的扣型相同，有利于部件的順利連接。
[0014]所述噴射孔分布于所述鉆頭體的前端、側(cè)面、和后端。
[0015]在鉆頭體的前端、側(cè)面和后端均設(shè)有噴射孔，解決了傳統(tǒng)鉆頭只能向鉆頭底部方向噴射的技術(shù)問(wèn)題，使?jié){液能夠向側(cè)部和上部噴射，噴射更加具備針對(duì)性，也更加均勻，大大改善了松散破碎圍巖的噴射加固效果。同時(shí)配合反向翼片和側(cè)向翼片的工作，有利于對(duì)鉆孔坍塌段的全方位切削和修復(fù)。
[0016]所述肋翼為三個(gè)，在所述鉆頭體橫截面上呈120度均勻布置；所述正向翼片和反向翼片與所述側(cè)向翼片的夾角均為135° ;所述肋翼的厚度為20mm，側(cè)面高度由鉆孔孔徑與所述鉆頭體直徑之差確定。
[0017]所述肋翼為三個(gè)，上下兩端為三角錐形，在所述鉆頭體橫截面上呈120度均勻布置，符合力學(xué)原理，可以更好的實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)切削消滅掉塊，或者把掉塊重新擠到孔壁內(nèi)的作用。
[0018]所述肋翼上設(shè)有若干硬質(zhì)合金碎塊；各所述肋翼的側(cè)緣至所述鉆頭體軸線(xiàn)的距離相等。
[0019]所述肋翼上設(shè)有硬質(zhì)合金碎塊，利用其高硬度的特點(diǎn)，可以進(jìn)一步的達(dá)到對(duì)掉塊擠壓破碎和剪切破壞的作用，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述孔壁的修復(fù)。
[0020]—種防坍塌雙向肋翼噴射注漿鉆頭的使用方法，包括以下步驟:
[0021]步驟1:將連接有外平鉆桿的雙向肋翼噴射注漿鉆頭送入鉆孔內(nèi)一定深度，安裝鉆機(jī)的其余裝置；
[0022]步驟2:向所述鉆孔內(nèi)注入稀水泥漿沖洗鉆孔；當(dāng)所述稀水泥漿注滿(mǎn)所述鉆孔時(shí)，開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)，使所述雙向肋翼噴射注漿鉆頭回轉(zhuǎn)，并改注速凝漿液，直至孔口密封裝置和鉆桿之間溢出速凝漿液；
[0023]步驟3:通過(guò)孔口密封裝置對(duì)所述鉆孔孔口進(jìn)行密封，之后利用所述外平鉆桿將回轉(zhuǎn)的所述鉆頭送至修復(fù)段，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止速凝漿液的注漿，并繼續(xù)保持所述防坍塌雙向肋翼噴射注漿鉆頭在修復(fù)段處反復(fù)上下串動(dòng)回轉(zhuǎn)，對(duì)所述修復(fù)段進(jìn)行修復(fù)，直至修復(fù)過(guò)程達(dá)到設(shè)定要求；
[0024]步驟4:修復(fù)達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)，向鉆孔外抽拉外平鉆桿，使雙