高压富水充填溶腔超前钻孔方法.pdf

本发明公开了一种高压富水充填溶腔超前钻孔方法，包括以下步骤：一、采用钻机向内钻进且所述钻机的钻头直径比预先所设计钻孔直径大15～30mm，获得一深度为2～3m的钻孔一，之后退钻并在钻孔一中安装孔口管；二、在孔口管的外端部安装一“丁”字形的防排水管；三、采用钻机在高压富水充填溶腔中进行钻孔：钻孔过程中，当钻机所用冲击器被泥沙堵塞或更换钻杆时，均采用向钻孔内通入高压水对冲击器内泥沙进行冲洗的方式保持冲击器畅通。本发明钻孔步骤简单、操作方便且施工成本较低、钻孔效果好，能有效解决现有高压富水充填溶腔超前钻孔方法钻孔过程中所存在的多种实际问题。

1.  一种高压富水充填溶腔超前钻孔方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、按照常规高压富水充填溶腔超前钻孔工艺，在待探测高压富水充填溶腔或富水地层中的待处理掌子面上，采用钻机向内钻进2～3m且所述钻机的钻头直径Φ比预先所设计钻孔直径Φ₀大15～30mm，获得一深度为2～3m且直径为Φ的钻孔一；再将钻机从所述钻孔一退出，在所述钻孔一中安装一外径为Φ且长度大于钻孔一长度的孔口管(4)并将孔口管(4)伸入至所述钻孔一的内侧底部；
步骤二、在孔口管(4)的外端部安装一“丁”字形的防排水管(10)；所述防排水管(10)为带有两个正对的前后接口和一个开口朝下的侧部接口的三通管，其中防排水管(10)的后接口与孔口管(4)相接且其前接口上安装有一钻孔时防止突泥突水从正面冲出的橡胶止水板(1)，防排水管(10)的侧部接口与一个钻孔时将突泥突水从侧面导流走并减小突泥突水对橡胶止水板(1)冲击力的导流管(2)相接；所述防排水管(10)的前后接口与孔口管(4)位于同一直线上；
步骤三、采用钻机进行钻孔：首先，将所述钻机的钻杆从防排水管(10)的前接口插入并逐渐插至孔口管(4)的内侧底部后，开始进行持续钻孔直至钻至步骤一中所述所设计钻孔的孔深处，即获得成形钻孔；本步骤中，所述钻机的钻头直径为Φ₀；步骤二中所述的橡胶止水板(1)上设置有供所述钻机的钻杆穿过的通孔。

2.  按照权利要求1所述的高压富水充填溶腔超前钻孔方法，其特征在于：步骤三中所述的钻机为液压钻机。

3.  按照权利要求2所述的高压富水充填溶腔超前钻孔方法，其特征在于：所述液压钻机为以高压风为动力的冲击式钻机，使用所述冲击式钻机进行钻孔时，首先将所述冲击式钻机的钻杆从防排水管(10)的前接口插入并逐渐插至孔口管(4)的内侧底部后，再向所述冲击式钻机内通入高压风并使用高压风进行持续钻孔直至钻至步骤一中所述所设计钻孔的孔深处，即获得成形钻孔。

4.  按照权利要求3所述的高压富水充填溶腔超前钻孔方法，其特征在于：步骤三中所述的钻孔过程中，当所述冲击式钻机的冲击器被泥沙堵塞后，先关闭冲击式钻机所使用的高压风；再采用与所述钻杆外端部相接的水泵或高压注浆泵并通过该钻杆内部的内孔向冲击器内通入高压水，对冲击器进行冲洗直至将冲击器内堵塞的泥沙冲洗掉；接着关掉高压水并向所述冲击式钻机内通入高压风后，继续进行钻孔。

5.  按照权利要求3或4所述的高压富水充填溶腔超前钻孔方法，其特征在于：步骤三中所述的钻孔过程中对钻杆进行更换前，先关闭所述冲击式钻机所用的高压风，之后进行更换钻杆；再采用与更换后钻杆的外端部相接的水泵或高压注浆泵并通过该钻杆内部的内孔向冲击器内通入高压水，对冲击器进行冲洗直至将冲击器内堵塞的泥沙冲洗掉；最后关掉高压水并向所述冲击式钻机内通入高压风后，继续进行钻孔。

6.  按照权利要求1、2或3所述的高压富水充填溶腔超前钻孔方法，其特征在于：步骤一中所述孔口管(4)位于所述钻孔一外侧的节段上安装有一个高压止水闸阀(3)。

7.  按照权利要求1、2或3所述的高压富水充填溶腔超前钻孔方法，其特征在于：步骤二中所述防排水管(10)的侧部接口与其前后接口相垂直。

8.  按照权利要求1、2或3所述的高压富水充填溶腔超前钻孔方法，其特征在于：步骤二中所述孔口管(4)位于所述钻孔一外侧的节段上安装对孔口管(4)内部压力进行检测的压力表。

9.  按照权利要求1、2或3所述的高压富水充填溶腔超前钻孔方法，其特征在于：步骤三中所述的钻孔过程中，需保证所述钻杆与孔口管(4)始终同轴。

高压富水充填溶腔超前钻孔方法
技术领域
本发明属于岩溶隧道超前探测技术领域，尤其是涉及一种高压富水充填溶腔超前钻孔方法。
背景技术
在对岩溶隧道进行超前探测时，超前钻孔探测是一种最直观、最有效、最准确的手段。但是，传统的超前钻孔方法在对高压富水充填溶腔中钻孔时，常常因为钻孔突水突泥造成钻孔无法进行，或者高压富水充填溶腔内充填物堵塞冲击器造成钻孔被迫中止。
岩溶隧道超前钻孔探测中，常采用中高风压空压机产生的高压风带动煤矿用液压钻机(如MKD-5S)或大型液压钻机(如意大意CANSSAGRAND6钻机)进行钻孔。如图1所示，在岩溶隧道进行超前钻孔探测时，为防止钻孔突泥突水，均需在钻孔前安装好孔口管4和高压止水闸阀3，当钻孔内突泥突水时，可退钻关闭高压止水闸阀3，阻止突泥突水继续进行，防止突泥突水伤及施工作业人员、毁坏钻孔等其他设备设施，反坡施工时还要防止发生淹井事故。
施工过程中，安装孔口管4和高压止水闸阀3的施工顺序为：先采用比设计钻孔直径大15～30mm的钻头钻进2～3m；然后退钻，安装孔口管4和高压止水闸阀3；之后，再换用与设计钻孔直径相当的钻头向前钻进。例如：超前钻孔需要钻一深度为30m、直径为φ90mm的孔，则先用φ120mm钻头钻孔3m，然后退钻，安装内径φ108mm孔口管和高压止水闸阀；然后换用φ90mm钻头继续向前钻剩余27m。
采用现有超前钻孔方法进行钻孔时，存在以下缺陷和不足：第一、当钻进高压富水充填溶腔或富水地层时，若钻孔突水突泥，虽可以通过关闭装在孔口管4上的高压止水闸阀3进行止水，但关闭高压止水闸阀3须待钻孔内水被溶腔内充填物淤注后方可进行，否则操作人员仍不能接近掌子面，因而钻孔内钻头钻杆尚不能退出。第二、当通过高压止水闸阀3将水止住后，钻孔仍不能进行，否则将再次面临突水突泥。第三、由于充填物堵塞冲击器，导致在钻头在溶腔内不能钻进，因而钻不穿溶腔。
综上所述，现有现有超前钻孔方法存在以下切需解决的问题：1、当钻孔发生突水突泥时，能够将水导流出掌子面，解决泥水混合物喷向钻机问题和关闭高压止水闸阀3前将钻头钻杆退出的问题；2、将水导流出掌子面后，解决钻机仍能进行钻孔的问题；3、解决充填物堵塞冲击器，钻不穿溶腔问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高压富水充填溶腔超前钻孔方法，其钻孔步骤简单、操作方便且施工成本较低、钻孔效果好，能有效解决现有高压富水充填溶腔超前钻孔方法钻孔过程中所存在的多种实际问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高压富水充填溶腔超前钻孔方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、按照常规高压富水充填溶腔超前钻孔工艺，在待探测高压富水充填溶腔或富水地层中的待处理掌子面上，采用钻机向内钻进2～3m且所述钻机的钻头直径Φ比预先所设计钻孔直径Φ₀大15～30mm，获得一深度为2～3m且直径为Φ的钻孔一；再将钻机从所述钻孔一退出，在所述钻孔一中安装一外径为Φ且长度大于钻孔一长度的孔口管并将孔口管伸入至所述钻孔一的内侧底部；
步骤二、在孔口管的外端部安装一“丁”字形的防排水管；所述防排水管为带有两个正对的前后接口和一个开口朝下的侧部接口的三通管，其中防排水管的后接口与孔口管相接且其前接口上安装有一钻孔时防止突泥突水从正面冲出的橡胶止水板，防排水管的侧部接口与一个钻孔时将突泥突水从侧面导流走并减小突泥突水对橡胶止水板冲击力的导流管相接；所述防排水管的前后接口与孔口管位于同一直线上；
步骤三、采用钻机进行钻孔：首先，将所述钻机的钻杆从防排水管的前接口插入并逐渐插至孔口管的内侧底部后，开始进行持续钻孔直至钻至步骤一中所述所设计钻孔的孔深处，即获得成形钻孔；本步骤中，所述钻机的钻头直径为Φ₀；步骤二中所述的橡胶止水板上设置有供所述钻机的钻杆穿过的通孔。
上述步骤三中所述的钻机为液压钻机。
所述液压钻机为以高压风为动力的冲击式钻机，使用所述冲击式钻机进行钻孔时，首先将所述冲击式钻机的钻杆从防排水管的前接口插入并逐渐插至孔口管的内侧底部后，再向所述冲击式钻机内通入高压风并使用高压风进行持续钻孔直至钻至步骤一中所述所设计钻孔的孔深处，即获得成形钻孔。
上述步骤三中所述的钻孔过程中，当所述冲击式钻机的冲击器被泥沙堵塞后，先关闭冲击式钻机所使用的高压风；再采用与所述钻杆外端部相接的水泵或高压注浆泵并通过该钻杆内部的内孔向冲击器内通入高压水，对冲击器进行冲洗直至将冲击器内堵塞的泥沙冲洗掉；接着关掉高压水并向所述冲击式钻机内通入高压风后，继续进行钻孔。
上述步骤三中所述的钻孔过程中对钻杆进行更换前，先关闭所述冲击式钻机所用的高压风，之后进行更换钻杆；再采用与更换后钻杆的外端部相接的水泵或高压注浆泵并通过该钻杆内部的内孔向冲击器内通入高压水，对冲击器进行冲洗直至将冲击器内堵塞的泥沙冲洗掉；最后关掉高压水并向所述冲击式钻机内通入高压风后，继续进行钻孔。
上述步骤一中所述孔口管位于所述钻孔一外侧的节段上安装有一个高压止水闸阀。
上述步骤二中所述防排水管的侧部接口与其前后接口相垂直。
上述步骤二中所述孔口管位于所述钻孔一外侧的节段上安装对孔口管内部压力进行检测的压力表。
上述步骤三中所述的钻孔过程中，需保证所述钻杆与孔口管始终同轴。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、钻孔步骤简单、操作方便且施工成本较低。
2、所采用的防排水管结构简单、设计合理且使用效果好，其通过原孔口管上接一个“丁”字形防排水管，并且在“丁字形防排水管”的前端(即正面)装一耐高压的橡胶止水板，并且橡胶止水板上预留一钻孔，仅能穿过钻机钻杆，同时在“丁”字形防排水管的下端(即侧面)装一导流管，钻孔时再用另外的排水管将导流管与洞内预设的排水管相连。具体而言：本发明首先通过橡胶止水板将孔口管的正面封住，使钻孔突水突泥不能从正面喷出；其次通过与防排水管侧部接口相接的导流管，引导钻孔突水突泥从侧面流出。
2、能有效防止高压富水充填溶腔超前钻孔过程中所出现的突水突泥现象，从而避免突水突泥从正面冲出伤及操作人员和损坏钻机，甚至淹井的实际问题。
2、能保持钻孔连续进行，因而大大提高了钻孔效率。
3、成功解决了高压富水充填溶腔钻进时，溶腔内充填物堵塞冲击器导致钻孔被迫中止、无法继续向前钻进的难题，具体而言本发明解决了溶腔探测过程中，当钻进溶腔后，存在突水突泥时，操作人员无法操作，停止钻进的问题和由于钻杆、冲击器等设备的维护、保养不当，而造成掉钻杆或无法钻进问题。
综上所述，本发明钻孔步骤简单、操作方便且施工成本较低、钻孔效果好，能有效解决现有高压富水充填溶腔超前钻孔方法钻孔过程中所存在的多种实际问题，使用本发明能成功钻穿高压富水充填型腔并快速探测到溶腔边界，最终为溶腔处理方案的制定奠定了良好基础。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为采用现有超前钻孔方法进行超前钻孔时的施工状态示意图。
图2为采用本发明进行超前钻孔时的施工状态示意图。
图3为本发明的流程图。
附图标记说明：
1-橡胶止水板；  2-导流管；    3-高压止水闸阀；
4-孔口管；      5-法兰盘一；  6-法兰盘二；
7-法兰盘三；    8-拱顶线；    9-隧底线；
10-防排水管。
具体实施方式
如图2、图3所示，本发明所述的高压富水充填溶腔超前钻孔方法，包括以下步骤：
步骤一、按照常规高压富水充填溶腔超前钻孔工艺，在待探测高压富水充填溶腔或富水地层中的待处理掌子面上，采用钻机向内钻进2～3m且所述钻机的钻头直径Φ比预先所设计钻孔直径Φ₀大15～30mm，获得一深度为2～3m且直径为Φ的钻孔一；再将钻机从所述钻孔一退出，在所述钻孔一中安装一外径为Φ且长度大于钻孔一长度的孔口管4并将孔口管4伸入至所述钻孔一的内侧底部，并在孔口管4位于所述钻孔一外侧的节段上安装一高压止水闸阀3。本实施例中，所述待处理掌子面为处于待探测高压富水充填溶腔的拱顶线8和隧底线9之间的掌子面，并且本步骤中所用的钻机为液压钻机。
步骤二、在孔口管4的外端部安装一“丁”字形的防排水管10。所述防排水管10为带有两个正对的前后接口和一个开口朝下的侧部接口的三通管，其中防排水管10的后接口与孔口管4相接且其前接口上安装有一钻孔时防止突泥突水从正面冲出的橡胶止水板1，防排水管10的侧部接口与一个钻孔时将突泥突水从侧面导流走并减小突泥突水对橡胶止水板1冲击力的导流管2相接。所述防排水管10的前后接口与孔口管4位于同一直线上。本实施例中，所述防排水管10的侧部接口与其前后接口相垂直。钻孔过程中，通过导流管2将突泥突水从侧面导流而走，减小突水对橡胶止水板1的冲击力，从而保证突水不从正面冲出。本实施例中，防排水管10的后接口与孔口管4之间、前接口与橡胶止水板1之间以及侧部端口与导流管2之间分别通过法兰盘一5、法兰盘二6和法兰盘三7进行固定连接。
步骤三、采用钻机进行钻孔：首先，将所述钻机的钻杆从防排水管10的前接口插入并逐渐插至孔口管4的内侧底部后，开始进行持续钻孔直至钻至步骤一中所述所设计钻孔的孔深处，即获得成形钻孔；本步骤中，所述钻机的钻头直径为Φ₀；步骤二中所述的橡胶止水板1上设置有供所述钻机的钻杆穿过的通孔，实际加工制作时，所述通孔的直径一般比所述钻杆的外径大2mm；本步骤中所用的钻机为液压钻机。本实施例中，本步骤中所述液压钻机为以高压风为动力的冲击式钻机，因而使用所述冲击式钻机进行钻孔时，首先将所述冲击式钻机的钻杆从防排水管10的前接口插入并逐渐插至孔口管4的内侧底部后，再向所述冲击式钻机内通入高压风并使用高压风进行持续钻孔直至钻至步骤一中所述所设计钻孔的孔深处，即获得成形钻孔。
步骤三中所述的钻孔过程中，当所述冲击式钻机的冲击器被泥沙堵塞后，先关闭冲击式钻机所使用的高压风；再采用与所述钻杆外端部相接的水泵或高压注浆泵并通过该钻杆内部的内孔向冲击器内通入高压水，对冲击器进行冲洗直至将冲击器内堵塞的泥沙冲洗掉；接着关掉高压水并向所述冲击式钻机内通入高压风后，继续进行钻孔。而钻孔过程中对所述钻杆进行更换前，先关闭所述冲击式钻机所用的高压风，之后进行更换钻杆；再采用与更换后钻杆的外端部相接的水泵或高压注浆泵并通过该钻杆内部的内孔向冲击器内通入高压水，对冲击器进行冲洗直至将冲击器内堵塞的泥沙冲洗掉；最后关掉高压水并向所述冲击式钻机内通入高压风后，继续进行钻孔。实际操作过程中，所述以高压风为动力的冲击式钻机也可以用其它钻机来代替。
本实施例中，步骤三中所述的钻孔过程中，需保证所述钻杆与孔口管4始终同轴。实际使用过程中，高压止水闸阀3的作用是：反坡钻孔时，当由导流管2和排水管组成的导流系统中排水管路出现故障后，可以先将钻杆退出，后关闭高压止水闸阀3，达到防止处理故障过程中突泥突水淹井的目的。
综上所述，采用本发明进行超前钻孔时，先打开高压止水闸阀3，使得钻孔过程中钻孔内的突泥突水喷出后，经高压止水闸阀3进入防排水管10且直接向防排水管10的正面喷去，之后遇橡胶止水板1阻挡(防止了突泥突水直接从正面喷出，危及到作业人员及设备安全，保持钻孔作业可以持续进行)后返回，流向防排水管10下部的导流管2排向洞内预设的排水管道内。钻孔过程中，当冲击器被泥沙堵塞或更换钻杆时，均采用向钻孔内通入高压水对冲击器内泥沙进行冲洗的方式，保持冲击器畅通。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。