[发明专利]一种速凝浆液注浆固结系统及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在松散软弱破碎地层钻孔内不提钻防塌注浆固结系统及其安全操作工艺，属于矿山、交通、水利水电等隧道及地下工程钻探和围岩注浆加固领域。

背景技术

目前在矿山、隧道及地下工程施工中，经常遇到松散软弱破碎甚至富水的不良地质环境，经常出现围岩变形、坍塌甚至出现突水突泥的地质灾害。在对地质灾害治理中，须通过注浆钻孔对不良地质体进行注浆加固。但在注浆钻孔施工中，经常出现钻孔缩径，孔壁坍塌，孔内掉块等孔壁失稳现象，造成钻孔内的钻具被埋、被卡等钻孔事故。为防止出现因孔壁失稳造成的钻孔事故，除在钻进中采取预防措施外，还要专门对钻孔孔壁进行注浆加固。钻进中的预防措施是在软岩和易缩径地层内使用肋骨钻头，其目的是尽量增大钻孔孔径；调节冲洗液性能或采用注浆加固方式防止坍塌。钻进中一旦因为孔壁缩径、坍塌、掉块等原因出现钻孔事故，处理措施是先把钻孔内被埋卡夹的部位以上的钻杆卸开提出钻孔外，然后采用套取，锥取的办法处理被埋或卡夹部位，等把钻头打捞出钻孔后再对钻孔进行注浆；注浆后在钻孔内再次下入钻具复钻，如此反复。其弊端是钻进和注浆不连续，工序衔接差，效率低，注浆时通过孔口管把浆液压入全孔段，对钻孔深部松散软弱破碎的局部注浆的针对性不强，注浆加固效果差。正是因为传统钻机的上述特征，使用的水泥浆固结候凝时间很长，一般候凝时间72小时；在同一松软破碎孔段内，经常遇到本次注浆还未固结，又发生孔壁坍塌的事故，造成反复注浆，反复钻进，浪费大量的时间和成本。对于治理突水突泥这种抢险工程极为不利。当上述问题出现在关键钻孔并造成关键孔报废时，会给整个治灾工程带来难以挽回的损失。

传统的注浆加固结构装置的结构中，存在下述缺点：

1.在松散破碎地层内钻进防塌的钻头使用方面，一般多选用三翼无芯钻头或PDC无芯钻头。在钻进过程中，钻头在坍塌掉块孔内只能向前推进和回转，而无法向后回拉；一旦在钻头以上钻杆与孔壁之间出现孔壁缩径或掉块，就会出现钻具被夹卡事故，因缺乏向上和侧部的切削刃，这类钻头难以消除钻头以上部位的孔壁缩径或坍塌掉块，难以顺利把钻具提出孔外。

2.传统钻头的水口都设置在钻头底部，难以通过喷射注浆浆液对孔壁进行固结，即使通过钻头体上的水口进行喷射注浆，浆液只能向钻头底部方向喷射，难以向侧部和上部喷射，喷射没有针对性且不均匀，对松散破碎围岩喷射加固效果较差。

3.由于速凝浆液的凝固时间短，操作工艺复杂，安全风险大，传统的钻具在使用时，一旦出现卡钻掉钻等事故，不能将钻头拉回，因此根本无法在浆液初凝时间以内完成事故的处理，导致速凝浆液凝固，将钻头和孔壁固结，造成更难解决的工程事故。因此注浆时无法使用速凝浆液，而选择候凝时间为72小时的浆液，这大大拖延了施工进度。

发明内容

为解决现有技术存在的上述不足，本发明提供一种在松散软弱破碎地层钻孔内速凝浆液注浆固结系统及其使用方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种速凝浆液注浆固结系统，包括：

注浆泵；

高压管路，所述高压管路与所述注浆泵连接；

坑道钻机，所述坑道钻机与所述高压管路连接；

外平钻杆，所述外平钻杆与所述坑道钻机固定连接；

密封装置，所述密封装置在钻孔孔口处套在所述外平钻杆上，用以保证所述外平钻杆与钻孔孔口密封；

双向肋翼喷射注浆钻头，所述双向肋翼喷射注浆与所述外平钻杆连接；

所述注浆泵通过喷射肋翼钻头向坑道静压渗透喷射速凝浆液，所述坑道钻机通过所述外平钻杆带动所述喷射肋翼钻头回转，通过喷射的浆液和所述肋翼的回转，切削消灭掉块或者把掉块重新挤到孔壁内，实现对所述孔壁的修复。

使用防坍塌注浆固结装置，在施工过程中可以起到防掉钻的作用，能有效的控制钻机修复孔壁的作业时间，因而可以使用速凝浆液对钻孔注浆，大大节约了施工时间，降低时间成本。

用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置，包括：

与孔口管连接的护管法兰；

设于孔口管内的内衬套及内衬套底托，所述内衬套的上端口设有内衬套法兰，下端连接内衬套底托，所述内衬套底托为圆盘状、中心设有用于所述外平钻杆通过的圆孔；

水封，所述水封置于所述内衬套内，用于封闭所述外平钻杆和所述内衬套之间间隙，所述水封上设有进水管和与进水管连接的高压阀门；

用于固定所述护管法兰和所述内衬套法兰的压盖法兰；

通过调节注入所述水封内的注水量，来控制孔口密封装置的密封与否及密封程度，以适应所述钻孔对不同密封要求的相应情况。