一种复合岩体精准跟管钻进控制方法与流程

本发明属于岩土工程和采矿工程领域，涉及一种岩体钻进控制方法，尤其涉及一种复合岩体的精准跟管钻进控制方法。

背景技术：

在岩土工程及采矿工程领域，受到地层条件的制约，在软岩和松散体地层中，跟管钻进技术是实现复杂破碎地层快速钻进施工的一种主导工艺，目前跟管钻进过程基本都是直接从松散体到硬岩或只在松散体中钻进，且对钻进施工精度要求不高，基本不会出现卡钻事故，也对钻进精度要求不高。对于从硬岩→松散体→硬岩或更加复杂的多种岩体质量交替变化的复合岩体，目前的跟管钻进工艺在由硬岩到松散体交界部位极容易出现卡钻事故，卡钻事故率达到90％以上；同时，在由硬岩到松散体交界位置，由于硬岩与松散体密实度和强度的影响，跟管极容易出现大角度下沉偏斜，导致大概率跟管断管事故，尤其是对于管身布置注浆孔的跟管断管率极高，跟管钻进的精准程度得不到保证。

技术实现要素：

基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种复合岩体精准跟管钻进控制方法，该方法能够解决在多种岩体质量交替变化的复合岩体中实现精准跟管钻进问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种复合岩体精准跟管钻进控制方法，包括：

进行钻机精准放样并对钻机牢固定位；

采用外径与跟管匹配的普通潜孔锤钻具将破碎岩体钻透至松散体交界面；

在与普通潜孔锤钻具连接处的第一根钻杆前端钻设钻杆孔眼；

采用限制钻设管身孔眼的间距及管身截面上管身孔眼个数的跟管用于对松散体进行注浆。

本发明的有益效果为：通过钻机精准放样与牢固定位，特定外径的普通潜孔锤钻具将破碎岩体钻透至松散体交界面，以及在与普通潜孔锤钻具连接处的第一根钻杆前端钻设钻杆孔眼，并采用特定的跟管对松散体进行注浆，能够实现复合岩体中的跟管钻进，保证跟管钻进的效率和精准度，减少复合岩体中的断管事故率，有效避免不同质量岩体分界面中的卡钻事故。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的复合岩体精准跟管钻进控制方法示意图；

图2为本发明实施例提供的复合岩体精准跟管钻进控制方法用钻杆示意图；

图3为图2中的I-I处剖视图；

图4为本发明实施例提供的复合岩体精准跟管钻进控制方法用钻杆设置管身孔眼示意图；

图5(a)至(c)分别为图4中II-II处、III-III处与IV-IV处剖视图。

图中各标号对应的名称为：1-跟管；2-钻杆；3-钻机导轨；4-脚手架钢管；5-脚手架扣件；6-U形地螺丝；7-底板浮渣；8-破碎岩体；9-破碎岩体与松散体交界面；10-松散体；11-松散体与对侧硬岩交界面；12-对侧硬岩；13-普通潜孔锤钻具；14-钻杆孔眼；15-管身孔眼。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种复合岩体精准跟管钻进控制方法，参见图1，包括以下步骤：

进行钻机精准放样并对钻机牢固定位；

采用外径与跟管匹配的普通潜孔锤钻具将破碎岩体钻透至松散体交界面；

在与普通潜孔锤钻具连接处的第一根钻杆前端钻设钻杆孔眼；

用所述跟管对松散体进行注浆，所述跟管采用限制钻设管身孔眼的间距及管身截面上管身孔眼个数的跟管。

上述钻进控制方法中，进行钻机精准放样并对钻机牢固定位，包括：

采用全站仪进行钻进点位、控制线和锚杆钻机方位放样，在钻机两侧导轨上分别选取两校核点，采用重锤线及钢卷尺测量两校核点到两侧控制线的距离，进行钻机方位校核；

采用地质罗盘进行钻机导轨倾斜角度放样；

待钻机位置摆正后，通过脚手架扣件将钻机底部与脚手架钢管牢固连接，采用U形地螺丝将脚手架钢管与底板地质体牢固连接，将钻机、脚手架、地质体牢固连接为一个整体，限制钻机向四周的位移，完成对钻机的精准、牢固定位。

上述钻进控制方法中，采用U形地螺丝将脚手架钢管与底板地质体牢固连接，包括：

U形地螺丝穿透到底板岩体浮渣面以下不小于0.5m；

安装时先预钻孔，然后采用LR便携式旋紧机旋入；

脚手架钢管采用螺栓与U形地螺丝连接。

上述钻进控制方法中，采用外径与跟管匹配的普通潜孔锤钻具将破碎岩体钻透至松散体交界面，包括：

采用外径比跟管外径大3～5mm的普通潜孔锤钻具，利用锚杆钻机应用该普通潜孔锤钻具将破碎岩体钻透至松散体交界面。

上述钻进控制方法中，在与普通潜孔锤钻具连接处的第一根钻杆前端钻设钻杆孔眼，包括：

在与普通潜孔锤钻具连接处的第一根钻杆前段钻设成120°分布的三个钻杆孔眼，使普通潜孔锤钻具前端处风流经三个钻杆孔眼后呈三维流动状态。

上述钻进控制方法中，跟管采用限制钻设管身孔眼的间距及管身截面上管身孔眼个数的跟管为：

跟管上钻设管身孔眼的间距不小于30cm，钻设孔眼截面上钻设一个管身孔眼。

具体的，本发明的钻进控制方法具体如下：

(1)采用全站仪进行钻进点位和钻机方位放样，采用重锤线及钢卷尺进行钻机方位校核，采用地质罗盘进行钻机导轨倾斜角度放样。待钻机位置摆正后，通过脚手架扣件将钻机与脚手架钢管牢固连接，采用U形地螺丝将脚手架钢管与底板硬岩地质体牢固连接，最终实现钻机的精准、牢固定位。

(2)利用锚杆钻机应用合理外径的普通潜孔锤钻具将破碎岩体钻透至松散体交界面，为了控制后续跟管的偏斜度以避免大概率断管事故，普通潜孔锤钻具外径比跟管外径大3～5mm为宜。

(3)为了避免硬岩与松散体交界面处的高事故率的卡钻事故，须在与普通潜孔锤钻具连接处的第一根钻杆前段钻设成120°分布的三个钻杆孔眼，实现普通潜孔锤钻具附近风流由原来未钻设前的一维流动状态变为钻设孔眼后的三维流动状态，吹动硬岩松散体交界面处岩粉、松散体被充分吹处孔外，以便施工人员识别钻进进程是否到达交界面位置。

(4)在换用跟管钻具从钻进过程中，须对松散体进行注浆的跟管，为了防止跟管钻进从硬岩到松散体交界面处的频繁断管事故，在以上控制的同时，限制跟管上钻设管身孔眼的间距不小于30cm，钻设孔眼截面上仅限钻设1个管身孔眼。

下面结合具体实施例对本发明的控制方法作进一步说明。

(1)本发明所述的实施例示意图如图1所示。本实施例所述的跟管钻进的复合岩体依次由破碎岩体→松散体→对侧硬岩岩体组成。

(2)为了保证跟管钻进精准度，采用全站仪进行钻进点位、控制线和锚杆钻机方位放样，在钻机两侧导轨上分别选取两校核点，采用重锤线及钢卷尺测量两校核点到两侧控制线的距离，完成钻机方位校核；采用地质罗盘进行钻机导轨倾斜角度放样。

(3)待钻机位置摆正后，将钻机通过脚手架扣件将钻机底部与脚手架钢管牢固连接，采用U形地螺丝将脚手架钢管与底板地质体牢固连接，将钻机、脚手架、地质体牢固连接为一个整体，限制钻机向四周的位移，最终实现钻机的精准、牢固定位。

(4)U形地螺丝在底板岩体中安装，必须穿透到浮渣面以下不小于0.5m。安装时首先预钻孔，然后采用LR便携式旋紧机轻松旋入。

(5)采用Φ130普通潜孔锤钻具进行破碎岩体阶段的钻进。钻进至破碎岩体与松散体交界面时是整个钻进关键和难点。须在与普通潜孔锤钻具连接处的第一根钻杆前段钻设成120°分布的三个钻杆孔眼(参见图2、3)，实现普通潜孔锤钻具附近风流由原来未钻设前的一维流动状态变为钻设孔眼后的三维流动状态，吹动硬岩松散体交界面处岩粉、松散体被充分吹处孔外，以便施工人员识别钻进进程是否到达交界面位置。

(6)待采用Φ130普通潜孔锤钻具穿透到破碎岩体和松散体交界面后，退出Φ130普通潜孔锤钻具，换用Φ127跟管钻具进行松散体中的钻进。当钻进至松散体和对侧硬岩交界面时，如果判断不准，容易造成跟管断裂、管靴脱落、跟管脱扣等跟管事故。松散体和对侧硬岩交界面需要从以下两点进行综合判断：①跟管钻进速度明显变慢；②孔口喷出灰尘明显变大。

(7)在换用跟管钻具从钻进过程中，对于须对松散体进行注浆的跟管，为了防止跟管钻进从硬岩到松散体交界面处的频繁断管事故，在以上控制的同时，限制跟管上钻设管身孔眼的间距不小于30cm(参见图4、图5(a)-(c))，且管身孔眼采用梅花形布置，钻设孔眼截面上仅限钻设1个管身孔眼。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。