CN105041341B - 用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置及其使用方法，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，膨胀后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；用于限制水封注水后膨出的压盖法兰；通过调节所述水封的注水量，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。

Description

用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置，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，经常遇到断层破碎带，风化带等不良地质环境。这类不良地质环境具有松散软弱破碎的特点，揭露后会引起坍塌，当这类地层富水时，还会发生突水突泥地质灾害。因此必须对其进行注浆加固。在对这类不良地质环境进行治理中，要施工注浆钻孔进行注浆。因为围岩松散破碎，稳定性差，注浆钻孔会出现坍塌掉块，引发埋钻卡钻等钻孔事故。处理钻孔孔壁坍塌掉块的常用方法是在钻孔内下入旋喷器，通过旋喷注浆对坍塌掉块等松散围岩进行注浆加固。

传统的旋喷注浆存在以下缺点：

1.旋喷注浆一般用于俯角钻孔，在仰角钻孔内因为孔口标高低于孔底，浆液难以在钻孔内留存，无法达到旋喷注浆的效果；

2.旋喷注浆一般采用孔口敞开的开放式注浆，旋喷只是起到射流搅拌作用，浆液进入到围岩内的深度有限；

3.注浆时注浆压力极其有限，对围岩难以形成渗透注浆，因此经常出现旋喷后仍难以解决孔壁坍塌掉块问题。

发明内容

为解决现有技术存在的上述不足，本发明提供一种用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置及其使用方法。采用本发明钻孔旋喷注浆孔口密封装置后，改开放式注浆为密闭注浆，从而实现了钻孔内的静压注浆，浆液在压力作用下，渗透到围岩内，完成了静压渗透注浆，取得较好效果。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

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。

孔口密封装置设置孔口管可以起到很好的密封钻孔孔口的作用，保证孔口密封装置的密闭效果。孔口密封装置便于拆卸，可以方便的满足清洗钻孔时的要求。

所述孔口密封装置可以通过调节所述水封的注水量，来控制孔口密封装置的密封与否及其密封程度，以适应所述钻孔对不同密封要求的相应情况：水封未注清水时，可以满足孔口处留有空隙的要求，便于观察钻孔内是否注满浆液；水封注入清水后，可以达到孔口密封的效果，使注浆能够达到一定的压力。

内衬套、内衬套底托和内衬套法兰的巧妙设计，既可以解决水封的放置问题，又可以起到进一步的密封效果。

压盖法兰的设计，可以固定注水后膨胀的水封。同时可以限制水封膨胀方向，使之只能向钻杆方向膨胀。

所述护管法兰与孔口管丝扣连接。

所述内衬套底托、所述内衬套和所述内衬套法兰焊接为一整体。

所述内衬套底托、内衬套和内衬套法兰焊接为一整体，整体性好，便于安装操作，密封效果好。

所述护管法兰和内衬套法兰之间设有第二密封胶垫，所述内衬套法兰和压盖法兰之间设有第一密封胶垫；所述护管法兰、内衬套法兰和压盖法兰通过紧固螺栓连接。

各法兰之间设有密封胶垫，可以确保密闭装置的密闭性，避免浆液外溢。

所述内衬套底托圆孔直径比所述外平钻杆的直径大4-6mm；所述内衬套法兰的内径与所述内衬套的内径相同；所述内衬套法兰的外径大于所述孔口管的外径，并与所述护管法兰的外径相同。

所述圆孔比所述外平钻杆的直径大4-6mm，所述内衬套法兰的内径与所述内衬套的内径相同，所述内衬套法兰的外径大于所述孔口管的外径；所述水封 由弹性材料制成，呈圆环状，所述圆环的外径与所述内衬套的内径相同，所述圆环内径与所述内衬套底托的圆孔直径相同。这种设计在冲洗钻孔时能满足浆液外溢的要求，在高压注浆时，通过水封能满足高压密封的作用，构思巧妙。

所述水封由弹性耐磨材料制成，呈圆环状，所述圆环的外径与所述内衬套的内径相同，所述圆环内径与所述内衬套底托的圆孔直径相同。

所述水封由弹性耐磨材料制成，未注清水时，可以满足孔口处留有空隙的要求，注入清水后，弹性材料得以膨胀，达到密封的效果。

所述水封进水阀门为高压阀门，与所述进水口的直径相同，所述高压阀门外接同直径水管。

水封设有高压阀门，可以满足注水压力的要求，确保孔口密封装置的密封性。

用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：依次连接旋喷器、外平钻杆、孔口密封装置、坑道钻机、高压管路和注浆泵，使旋喷器位于需要旋喷的钻孔位置：

步骤2：所述注浆泵通过旋喷器向钻孔内注入速凝浆液，孔口密封装置与外平钻杆之间流出所述速凝浆液后，利用水封膨胀，封闭所述孔口密封装置与外平钻杆之间的间隙；

步骤3：开动坑道钻机回转并上下串动外平钻杆，带动旋喷器喷射浆液，随着浆液充满钻孔，压力增加，钻孔内浆液向缩径坍塌掉块孔壁内渗透，达到对缩径坍塌掉块孔壁静压渗透注浆的目的；

步骤4：旋喷达到设定条件时，改注清水冲洗外平钻杆及旋喷器；所述速凝浆液初凝后卸掉水封内清水，抽出外平钻杆，候凝；卸掉孔口密封装置，操作结束。

通过使用孔口密封装置，可以较好实现在松散软弱破碎地层钻孔内旋喷注浆时，满足孔内浆液的静压力，保证浆液在压力作用下对围岩的渗透注浆加固，较好解决了以往在地下工程钻孔中只能旋喷无法静压注浆的难题。同时可以实现对仰角钻孔的注浆加固，大大增加了注浆加固的适用范围，使注浆效果明显改善。

其中，步骤2中，注浆泵泵量不得超过30L/min，且速凝浆液的初凝时间控制在20min左右；向孔口密封装置中的水封内注水，在水封与外平钻杆之间 密闭后，钻孔内浆液升压达到1.5MPa时孔口密闭处不得泄露，所述水封内注水压力在0.5～1.5MPa之间。

钻孔内浆液升压达到1.5MPa，1.5MPa为密闭后的抗泄漏压力，所述抗泄漏压力大于注浆时的注浆压力，可以保证注浆压力达到0.5-1.0MPa时密闭处不泄露，且有一定的安全储备。

步骤3中，所述注浆泵的注浆压力控制在0.5-1.0MPa之间；向钻孔内注入的所述速凝浆液的体积控制在钻孔内容积的1.3-2.0倍。

注浆压力控制在0.5-1.0MPa之间，既能满足注浆浆液在孔壁松散破碎围岩空隙内的渗透，又不会因为注浆压力高于松散破碎围岩的极限强度，而对松散破碎围岩的稳定性产生破坏。

本发明的有益效果为：

设置护管法兰可以对孔口管起到良好的保护作用。

本发明可以通过用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置及其使用方法，可以较好实现在松散软弱破碎地层钻孔内旋喷注浆时，满足孔内浆液的静压力，保证浆液在压力作用下对围岩的渗透注浆加固，较好解决了以往在地下工程钻孔中只能旋喷无法静压注浆的难题。具有操作简单，安全可靠，效率高，效果好的特点。

本发明具有操作简单，安全可靠，效率高，效果好的特点。

附图说明

图1孔口密封装置旋喷及静压注浆工作原理示意图；

图2孔口密封装置装配结构示意图；

图3水封工作原理示意图；

图4孔口密封装置连接局部放大结构图；

其中：1孔口密封装置，2孔口管，3钻孔，4外平钻杆，5缩径坍塌掉块孔壁，6旋喷器，7孔壁，8第一密封胶垫，9压盖法兰，10第二密封胶垫，11内衬套法兰，12内衬套，13内衬套底托，14水封，15紧固螺栓，16高压阀门，17护管法兰,18坑道钻机及其液压卡盘，19高压管路，20注浆泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

下面通过具体实施例进一步对本发明进行阐述，应该说明的是，下面的阐述仅是为了解释本发明，并不对本发明内容有所限制。

实施例：

吉莲高速公路永莲隧道(原钟家山隧道)建设中被称为“国内罕见、江西第一难隧”的卡脖子工程。曾发生了15次大型突水突泥。致灾断层F2断层处于页岩和砂岩互层区，岩层风化程度高，裂隙发育，岩体破碎，扰动易失稳；页岩含蒙脱石等矿物，属弱膨胀性围岩，遇水崩解，软化、泥化作用强烈。断层内充填泥沙及断层角砾。上述不良地质条件给F2断层处隧道围岩帷幕注浆工程中注浆钻孔施工带来极大难度，钻孔坍塌掉块造成的孔内事故多发，严重影响工程进展。开始采用钻孔内旋喷注浆方法对孔壁围岩进行加固，注浆加固效果较差，注浆加固后的孔壁仍然失稳。应用孔口密封装置，可以较好解决上述难题。

用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置1，包括：与孔口管2丝扣连接的护管法兰17；

设于孔口管2内的内衬套12及内衬套底托13，所述内衬套12的上端口设有内衬套法兰11，下端连接内衬套底托13，所述内衬套底托13为圆盘状、中心设有用于所述外平钻杆4通过的圆孔；置于内衬套12内的水封14，膨胀后用于封闭所述外平钻杆4和所述内衬套12之间间隙，所述水封14上设有进水管和与进水管连接的高压阀门16；

用于限制水封14注水后膨出的压盖法兰9；通过调节所述水封14的注水量，来控制孔口密封装置1的密封与否及密封程度，以适应所述钻孔3对不同密封要求的相应情况。

所述内衬套底托13、所述内衬套12和所述内衬套法兰11焊接为一整体。

此外，内衬套底托13、所述内衬套12和所述内衬套法兰之间也可以是丝扣连接。

所述护管法兰17和内衬套法兰11之间设有第二密封胶垫10，所述内衬套法兰11和压盖法兰9之间分别设有第一密封胶垫8。

所述护管法兰17、内衬套法兰11和压盖法兰9通过紧固螺栓15连接。所述内衬套底托13圆孔直径比所述外平钻杆4的直径大4-6mm。

所述内衬套法兰11的内径与所述内衬套12的内径相同，所述内衬套法兰11 的外径大于所述孔口管2的外径，与护管法兰17的外径相同。

所述水封14由弹性耐磨材料制成，呈圆环状，所述圆环的外径与所述内衬套12的内径相同，所述圆环内径与所述内衬套底托13的圆孔直径相同。

所述水封14进水阀门为高压阀门16，与所述进水口的直径相同，所述高压阀门16外接同直径水管。

(2)所述用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置1的辅助装置，按照自下而上连接顺序包括：

旋喷器6；

外平钻杆4，下端与旋喷器6通过回止阀连接；

坑道钻机，外平钻杆4上端穿过孔口密封装置1后从坑道钻机液压卡盘内穿过；

高压管路，外平钻杆4上端与高压管路连接；

注浆泵，注浆泵与高压管路连接；

(3)用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置1的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：安装孔口密封装置1；

步骤2：连接安装孔口密封装置1的辅助装置，使旋喷器6位于需要旋喷的钻孔位置；

步骤3：开动注浆泵，注浆泵通过高压管路，外平钻杆4和旋喷器6把速凝浆液泵入到钻孔3内；

步骤4：孔口密封装置1与外平钻杆4之间流出浆液后，通过高压阀门16向水封14内注入清水，水封14膨胀封闭与外平钻杆4之间间隙；

步骤5：开动坑道钻机回转并上下串动外平钻杆4，带动旋喷器6喷射浆液，随着浆液充满钻孔3，压力增加，钻孔3内浆液向缩径坍塌掉块孔壁7内渗透，达到对缩径坍塌掉块孔壁7静压渗透注浆的目的；

步骤6：旋喷时间在速凝浆液初凝时间前5分钟左右后，通过注浆泵向外平钻杆4及旋喷器6内压清水，不停旋转外平钻杆4，压清水量是整个管路内容积的3倍。初凝后后打开高压阀门16，卸掉水封14内清水，抽出外平钻杆4，候凝；

步骤7：卸掉孔口密封装置1，操作结束。

其中，步骤2中，在把外平钻杆4和旋喷器6下入到钻孔3内前，要检查并保 证外平钻杆4内眼和旋喷器6喷射口畅通。外平钻杆4使用50mm钻杆，回止阀和旋喷器6直径均为50mm。

步骤3中，注浆泵泵量一般不得超过30L/min。且使用速凝浆液，浆液初凝时间控制在20min左右。

步骤4中，孔口密封装置1中的水封14内注水且水封14与外平钻杆4之间密闭后，钻孔3内浆液升压达到1.5MPa时密闭处不得泄露，水封14内注水压力在0.5～1.5MPa之间。

步骤5中，所述注浆泵的注浆压力控制在0.5-1.0MPa之间；向钻孔3内注入的所述速凝浆液的体积控制在钻孔3内容积的1.3-2.0倍。

在整个过程中，外平钻杆4和旋喷器6不得停止回转，防止孔内浆液凝固后封住外平钻杆4。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置，其特征在于，包括：

外平钻杆；

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。

2.根据权利要求1所述的用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置，其特征在于：所述护管法兰与孔口管丝扣连接。

3.根据权利要求1所述的用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置，其特征在于：所述内衬套底托、所述内衬套和所述内衬套法兰焊接为一整体。

4.根据权利要求1所述的用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置，其特征在于：所述护管法兰和内衬套法兰之间设有第二密封胶垫，所述内衬套法兰和压盖法兰之间设有第一密封胶垫；所述护管法兰、内衬套法兰和压盖法兰通过紧固螺栓连接。

5.根据权利要求1所述的用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置，其特征在于：所述内衬套底托圆孔直径比所述外平钻杆的直径大4-6mm；所述内衬套法兰的内径与所述内衬套的内径相同；所述内衬套法兰的外径大于所述孔口管的外径，并与所述护管法兰的外径相同。

6.根据权利要求1所述的用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置，其特征在于：所述水封由弹性耐磨材料制成，呈圆环状，所述圆环的外径与所述内衬套的内径相同，所述圆环内径与所述内衬套底托的圆孔直径相同。

7.根据权利要求1所述的用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置，其特征在于：所述水封进水阀门为高压阀门，与所述进水口的直径相同，所述高压阀门外接同直径水管。

8.用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：依次连接旋喷器、外平钻杆、孔口密封装置、坑道钻机、高压管路和注浆泵，使旋喷器位于需要旋喷的钻孔位置：

步骤2：所述注浆泵通过旋喷器向钻孔内注入速凝浆液，孔口密封装置与外平钻杆之间流出所述速凝浆液后，利用水封膨胀，封闭所述孔口密封装置与外平钻杆之间的间隙；

步骤3：开动坑道钻机回转并上下串动外平钻杆，带动旋喷器喷射浆液，随着浆液充满钻孔，压力增加，钻孔内浆液向缩径坍塌掉块孔壁内渗透，达到对缩径坍塌掉块孔壁静压渗透注浆的目的；

步骤4：旋喷达到设定条件时，改注清水冲洗外平钻杆及旋喷器；所述速凝浆液初凝后卸掉水封内清水，抽出外平钻杆，候凝；卸掉孔口密封装置，操作结束。

9.根据权利要求8所述的用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置的使用方法，其特征在于：步骤2中，注浆泵泵量不得超过30L/min，且速凝浆液的初凝时间控制在20min；向孔口密封装置中的水封内注水，在水封与外平钻杆之间密闭后，钻孔内浆液升压达到1.5MPa时孔口密闭处不得泄露，所述水封内注水压力在0.5～1.5MPa之间。

10.根据权利要求8所述的用于钻孔静压渗透旋喷注浆的孔口密封装置的使用方法，其特征在于：步骤3中，所述注浆泵的注浆压力控制在0.5-1.0MPa之间；向钻孔内注入的所述速凝浆液的体积控制在钻孔内容积的1.3-2.0倍。