CN105064985B - 基于渣料分析进行竖井钻进工艺动态调整的判定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于渣料分析进行竖井钻进工艺动态调整的判定方法，包括以下步骤,根据地勘提供的地质情况，采用反井钻机从上向下进行导孔钻进，定期打捞钻出的岩渣；通过对打捞出的岩渣取样分析，初步判定不同深度段的竖井岩性情况，并与地勘提供的地质情况对比；根据判定出的不同深度段的竖井岩性情况选定不同深度段扩孔钻进的工艺参数；导孔钻通后，更换反井钻机钻头，并根据选定的扩孔钻进工艺参数从上向上进行扩孔，扩孔过程中通过对渣料成分的分析以及出渣的实际数量和正常计算数量的比较分析，提高对实际地质情况判定的可靠性，以便及时动态调整钻进时的扭矩、推力和转速等工艺参数，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及竖井反井钻机法施工领域，具体涉及一种基于渣料分析进行竖井钻进工艺动态调整的判定方法。
背景技术
我国正在加大交通及能源基础设施建设，各种长大隧道、巷道建设越来越多，受正洞独头通风距离条件限制，通常将竖井作为辅助通风和救援通道设施。特别是150-500m深的小直径竖井目前在铁路、公路、水利、矿井建设中设计越来越多，其建设成败关系着工程主体能否快速推进的保证。小直径竖井空间小，人工作业困难，通常采用反井钻机法掘进，先自上向下钻一个20-30cm的导孔至下水平巷道，当导孔钻透以后，在下水平巷道内卸去导孔钻头并接上扩孔钻头，然后沿导孔自下而上扩孔，直至钻头钻至地面，井孔即钻进结束。
由于长大隧道、巷道的竖井通常处于地形条件复杂、交通不便的山区，地质勘探时大部分都做的不深不细，常常出现实际地质情况与地勘时不符现象。深长小直径竖井采用反井钻机掘进时，钻孔直径小，井孔深，人员不能有效直观的观察井壁地质情况，而地质情况对施工工艺选择起着决定性的作用，特别是遇到煤层瓦斯、断层破碎带、膨胀岩、高地应力及流砂地层等不良地质，更对施工安全起着重要作用。国内已有的竖井施工时常常是根据地勘设计提供的地质情况制定掘进工艺，或者在空间足够大时情况下才利用人员下去观察，判定地质情况及井壁情况的途径较单一，都没有通过渣料管理分析这一途径去判定地质情况，从开始钻进到结束大多根据地勘设计提供的地质情况按固定的工艺参数进行，不能有效适应实际地质变化情况，更没有做到动态调整钻进工艺。
因此，需要一种基于渣料分析进行竖井钻进工艺动态调整的判定方法，增加合理判定竖井地质情况及井壁是否坍孔情况的新途径，提高对实际地质情况判定的可靠性，以便及时动态调整钻进时的扭矩、推力和转速等工艺参数，提高生产效率，同时保证施工安全和工程质量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的一种基于渣料分析进行竖井钻进工艺动态调整的判定方法，增加合理判定竖井地质情况及井壁是否坍孔情况的新途径，提高对实际地质情况判定的可靠性，以便及时动态调整钻进工艺参数，提高生产效率，同时保证施工安全和工程质量。
本发明的基于渣料分析进行竖井钻进工艺动态调整的判定方法，包括以下步骤,根据地勘提供的地质情况，采用反井钻机从上向下进行导孔钻进，定期打捞钻出的岩渣；通过对打捞出的岩渣取样分析，初步判定不同深度段的竖井岩性情况，并与地勘提供的地质情况对比；根据判定出的不同深度段的竖井岩性情况选定不同深度段扩孔钻进的工艺参数；导孔钻通后，更换反井钻机钻头，并根据选定的扩孔钻进工艺参数从上向上进行扩孔；
进一步，在扩孔钻进过程中，根据一定扩孔深度产生的实际渣料量和理论计算渣料量的误差以及渣料粒径大小变化，判断是否出现塌孔并评估发生埋钻的风险；
进一步，所述导孔钻进完成后，先进行一定深度的扩孔，利用扩孔得到渣料计算出渣料的松散系数并利用该松散系数得到所述理论计算渣料量；
进一步，在扩孔钻进过程中，对扩孔过程中产生的渣料取样分析，将分析出的实际岩性与地勘提供的岩性以及导孔钻进时初步判定的岩性情况进行比较，根据比较结果动态调整扩孔钻进的扭矩、推力和转速等工艺参数；
进一步，在扩孔钻进过程中，若渣料粒径先正常后变大，且正常粒径渣料量与理论计算渣料量误差大于5％，可判定已扩孔完成段发生塌孔；若渣料粒径正常，且实际渣料量与理论计算渣料量误差大于10％，可判定已扩孔完成段发生塌孔；若实际渣料量与理论计算渣料量误差大于30％，可判定已扩孔完成段发生塌孔较大且埋钻的风险高；
进一步，在扩孔钻进过程中，若判定出发生埋钻的风险高，因及时把钻杆提出孔外，并对塌孔段井壁进行加固处治。
本发明的有益效果是：本发明的基于渣料分析进行竖井钻进工艺动态调整的判定方法，在反井钻机进行导孔钻进过程中，在岩渣和泥砂进入地面上的沉砂池之前把其捞出来，试验人员每天定时对其取样进行统一存放和编号记录，经验丰富的地质工程师根据渣样情况进行现场快速分析整理，初步判定不同深度段竖井岩性地质情况，项目技术负责人根据初步判定的地质情况，选定不同深度岩层地段扩孔时的钻进工艺参数，因此，基于渣料分析进行竖井钻进工艺动态调整的判定方法增加合理判定竖井实际地质情况的新途径，提高对实际地质情况判定的可靠性，以便及时动态调整掘进工艺，提高生产效率，同时保证施工安全和工程质量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的竖井导孔钻进示意图；
图2为本发明的竖井扩孔钻进示意图。
具体实施方式
图1为本发明的竖井导孔钻进示意图；图2为本发明的竖井扩孔钻进示意图。本实施例的基于渣料分析进行竖井钻进工艺动态调整的判定方法，包括以下步骤,利用反井钻机3进行导孔钻进，定期打捞钻出岩渣取样分析；根据打捞出的岩渣4初步判定不同深度段的竖井岩性情况；根据判定出的不同深度段的竖井岩性情况选定不同深度段扩孔钻进的工艺参数；利用反井钻机3并根据选定的扩孔钻进工艺参数进行扩孔5，本实施例中，根据地勘提供的地质情况，利用反井钻机3从地面向下钻进直径28cm的导孔2，钻进过程中产生的渣料在进入沉砂池之前把其捞出来，试验人员每6小时对其取样统一存放和编号记录，同时安排1名经验丰富的地质工程师根据渣样情况进行现场快速分析，初步判定不同深度段竖井岩性地质情况，项目技术负责人根据地质工程师提供的地质判定结果，在扩孔施工技术方案编制时分别选定不同深度地段钻进技术参数，然后向反井钻机3操作人员进行技术交底。
本实施例中，在扩孔钻进过程中，根据一定扩孔深度产生的实际渣料量和理论计算渣料量的误差以及渣料粒径大小变化，判断是否出现塌孔并评估发生埋钻的风险，本实施例中，理论计算渣料量可以通过扩孔深度以及渣土的松散系数得出，当实际渣料量和理论计算渣料量的误差超过某个设定值时，可以判断已经完成的扩孔段是否出现塌孔从而评估埋钻的风险，从而判断是否提钻以消除施工安全风险。
本实施例中，所述导孔钻进完成后，先进行一定深度的扩孔，利用扩孔得到渣料7计算出渣料的松散系数并利用该松散系数得到所述理论计算渣料量，本实施例中，扩孔作业先施作2m竖井深度，对落入水平巷道1内的渣量进行统计，计算渣料松散系数。然后在施工过程中，位于下面出料口水平巷道1处的技术人员实时对渣料的粒径及方量进行统计，根据一定扩孔长度产生的实际渣料数据和理论计算渣料量进行比较分析，判断是否发生塌孔。
本实施例中，在扩孔钻进过程中，对扩孔过程中产生的渣料取样分析，将分析出的实际岩性与地勘提供的岩性以及导孔钻进时初步判定的岩性情况进行比较，根据比较结果动态调整扩孔的工艺参数，如：在扩孔施工至离地面95m时，地勘提供及孔导施工时判定该处地质为砂岩，但地质工程师通过渣料的现场分析，判定此处为泥岩。地质工程师及时将判定结果反馈项目技术负责人，遵循“岩变我变”的原则，技术负责人及时通知反井钻机3操作人员，动态调整扩孔钻进时的扭矩、推力和转速等技术参数，实现动态信息化施工。
本实施例中，在进行实际渣料统计分析的同时，安排地质工程师对产生的渣料取样现场分析，将判定的实际岩性与导孔钻进时初步判定的岩性地质进行比较，若渣料粒径先正常后变大，且正常粒径渣料量与理论计算渣料量误差大于5％，可判定已扩孔完成段发生塌孔；若渣料粒径正常，且实际渣料量与理论计算渣料量误差大于10％，可判定已扩孔完成段发生塌孔；若实际渣料量与理论计算渣料量误差大于30％，可判定已扩孔完成段发生塌孔较大且埋钻的风险高；
本实施例中，在在扩孔钻进过程中，值班技术人员根据渣料管理分析得出塌孔或埋钻风险的结论后，及时反馈施工技术负责人，通知钻机操作人员立即提钻，把钻杆全部提出孔外，然后对塌孔段井壁进行“水泥+水玻璃”双液注浆、喷锚支护等相应加固处治，消除施工安全风险以及后期竖井实体工程质量隐患。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种基于渣料分析进行竖井钻进工艺动态调整的判定方法，其特征在于,包括以下步骤：
根据地勘设计提供的竖井岩层地质情况，采用反井钻机进行从上向下进行导孔钻进，定期打捞钻出岩渣；
根据打捞出的岩渣取样分析以及与地勘设计提供地质情况对比，初步判定不同深度段的竖井岩性情况；
根据初步判定出的不同深度段的竖井岩性情况，选定不同深度段扩孔钻进的工艺参数；
导孔钻通后，更换钻头，利用反井钻机并根据选定的扩孔钻进工艺参数从下向上进行扩孔作业；在扩孔钻进过程中，对扩孔过程中产生的渣料取样分析，将分析出的实际岩性与地勘提供的岩性以及导孔钻进时初步判定的岩性情况进行比较，根据比较结果动态调整扩孔钻进的工艺参数。
2.根据权利要求1所述的基于渣料分析进行竖井钻进工艺动态调整的判定方法，其特征在于：在扩孔钻进过程中，根据一定扩孔深度产生的实际渣料量和理论计算渣料量的误差以及渣料粒径大小变化，判断是否出现塌孔并评估发生埋钻的风险。
3.根据权利要求2所述的基于渣料分析进行竖井钻进工艺动态调整的判定方法，其特征在于：所述导孔钻进完成后，先进行一定深度的扩孔，利用扩孔得到渣料计算出渣料的松散系数并利用该松散系数得到所述理论计算渣料量。
4.根据权利要求2所述的基于渣料分析进行竖井钻进工艺动态调整的判定方法，其特征在于：在扩孔钻进过程中，若渣料粒径先正常后变大，且正常粒径渣料量与理论计算渣料量误差大于5％，可判定已扩孔完成段发生塌孔；若渣料粒径正常，且实际渣料量与理论计算渣料量误差大于10％，可判定已扩孔完成段发生塌孔；若实际渣料量与理论计算渣料量误差大于30％，可判定已扩孔完成段发生塌孔较大且埋钻的风险高。
5.根据权利要求2所述的基于渣料分析进行竖井钻进工艺动态调整的判定方法，其特征在于：在在扩孔钻进过程中，若判定出发生埋钻的风险高，因及时把钻杆提出孔外，并对塌孔段井壁进行加固处治。
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