CN111441761A - 一种地层钻孔防泥浆流失的模拟装置及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地层钻孔防泥浆流失的模拟装置及模拟方法，包括：模型箱，所述模型箱内从左到右分隔为注浆区、堵漏区和储蓄区，所述注浆区和堵漏区之间开有第一通孔，堵漏区和储蓄区之间开有第二通孔，所述堵漏区内侧铺设有钢丝网，所述钢丝网内布满卵石；加压注水装置，所述加压注水装置通入注浆区；以及监测装置，安装在所述模型箱上，与储蓄区相连通。本发明在堵漏区铺设有钢丝网和卵石，可起到较好的防卵石塌落和堵漏效果；在泥浆中可以加入不同类型添加剂，能够探求漏浆压力下达到最佳堵漏效果下的泥浆添加剂；且用料常见，操作简单，适用性强。

Description

一种地层钻孔防泥浆流失的模拟装置及模拟方法

技术领域

本发明涉及防泥浆流失技术领域，尤其涉及一种地层钻孔防泥浆流失的模拟装置及模拟方法，适用于如地测勘探、钻孔灌注桩及地下连续墙施工等各类地层钻孔，因地下溶洞或暗河等原因导致的孔内泥浆流失现象的防治。

背景技术

地测勘探、地下连续墙及钻孔灌注桩等各类地下施工技术都需要进行地层钻孔，而地层钻孔过程中，影响钻孔质量的因素很多，其中钻孔出现漏浆现象，会造成孔内泥浆液面下降导致孔壁坍塌，影响钻孔质量、钻孔速度、施工安全等，严重时会导致各种安全事故。现急需一种能够有效防止泥浆流失的方法。

现有漏浆处理的方法，有通过高压旋喷钻机在周围土体形成帷幕，改良周围土体来进行防渗的方法；也有回填片石和黏土堵漏法和投放堵漏材料等进行处理。上述方式存在着以下问题：(1)由于受到现场条件的限制而操作困难，浪费时间和人力物力；(2)适用条件高，不具有普适性，对于特定工况以外的工程项目堵漏效果差，不能有效防止泥浆流失；(3)投放堵漏材料的品种、数量等存在选择的困难。

模型试验法是研究新方法实施的重要途径，不仅工程造价低，且能有效模拟实际工程下的真实情况。现有的地层钻孔模型试验并未考虑泥浆的流失与否，也不能测试漏浆处理方法的好坏，有必要设计一套地层钻孔防泥浆流失的模型装置来进行模拟。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作方便、具有较好普适性的地层钻孔防泥浆流失装置和方法，以解决相关技术中存在的无法测量泥浆流失及无法评估漏浆处理方法好坏的问题。

以更好地应用于实际工程，并为实际工程提供数据参考。同时，本发明可探究漏浆压力下，添加不同泥浆添加剂配方的堵漏效果试验。

本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种地层钻孔防泥浆流失的模拟装置，包括：

模型箱，所述模型箱内从左到右分隔为注浆区、堵漏区和储蓄区，所述注浆区和堵漏区之间开有第一通孔，堵漏区和储蓄区之间开有第二通孔；

加压注水装置，所述加压注水装置通入注浆区；以及

监测装置，安装在所述模型箱上，与储蓄区相连通。

进一步地，所述模型箱为具有可打开顶盖的透明模型箱。

进一步地，还包括锁紧结构，所述锁紧结构装夹在所述模型箱顶部和底部。

进一步地，所述注浆区内设有由外置电机控制的带叶片的搅拌机。

进一步地，所述注浆区内可添加不同的堵漏添加剂。

进一步地，所述堵漏区内侧铺设有钢丝网，所述钢丝网内布满卵石。

进一步地，所述卵石粒径大小从左向右逐渐减小。

进一步地，靠注浆区一侧铺设50×50mm大网孔钢丝网，靠储蓄区一侧铺设10×10mm小网孔钢丝网。

进一步地，所述加压注水装置包括水箱、增压泵、控压计量器和压力罐，所述水箱、增压泵和压力罐通过管路依次相连，控压计量器分别与增压泵和压力罐相连，压力罐通过管路通入注浆区。

进一步地，所述监测装置包括液管以及安装在所述液管上的测压器、流量计和阀门。

第二方面，本发明实施例还提供一种地层钻孔防泥浆流失的模拟方法，该方法在第一方面所述的装置中实现，该方法包括：

试验模拟：向注浆区注满已加入堵漏添加剂的泥浆、堵漏区铺设卵石，通过加压注水装置向注浆区内注水进行加压，泥浆通过堵漏区部分渗透进储蓄区；

监测观察：通过监测装置观察加压过程中压力和流量的读数变化并记录，并可以此为根据向泥浆中加入不同类型堵漏添加剂，观察在漏浆压力下，添加不同泥浆添加剂配方的堵漏效果。

根据上述技术方案，本发明实施例在堵漏区铺设有钢丝网，并在钢丝网内布满卵石，可起到较好的防卵石塌落和堵漏效果。注水加压后，泥浆渗透过程中渗透性会发生变化，从而使得泥浆更难进入储蓄区，起到较好的防漏效果。在储蓄区外接监测装置，用以测量经过堵漏区渗透入储蓄区泥浆的压力和流量大小，用以监测装置防漏效果，并可以此为根据向泥浆中加入不同类型添加剂，可探求漏浆压力下达到最佳堵漏效果下的泥浆添加剂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的一种地层钻孔防泥浆流失的模拟装置的整体结构剖切示意图。

图2为本发明实施例的模型箱顶盖俯视示意图。

图3为本发明实施例的有机玻璃板示意图。

图4位本发明实施例的大网孔菱形钢丝网示意图。

图5为本发明实施例的小网孔菱形钢丝网示意图。

附图标记：1、螺杆；2、搅拌机；3、有机玻璃板；4、大网孔钢丝网；5、卵石；6、小网孔钢丝网；7、测压器；8、流量计；9、阀门；10、液管；11、钢梁；12、螺栓；13、橡胶圈；14、模型箱；15、钢板；16、钢支架底座；17、水箱；18、增压泵；19控压计量器；20、压力罐。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

如图1和图2所示，本发明实施例提供一种地层钻孔防泥浆流失的模拟装置，包括：

模型箱14，所述模型箱14内从左到右分隔为注浆区、堵漏区和储蓄区，所述注浆区和堵漏区之间开有第一通孔，堵漏区和储蓄区之间开有第二通孔；

加压注水装置，所述加压注水装置通入注浆区；以及

监测装置，安装在所述模型箱14上，与储蓄区相连通。

根据上述技术方案，本发明实施例在堵漏区铺设有钢丝网，并在钢丝网内布满卵石，可起到较好的防卵石塌落和堵漏效果。注水加压后，泥浆渗透过程中渗透性会发生变化，从而使得泥浆更难进入储蓄区，起到较好的防漏效果。在储蓄区外接监测装置，用以测量经过堵漏区渗透入储蓄区泥浆的压力和流量大小，用以监测装置防漏效果，并可以此为根据向泥浆中加入不同类型添加剂，可探求漏浆压力下达到最佳堵漏效果下的泥浆添加剂。

本实施例中，所述模型箱14为具有可打开顶盖的透明模型箱，可以采用有机玻璃材质，方便观察。

本实施例中，还包括锁紧结构，所述锁紧结构装夹在所述模型箱14顶部和底部。具体的，该锁紧结构包括四根钢梁11、钢板15、螺杆1和螺栓12，模型箱14顶盖上粘有四根钢梁11，钢梁11之间通过焊接形成整体并呈“井”字形排列，模型箱14下端放有钢板15，钢梁11和钢板15之间通过螺杆1和螺栓12相连，整体装置可放置于钢支架底座16上。钢梁11和钢板15用以固定模型箱14顶盖，用螺杆1和螺栓12相连后可压紧模型箱14顶盖及橡胶圈，防止顶盖在注水加压后脱离模型箱14并对整体进行加固。

本实施例中，模型箱14内粘有两块下部开口的有机玻璃板3，其将模型箱14分隔成三块区域，即注浆区、堵漏区和储蓄区。模型箱14顶部和顶盖接触处、有机玻璃板3顶部均安装有橡胶圈13，用以止水。本实施例中，本实施例中的两块有机玻璃板3粘结于模型箱14底部和侧边，有机玻璃板3下部有开口(第一通孔和第二通孔)，注入的泥浆可通过开口向堵漏区和储蓄区进行渗透。

本实施例中，所述注浆区内设有由外置电机控制的带叶片的搅拌机2，用以搅拌泥浆生成泥浆护壁。

本实施例中，本实施例中通过对注入注浆区的泥浆加入不同的添加剂，来探求不同添加剂配方下装置的堵漏效果。采用近年来常见的FA-367，XY-27，PAM和CMC等添加剂，其中，FA-367属两性离子体系泥浆添加剂，XY-Z7是两性离子体系与FA-367配合使用的泥浆稀释剂，PAM(聚丙烯酰胺)是常用的泥浆处理剂，CMC常作为泥浆的降滤失水剂。

本实施例中，如图3-5所示，两块有机玻璃板3内侧铺设有钢丝网，所述钢丝网内布满卵石5，靠注浆区一侧铺设50×50mm大网孔钢丝网4，靠储蓄区一侧铺设10×10mm小网孔钢丝网6，所述卵石5粒径大小从左向右逐渐减小，钢丝网用以防止堵漏区内卵石5从有机玻璃板3下部开口处漏出，当注水加压后，泥浆渗透过程中渗透性会发生变化，从而使得泥浆更难进入储蓄区，起到较好的防漏效果。

本实施例中，所述加压注水装置包括水箱17、增压泵18、控压计量器19和压力罐20，所述水箱17、增压泵18和压力罐20通过管路依次相连，控压计量器19分别与增压泵18和压力罐20相连，模型箱14顶盖开有孔洞，压力罐通过管路伸入孔洞进入注浆区。控压计量器19用以测量并控制注水压力。

本实施例中，所述监测装置包括液管10以及安装在所述液管10上的测压器7、流量计8和阀门9，模型箱14在靠储蓄区侧边开有孔洞，液管10接在孔洞上。测压器7和流量计8用以测量试验过程中经过堵漏区渗透入储蓄区泥浆的压力和流量大小，用以监测装置防漏效果，阀门9用以开闭泥浆的流出。

本发明还提供一种地层钻孔防泥浆流失的模拟方法，该方法在上述的装置中实现，该方法包括：

试验模拟：打开模型箱14的顶盖，向注浆区注满已加入堵漏添加剂的泥浆、堵漏区铺设卵石5后盖上模型箱的顶盖，并通过螺杆1和螺栓12对模型箱14顶盖进行加固。开启电机，并通过加压注水装置向注浆区内注水进行加压，泥浆通过堵漏区部分渗透进储蓄区；

监测观察：打开阀门，观察加压过程中测压器7与流量计8的读数变化并记录，并可以此为根据向泥浆中加入不同类型堵漏添加剂，观察在漏浆压力下，添加不同泥浆添加剂配方的堵漏效果。

本实施例中地层钻孔防泥浆流失的模拟装置的拆卸回收：待各项工作完成后，打开模型箱14顶盖，依次对螺杆1、带叶片的搅拌机2、大网孔钢丝网4、小网孔钢丝网6、卵石5、测压器7、流量计8、阀门9、螺栓12、橡胶圈13等构件进行及时的整理回收。同时，模型箱14可从钢板15上取出，对模型箱14内的泥浆进行清理和回收，以便下次试验使用。

本实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种地层钻孔防泥浆流失的模拟装置，其特征在于，包括：

模型箱，所述模型箱内从左到右分隔为注浆区、堵漏区和储蓄区，所述注浆区和堵漏区之间开有第一通孔，堵漏区和储蓄区之间开有第二通孔，所述堵漏区内侧铺设有钢丝网，所述钢丝网内布满卵石；

加压注水装置，所述加压注水装置通入注浆区；以及

监测装置，安装在所述模型箱上，与储蓄区相连通。

2.根据权利要求1所述的一种地层钻孔防泥浆流失的模拟装置，其特征在于，所述模型箱为具有可打开顶盖的透明模型箱。

3.根据权利要求1所述的一种地层钻孔防泥浆流失的模拟装置，其特征在于，还包括锁紧结构，所述锁紧结构装夹在所述模型箱顶部和底部。

4.根据权利要求1所述的一种地层钻孔防泥浆流失的模拟装置，其特征在于，所述注浆区内设有由外置电机控制的带叶片的搅拌机。

5.根据权利要求1所述的一种地层钻孔防泥浆流失的模拟装置，其特征在于，所述注浆区内可添加不同的堵漏添加剂。

6.根据权利要求1所述的一种地层钻孔防泥浆流失的模拟装置，其特征在于，所述卵石粒径大小从左向右逐渐减小。

7.根据权利要求1所述的一种地层钻孔防泥浆流失的模拟装置，其特征在于，靠注浆区一侧铺设50×50mm大网孔钢丝网，靠储蓄区一侧铺设10×10mm小网孔钢丝网。

8.根据权利要求1所述的一种地层钻孔防泥浆流失的模拟装置，其特征在于，所述加压注水装置包括水箱、增压泵、控压计量器和压力罐，所述水箱、增压泵和压力罐通过管路依次相连，控压计量器分别与增压泵和压力罐相连，压力罐通过管路通入注浆区。

9.根据权利要求1所述的一种地层钻孔防泥浆流失的模拟装置，其特征在于，所述监测装置包括液管以及安装在所述液管上的测压器、流量计和阀门。

10.一种地层钻孔防泥浆流失的模拟方法，其特征在于，该方法在权利要求1-9任一项所述的模拟装置中实现，该方法包括：

试验模拟：向注浆区注满已加入堵漏添加剂的泥浆、堵漏区铺设卵石，通过加压注水装置向注浆区内注水进行加压，泥浆通过堵漏区部分渗透进储蓄区；

监测观察：通过监测装置观察加压过程中压力和流量的读数变化并记录，并可以此为根据向泥浆中加入不同类型堵漏添加剂，观察在漏浆压力下，添加不同泥浆添加剂配方的堵漏效果。

Images