CN112031655B - 一种水射流扩孔与局部注浆结合的钻具及固孔工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水射流扩孔与局部注浆结合的钻具及固孔工艺方法，包括从下到上依次连接的钻头、水射流钻具、单向接头、螺旋钻杆、封隔钻具、双壁高压密封钻杆和高压双壁送水器。井下钻孔施工钻遇破碎带时，下入该钻具组合进行回转水射流扩孔，以扩大破碎带有效孔径，然后通过封隔钻具实现孔内局部封隔后再进行孔内注浆固孔；该方法将水射流扩孔与局部封隔注浆结合，水泥浆液可深入破碎区，提高水泥注浆可靠性和固孔效果，而且二次钻进钻孔轨迹不偏离原轨迹，有利于继续钻进成孔，对煤矿井下瓦斯抽采钻孔快速通过塌孔段，提供了有效的解决手段。
Description
技术领域
本发明属于煤矿井下钻探技术领域，涉及一种煤矿井下瓦斯抽采孔破碎孔段钻进工艺，是水射流扩孔与注浆结合的一体化工艺方法，具体涉及一种水射流扩孔与局部注浆结合的钻具及固孔工艺方法。
背景技术
随着煤矿开采条件越来越复杂，井下瓦斯等灾害治理要求更加严格，煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工要求越来越高，而对于定向钻孔施工而言，要求尽可能按设计深度和钻进层位进行钻进施工，这就不可避免会出现钻遇地质构造、煤岩层破碎带等结构不稳定地层的情况。目前，钻遇破碎带导致无法钻进施工时，一般采取调整钻进轨迹层位绕过、回转扩孔或注浆固孔等几种形式。
其中，通过调整钻进轨迹绕开，常常也出现无法通过破碎带，而且绕过破碎带时钻孔轨迹和钻进层位需要很大调整，施工难度增加同时对设计作较大调整，不符合预期施工要求；对于回转扩孔处理方式，仅在少数情况下能解决处理后顺利钻进通过；而注浆固孔方式，采用的是全孔注浆，即密封孔口后进行注浆，全孔段注浆水泥消耗量大，对深孔进行处理时水泥浆很充分压入破碎区域，注浆效果很差，而且重新钻进扫孔时钻孔容易偏离原轨迹，需要反复多次注浆处理。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供一种水射流扩孔与局部注浆结合的钻具及固孔工艺方法，主要解决井下钻孔施工破碎带塌孔问题，采用水射流扩孔和局部注浆结合的一体化扫孔固孔工艺，实现破碎带有效注浆保护，保证后续钻进施工钻孔稳定。
为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种水射流扩孔与局部注浆结合的钻具，包括依次连接的钻头、水射流钻具、单向接头、螺旋钻杆、封隔钻具、双壁高压密封钻杆和高压双壁送水器；
所述封隔钻具包括同轴的外管、内管、外管和内管之间的环空流道以及内管的中心通道；所述外管沿轴向依次为外管母接头、第一外管体、第二外管体和外管公接头，第一外管体外壁依次套有膨胀胶筒和胶筒保护层，在膨胀胶筒覆盖的第一外管体侧壁上沿轴向依次设有膨胀腔单向阀和泄压孔，第一外管体和内管之间为所述环空流道，第二外管体内壁紧贴内管外壁，在第二外管体侧壁设有径向的定位销；所述内管外壁依次设有环形的安装槽、环形凸台和定位槽；安装槽位于内管端部，在安装槽处套有中心插接接头且中心插接接头外侧为所述外管母接头；在环形凸台两侧的内管外分别套有紧贴内管外壁和第二外管体内壁的第一活塞和第二活塞，且第一活塞与所述膨胀腔单向阀相对，第二活塞与所述泄压孔相对，在第二活塞端面和第二外管体端面之间设有与内管同轴的弹簧；环形凸台上设有径向的泄压单向阀；
所述双壁高压密封钻杆的内壁与所述内管密封连接，外壁与所述外管密封连接，水流能依次通过高压双壁送水器中心通道、双壁高压密封钻杆中心通道、封隔钻具中心通道、螺旋钻杆中心通道和单向接头流至水射流钻具的喷嘴喷出对破碎带孔壁进行水射流扩孔；
所述双壁高压密封钻杆的内壁与外壁之间的水流能流入所述环空流道并推动第一活塞带动内管轴向移动，水流通过膨胀腔单向阀使膨胀胶筒膨胀对钻孔进行封隔；
水泥浆能依次通过高压双壁送水器中心通道、双壁高压密封钻杆中心通道、封隔钻具中心通道、螺旋钻杆中心通道、单向接头和水射流钻具进行局部注浆。
本发明还包括如下技术特征：
具体的，所述第一活塞的轴向长度小于第二活塞的轴向长度，水流进入环空流道并推动第一活塞带动内管轴向移动后，第一活塞不再封堵膨胀腔单向阀，而第二活塞依然封堵泄压孔，从而使水流通过膨胀腔单向阀使膨胀胶筒膨胀对钻孔进行封隔。
具体的，所述内管继续轴向移动至第二活塞不封堵泄压孔时，泄压孔与泄压单向阀导通，膨胀胶筒内的水从泄压孔流出再通过单向泄压阀进入内管的中心流道，且定位销能插入定位槽内对内管进行轴向定位；膨胀胶筒内压力泄压，膨胀胶筒收缩变形，与钻孔壁分离，实现解封。
具体的，所述膨胀腔单向阀有多个，且沿外管周向均布；
所述泄压孔有多个，且沿外管周向均布；
所述泄压单向阀有多个，且沿内管周向均布。
具体的，所述螺旋钻杆为高压密封的单壁整体螺旋钻杆，螺旋钻杆设有中心通道，螺旋钻杆两端接头具有高压密封性，螺旋钻杆外壁设有整体铣削螺旋槽以利于破碎带排渣。
具体的，所述单向接头内通水或注浆时，只能从孔口至孔内正向流动，不能回流。
一种水射流扩孔与局部注浆结合的固孔工艺方法，包括以下步骤：
步骤1，连接所述的水射流扩孔与局部注浆结合的钻具，其中，双壁高压密封钻杆接3-9m；然后通过钻机将钻具推送下入钻孔内，下钻中每间隔一段通过泥浆泵低压档采用小排量通水洗孔，确保下钻顺畅；
步骤2，水射流扩孔：下钻至破碎带范围时，回转双壁高压密封钻杆，启动泥浆泵大排量输出，水射流钻具喷嘴进行高压水射流对破碎带孔壁形成巨大冲刷作用，回转同时不断来回提送钻具，起到充分冲刷破碎作用；
步骤3，封隔钻具坐封：水射流扩孔完成后，后提钻具至岩层稳定孔段距离破碎带5-10m，然后通过双壁高压密封钻杆内壁和外壁间环空间隙供水，设置溢流阀压力5-6MPa，待泥浆泵输出端溢流，则停泵，封隔钻具对孔壁完成坐封；操作钻机慢慢给进和起拔，若压力增加，则表明封隔钻具完成坐封；
步骤4，注浆：高压双壁送水器中心流道接口连接注浆泵，采用注浆泵将配置好的水泥浆沿着双壁高压密封钻杆中心通道注入孔内，先注入水泥浆，最后注入一定量清水驱替，注浆完成后拆卸清洗设备和管路；
步骤5，解封提钻：待水泥浆初凝后，通过双壁高压密封钻杆的内壁和外壁环空间隙供水，泥浆泵溢流压力设置8-10MPa，待泥浆泵输出端溢流，停泵，此时封隔钻具解封，然后慢慢后拉钻杆，退出钻具，并用清水冲洗钻具；
步骤6，下定向钻具继续钻进，待水泥浆充分凝固后，依次连接好定向钻头、螺杆钻具和定向钻杆，下入钻孔内，接近注浆区域时，通水开始扫孔钻进，确认穿过破碎带后继续定向施工。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
(1)本发明通过高压水射流扩孔，扩大破碎区域有效孔径，提高注浆固孔效果；采用局部注浆工艺，水泥浆液可以深入破碎区，二次钻进钻孔轨迹不偏离原轨迹，有利于继续钻进成孔，且相比孔口注浆，节约了注浆水泥，保证注浆效果。
(2)本发明将水射流扩孔与局部封隔注浆结合，提高了水泥浆固孔的可靠性与效率，对煤矿井下瓦斯抽采钻孔快速通过塌孔段，提供了有效的解决手段；该工艺实现水射流与注浆一体化，简化施工工艺。
附图说明
图1水射流与局部注浆钻具注浆施工示意图。
图2封隔钻具结构示意图。
图3水射流施工示意图。
图4钻具解封提钻施工示意图。
图5二次下钻定向施工示意图。
图6本发明施工方法的流程图。
附图标号含义：
1.钻头，2.水射流钻具，3.单向接头，4.螺旋钻杆，5.封隔钻具，6.双壁高压密封钻杆，7.高压双壁送水器，8.破碎带，9.注浆水泥，10.稳定岩层，11.定向钻杆，12.定向钻头；
51.外管，52.内管，53.环空流道，54.膨胀胶筒，55.胶筒保护层，56.中心插接接头，57.第一活塞，58.第二活塞，59.弹簧；
511.外管母接头，512.第一外管体，513.第二外管体，514.外管公接头，515.膨胀腔单向阀，516.泄压孔，517.定位销；
521.安装槽，522.环形凸台，523.定位槽，524.泄压单向阀，525-密封端盖，526-支撑环。
以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。
具体实施方式
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
本实施例提供一种水射流扩孔与局部注浆结合的钻具，如图1所示，包括依次连接的钻头1、水射流钻具2、单向接头3、螺旋钻杆4、封隔钻具5、双壁高压密封钻杆6和高压双壁送水器7。
如图2所示，封隔钻具5包括同轴的外管51、内管52、外管51和内管52之间的环空流道53以及内管52的中心通道；外管51沿轴向依次为外管母接头511、第一外管体512、第二外管体513和外管公接头514，第一外管体512外壁依次套有膨胀胶筒54和胶筒保护层55，在膨胀胶筒54覆盖的第一外管体512侧壁上沿轴向依次设有膨胀腔单向阀515和泄压孔516，第一外管体512和内管52之间为环空流道53，第二外管体513内壁紧贴内管52外壁，在第二外管体513侧壁设有径向的定位销517；内管52外壁依次设有环形的安装槽521、环形凸台522和定位槽523；安装槽521位于内管52端部，在安装槽521处套有中心插接接头56且中心插接接头56外侧为外管母接头511；更具体的，在本实施例中，在中心插接接头56端部和安装槽521侧壁之间设有环形的密封端盖525以对中心通道和环空流道进行密封分隔；在外管51的内壁和内管52的外壁之间设有环形的支撑环526以对内管52进行支撑扶正，且支撑环526上设有通孔以使环空流道中的水流能轴向流通；在环形凸台522两侧的内管52外分别套有紧贴内管52外壁和第二外管体513内壁的第一活塞57和第二活塞58，且第一活塞57与膨胀腔单向阀515相对，第二活塞58与泄压孔516相对，在第二活塞58端面和第二外管体513端面之间设有与内管52同轴的弹簧59；环形凸台522上设有径向的泄压单向阀524。
双壁高压密封钻杆6的内壁与内管52密封连接，外壁与外管51密封连接，水流能依次通过高压双壁送水器中心通道、双壁高压密封钻杆中心通道、封隔钻具中心通道、螺旋钻杆中心通道和单向接头3流至水射流钻具5的喷嘴喷出对破碎带孔壁进行水射流扩孔。
双壁高压密封钻杆6的内壁与外壁之间的水流能流入环空流道53并推动第一活塞57带动内管52轴向移动，水流通过膨胀腔单向阀515使膨胀胶筒54膨胀对钻孔进行封隔。
水泥浆能依次通过高压双壁送水器中心通道、双壁高压密封钻杆中心通道、封隔钻具中心通道、螺旋钻杆中心通道、单向接头3和水射流钻具5进行局部注浆。
具体的，第一活塞57的轴向长度小于第二活塞58的轴向长度，水流进入环空流道53并推动第一活塞57带动内管52轴向移动后，第一活塞57不再封堵膨胀腔单向阀515，而第二活塞58依然封堵泄压孔516，从而使水流通过膨胀腔单向阀515使膨胀胶筒54膨胀对钻孔进行封隔。
内管52继续轴向移动至第二活塞58不封堵泄压孔516时，泄压孔516与泄压单向阀导524通，膨胀胶筒54内的水从泄压孔516流出再通过单向泄压阀524进入内管52的中心流道，且定位销517能插入定位槽523内对内管52进行轴向定位；膨胀胶筒54内压力泄压，膨胀胶筒54收缩变形，与钻孔壁分离，实现解封。
膨胀腔单向阀515有多个，且沿外管周向均布；泄压孔516有多个，且沿外管周向均布；泄压单向阀524有多个，且沿内管周向均布。
螺旋钻杆4为高压密封的单壁整体螺旋钻杆，螺旋钻杆4设有中心通道，螺旋钻杆4两端接头具有高压密封性，螺旋钻杆4外壁设有整体铣削螺旋槽以利于破碎带排渣。
单向接头3内通水或注浆时，只能从孔口至孔内正向流动，不能回流。
具体的，双壁高压密封钻杆是双层高压密封结构，具有中心通孔流道以及内壁和外壁间环空流道，最大耐压达到20MPa以上，高压双壁送水器与双壁高压密封钻杆连接，同样具有中心通道和环空通道双通道以及高压密封性。
在本实施例中：
水射流扩孔原理：下钻至破碎带范围时，回转双壁高压密封钻杆，启动泥浆泵大排量输出，水流能依次通过高压双壁送水器中心通道、双壁高压密封钻杆中心通道、封隔钻具中心通道、螺旋钻杆中心通道和单向接头流至水射流钻具的喷嘴喷出对破碎带孔壁进行水射流扩孔。
封隔钻具坐封原理：水射流扩孔完成后，后提钻具至岩层稳定孔段距离破碎带5-10m，双壁高压密封钻杆的内壁与外壁之间的水流能流入环空流道并推动第一活塞带动内管轴向移动，水流通过膨胀腔单向阀使膨胀胶筒膨胀对钻孔进行封隔，设置溢流阀压力5-6MPa，待泥浆泵输出端溢流，则停泵，封隔钻具对孔壁完成坐封；操作钻机慢慢给进和起拔，若压力增加，则表明封隔钻具完成坐封。
局部注浆原理：高压双壁送水器中心流道接口连接注浆泵，采用注浆泵将配置好的水泥浆依次通过高压双壁送水器中心通道、双壁高压密封钻杆中心通道、封隔钻具中心通道、螺旋钻杆中心通道、单向接头和水射流钻具进行局部注浆。
封隔钻具解封原理：待水泥浆初凝后，通过双壁高压密封钻杆的内壁和外壁环空间隙供水，泥浆泵溢流压力设置8-10MPa，内管在更高压水流作用下继续轴向移动至第二活塞不封堵泄压孔时，泄压孔与泄压单向阀导通，膨胀胶筒内的水从泄压孔流出再通过单向泄压阀进入内管的中心流道，且定位销能插入定位槽内对内管进行轴向定位；膨胀胶筒内压力泄压，膨胀胶筒收缩变形，与钻孔壁分离，实现解封，然后慢慢后拉钻杆，退出钻具，并用清水冲洗钻具。
实施例2：
如图6所示，本实施例提供一种水射流扩孔与局部注浆结合的固孔工艺方法，包括以下步骤：
步骤1，连接水射流扩孔与局部注浆结合的钻具，其中，双壁高压密封钻杆接3-9m，双壁高压密封钻杆是双层高压密封结构，具有中心通孔流道以及内壁和外壁间环空流道，最大耐压达到20MPa以上，高压双壁送水器与双壁高压密封钻杆连接，同样具有中心通道和环空通道双通道以及高压密封性；然后通过钻机将钻具推送下入钻孔内，下钻中每间隔一段通过泥浆泵低压档采用小排量通水洗孔，确保下钻顺畅；
步骤2，水射流扩孔：下钻至破碎带范围时，回转双壁高压密封钻杆，启动泥浆泵大排量输出，高压水通过双壁钻杆中心通道进入孔底后从喷嘴喷射而出，对破碎带孔壁形成巨大冲刷作用，回转同时不断来回提送钻具，起到充分冲刷破碎作用；由于地层破碎，在回转和射流作用下，在破碎带形成较大直径的空穴，回转同时不断来回提送钻具，对破碎带范围起到充分冲刷破碎作用，所连接螺旋钻杆对破碎煤岩体起到碾压和搅拌作用，有助于将破碎下来煤岩块充分排出孔外；如图3所示；
步骤3，封隔钻具坐封：水射流扩孔完成后，后提钻具至岩层稳定孔段距离破碎带5-10m，然后通过双壁高压密封钻杆内壁和外壁间环空间隙供水，设置溢流阀压力5-6MPa，待泥浆泵输出端溢流，则停泵，封隔钻具对孔壁完成坐封；操作钻机慢慢给进和起拔，若压力增加，则表明封隔钻具完成坐封；
步骤4，注浆：高压双壁送水器中心流道接口连接注浆泵，采用注浆泵将配置好的水泥浆沿着双壁高压密封钻杆中心通道注入孔内，先注入水泥浆，最后注入一定量清水驱替，注浆完成后拆卸清洗设备和管路；具体的，采用注浆泵将配置好的水泥浆沿着双壁钻杆中心通道注入孔内，采用小排量泵送水泥浆，水泥浆根据计算用量，前1/2水灰比小，注入稠浆，剩下水灰比增加，注入相对稀水泥浆，水泥浆注完后，再按照计算量注入一定量清水驱替水泥浆；
步骤5，解封提钻：待水泥浆初凝后，通过双壁高压密封钻杆的内壁和外壁环空间隙供水，泥浆泵溢流压力设置8-10MPa，待泥浆泵输出端溢流，停泵，此时封隔钻具解封，然后慢慢后拉钻杆，退出钻具，并用清水冲洗钻具；如图4所示；
步骤6，如图5所示，下定向钻具继续钻进，待水泥浆充分凝固后，依次连接好定向钻头、螺杆钻具和定向钻杆，下入钻孔内，接近注浆区域时，通水开始扫孔钻进，确认穿过破碎带后继续定向施工。
在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本发明的思想，同样应当视其为本发明所公开的内容。
Claims (7)
1.一种水射流扩孔与局部注浆结合的钻具，其特征在于，包括依次连接的钻头(1)、水射流钻具(2)、单向接头(3)、螺旋钻杆(4)、封隔钻具(5)、双壁高压密封钻杆(6)和高压双壁送水器(7)；
所述封隔钻具(5)包括同轴的外管(51)、内管(52)、外管(51)和内管(52)之间的环空流道(53)以及内管(52)的中心通道；所述外管(51)沿轴向依次为外管母接头(511)、第一外管体(512)、第二外管体(513)和外管公接头(514)，第一外管体(512)外壁依次套有膨胀胶筒(54)和胶筒保护层(55)，在膨胀胶筒(54)覆盖的第一外管体(512)侧壁上沿轴向依次设有膨胀腔单向阀(515)和泄压孔(516)，第一外管体(512)和内管(52)之间为所述环空流道(53)，第二外管体(513)内壁紧贴内管(52)外壁，在第二外管体(513)侧壁设有径向的定位销(517)；所述内管(52)外壁依次设有环形的安装槽(521)、环形凸台(522)和定位槽(523)；安装槽(521)位于内管(52)端部，在安装槽(521)处套有中心插接接头(56)且中心插接接头(56)外侧为所述外管母接头(511)；在环形凸台(522)两侧的内管(52)外分别套有紧贴内管(52)外壁和第二外管体(513)内壁的第一活塞(57)和第二活塞(58)，且第一活塞(57)与所述膨胀腔单向阀(515)相对，第二活塞(58)与所述泄压孔(516)相对，在第二活塞(58)端面和第二外管体(513)端面之间设有与内管(52)同轴的弹簧(59)；环形凸台(522)上设有径向的泄压单向阀(524)；
所述双壁高压密封钻杆(6)的内壁与所述内管(52)密封连接，外壁与所述外管(51)密封连接，水流能依次通过高压双壁送水器中心通道、双壁高压密封钻杆中心通道、封隔钻具中心通道、螺旋钻杆中心通道和单向接头(3)流至水射流钻具(2)的喷嘴喷出对破碎带孔壁进行水射流扩孔；
所述双壁高压密封钻杆(6)的内壁与外壁之间的水流能流入所述环空流道(53)并推动第一活塞(57)带动内管(52)轴向移动，水流通过膨胀腔单向阀(515)使膨胀胶筒(54)膨胀对钻孔进行封隔；
水泥浆能依次通过高压双壁送水器中心通道、双壁高压密封钻杆中心通道、封隔钻具中心通道、螺旋钻杆中心通道、单向接头(3)和水射流钻具(2)进行局部注浆。
2.如权利要求1所述的水射流扩孔与局部注浆结合的钻具，其特征在于，所述第一活塞(57)的轴向长度小于第二活塞(58)的轴向长度，水流进入环空流道(53)并推动第一活塞(57)带动内管(52)轴向移动后，第一活塞(57)不再封堵膨胀腔单向阀(515)，而第二活塞(58)依然封堵泄压孔(516)，从而使水流通过膨胀腔单向阀(515)使膨胀胶筒(54)膨胀对钻孔进行封隔。
3.如权利要求2所述的水射流扩孔与局部注浆结合的钻具，其特征在于，所述内管(52)继续轴向移动至第二活塞(58)不封堵泄压孔(516)时，泄压孔(516)与泄压单向阀(524)导通，膨胀胶筒(54)内的水从泄压孔(516)流出再通过泄压单向阀(524)进入内管(52)的中心流道，且定位销(517)能插入定位槽(523)内对内管(52)进行轴向定位；膨胀胶筒(54)内压力泄压，膨胀胶筒(54)收缩变形，与钻孔壁分离，实现解封。
4.如权利要求1所述的水射流扩孔与局部注浆结合的钻具，其特征在于，所述膨胀腔单向阀(515)有多个，且沿外管周向均布；
所述泄压孔(516)有多个，且沿外管周向均布；
所述泄压单向阀(524)有多个，且沿内管周向均布。
5.如权利要求1所述的水射流扩孔与局部注浆结合的钻具，其特征在于，所述螺旋钻杆(4)为高压密封的单壁整体螺旋钻杆，螺旋钻杆(4)设有中心通道，螺旋钻杆(4)两端接头具有高压密封性，螺旋钻杆(4)外壁设有整体铣削螺旋槽以利于破碎带排渣。
6.如权利要求1所述的水射流扩孔与局部注浆结合的钻具，其特征在于，所述单向接头(3)内通水或注浆时，只能从孔口至孔内正向流动，不能回流。
7.一种水射流扩孔与局部注浆结合的固孔工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，连接权利要求1至6任一权利要求所述的水射流扩孔与局部注浆结合的钻具，其中，双壁高压密封钻杆接3-9m；然后通过钻机将钻具推送下入钻孔内，下钻中每间隔一段通过泥浆泵低压档采用小排量通水洗孔，确保下钻顺畅；
步骤2，水射流扩孔：下钻至破碎带范围时，回转双壁高压密封钻杆，启动泥浆泵大排量输出，水射流钻具喷嘴进行高压水射流对破碎带孔壁形成巨大冲刷作用，回转同时不断来回提送钻具，起到充分冲刷破碎作用；
步骤3，封隔钻具坐封：水射流扩孔完成后，后提钻具至岩层稳定孔段距离破碎带5-10m，然后通过双壁高压密封钻杆内壁和外壁间环空间隙供水，设置溢流阀压力5-6MPa，待泥浆泵输出端溢流，则停泵，封隔钻具对孔壁完成坐封；操作钻机慢慢给进和起拔，若压力增加，则表明封隔钻具完成坐封；
步骤4，注浆：高压双壁送水器中心流道接口连接注浆泵，采用注浆泵将配置好的水泥浆沿着双壁高压密封钻杆中心通道注入孔内，先注入水泥浆，最后注入一定量清水驱替，注浆完成后拆卸清洗设备和管路；
步骤5，解封提钻：待水泥浆初凝后，通过双壁高压密封钻杆的内壁和外壁环空间隙供水，泥浆泵溢流压力设置8-10MPa，待泥浆泵输出端溢流，停泵，此时封隔钻具解封，然后慢慢后拉钻杆，退出钻具，并用清水冲洗钻具；
步骤6，下定向钻具继续钻进，待水泥浆充分凝固后，依次连接好定向钻头、螺杆钻具和定向钻杆，下入钻孔内，接近注浆区域时，通水开始扫孔钻进，确认穿过破碎带后继续定向施工。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| CA2118988A1 (en) * | 1993-03-15 | 1994-09-16 | Clovis Caleix | Non-Entry Method of Underground Excavation in Weak or Water Bearing Grounds |
| CN101603414A (zh) * | 2009-07-24 | 2009-12-16 | 吉林省岩科新技术研究开发有限责任公司 | 钻探孔壁喷射注浆加固方法 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2118988A1 (en) * | 1993-03-15 | 1994-09-16 | Clovis Caleix | Non-Entry Method of Underground Excavation in Weak or Water Bearing Grounds |
| CN101603414A (zh) * | 2009-07-24 | 2009-12-16 | 吉林省岩科新技术研究开发有限责任公司 | 钻探孔壁喷射注浆加固方法 |
| WO2017028645A1 (zh) * | 2015-08-18 | 2017-02-23 | 山东大学 | 防坍塌双向肋翼喷射注浆钻头、注浆固结系统及方法 |
| CN110043190A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-07-23 | 中国地质科学院勘探技术研究所 | 一种垂直井大直径腔室的建造方法 |
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