CN114856430A - 岩石地层水平联络通道反井钻井工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，(A)在目标钻进水平联络通道的第一端施工空间内安装反井钻机，在目标钻进水平联络通道的第二端施工空间内安装出渣装置，利用所述反井钻机钻进水平导孔；(B)步骤(A)中完成所述水平导孔钻进施工后，导孔钻头位于第二端施工空间内；在第二端施工空间内，将导孔钻头更换为扩孔钻头；(C)启动反井钻机，自第二端施工空间向第一端施工空间的方向反拉扩孔钻头钻进形成水平联络通道；(D)在步骤(C)钻进形成水平联络通道的同时，利用出渣装置将扩孔钻进过程产生的岩渣土运出第二端施工空间。解决了现有岩石地层水平通道开挖工艺中工作人员多、劳动强度高、作业环境艰苦、安全条件差等问题。

Description

岩石地层水平联络通道反井钻井工艺

技术领域

本发明涉及反井钻井技术领域。具体地说是岩石地层空间狭小水平通道反井钻井方法。

背景技术

我国正处于大规模开发利用地下空间资源、加速推进城市现代化进程时期，地下空间开发利用的数量、类型、规模均快速增长，地下轨道交通、地下管廊等建设更是重点与热点领域。

地铁、地下建筑等之间的联络通道工程在城市岩石地层“洞中打洞”，现有顶管法推进力小、钻爆法安全性差、掘进机法空间受限，均无法有效解决开挖精度、安全环保、空间狭小等建设难题。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种非开挖、机械化的岩石地层水平通道反井钻井工艺，可以减少作业人员数量、降低作业人员劳动强度、提高施工安全性，具有安全、优质、高效、环保等技术优势，不仅可以应用于城市地下联络通道，还可以应用在市政管廊分叉竖井和检修井、深隧连接线以及地下空间连通工程中。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，包括如下步骤：

(A)在目标钻进水平联络通道的第一端施工空间内安装反井钻机，在目标钻进水平联络通道的第二端施工空间内安装出渣装置，利用所述反井钻机自所述第一端施工空间向所述第二端施工空间钻进水平导孔，所述水平导孔沿所述目标钻进水平联络通道的轴线；

(B)步骤(A)中完成所述水平导孔钻进施工后，导孔钻头位于所述第二端施工空间内；在所述第二端施工空间内，将所述导孔钻头更换为扩孔钻头；

(C)启动所述反井钻机，自所述第二端施工空间向所述第一端施工空间的方向反拉所述扩孔钻头钻进形成水平联络通道，根据地层状况选择水平联络通道掘进完成之后进行支护或者水平联络通道掘进和支护平行作业；

(D)在步骤(C)钻进形成水平联络通道的同时，利用出渣装置将扩孔钻进过程产生的岩渣土运出所述第二端施工空间。

上述岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，在步骤(A)中，目标钻进水平联络通道的第一端施工空间为始发侧隧道，目标钻进水平联络通道的第二端施工空间为终点侧隧道，所述导孔钻头为三牙轮钻头；在始发侧隧道内安装反井钻机，利用反井钻机由始发侧隧道向终点侧隧道钻进水平导孔，采用随钻测斜纠偏技术确保水平导孔的轨迹水平。

上述岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，在步骤(B)中，当始发侧隧道和终点侧隧道贯通后，拆除反井钻机钻杆自由端上安装的三牙轮钻头；在反井钻机钻杆自由端上安装扩孔钻头；在步骤(C)中，利用反井钻机由终点侧隧道向始发侧隧道对步骤(A)中钻好的水平导孔进行扩孔，形成水平联络通道，然后拆除始发侧隧道内的反井钻机。

上述岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，在步骤(D)中，出渣装置包括螺旋输送器、输送皮带、转载皮带和出渣平板车；螺旋输送器的进料端紧贴水平联络通道地面且靠近扩孔钻头破岩后产生的岩渣，输送皮带的进料皮带面位于螺旋输送器的出料端下方，输送皮带的出料皮带面位于转载皮带的进料皮带面上方，转载皮带的出料皮带面位于出渣平板车上方；出渣平板车位于终点侧隧道内，所述转载皮带固定不动，所述螺旋输送器和所述输送皮带在水平联络通道内与扩孔钻头行进速度保持一致，随着所述输送皮带的前进，所述转载皮带与所述输送皮带二者上下交叉重叠越来越短，在前进一个步距之后，从所述输送皮带的尾部加长所述输送皮带，形成新的搭接长度。

上述岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，扩孔钻头的滚刀破碎的岩渣依靠自重掉落在地面，螺旋输送器将地面上的岩渣收集并提升运送至输送皮带的进料皮带面，转载皮带将来自输送皮带上的岩渣运送装入出渣平板车内，通过终点侧隧道完成排渣。

上述岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，在步骤(D)中，出渣装置包括扒渣排渣机构、输送皮带、转载皮带和出渣平板车，扒渣排渣机构安装在扩孔钻头上，扒渣排渣机构的进料端收集扩孔钻头破岩后产生的岩渣，输送皮带的进料皮带面位于扒渣排渣机构的出料端下方，输送皮带的出料皮带面位于转载皮带的进料皮带面上方，转载皮带的出料皮带面位于出渣平板车上方；出渣平板车位于终点侧隧道内，所述转载皮带固定不动，扒渣排渣机构和所述输送皮带在水平联络通道内与扩孔钻头行进速度保持一致，随着所述输送皮带的前进，所述转载皮带与所述输送皮带二者上下交叉重叠越来越短，在前进一个步距之后，从所述输送皮带的尾部加长所述输送皮带，形成新的搭接长度。

上述岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，扒渣排渣机构包括扒渣排渣机构包括岩渣收集通道、径向岩渣导向通道和轴向岩渣排出通道，所述岩渣收集通道的进渣口朝向所述扩孔钻头的旋转方向，所述岩渣收集通道的出渣口与所述径向岩渣导向通道的进渣口连通，所述径向岩渣导向通道的出渣口与所述轴向岩渣排出通道的进渣口连通，所述轴向岩渣排出通道的出渣口背离所述水平反井扩孔钻头的钻进方向；所述岩渣收集通道邻近所述扩孔钻头的周向边沿设置，所述径向岩渣导向通道沿所述扩孔钻头的径向设置，所述轴向岩渣排出通道沿所述扩孔钻头的中心轴方向设置；

所述扩孔钻头包括刀盘和破岩滚刀，所述破岩滚刀安装在所述刀盘的正面，所述刀盘的正面朝向所述水平反井扩孔钻头的钻进方向，所述刀盘的周向边沿至少具有一个排渣豁口，所述岩渣收集通道位于所述刀盘的周向边沿，并且所述岩渣收集通道的进渣口与所述排渣豁口连通；所述径向岩渣导向通道和所述轴向岩渣排出通道分别位于所述刀盘的背面；

所述刀盘包括相互平行的上面板和下面板，所述上面板与所述下面板之间固定连接，所述上面板为所述刀盘的正面，所述下面板为所述刀盘的背面；在所述下面板上安装有倾斜导渣板，所述倾斜导渣板自所述下面板向着所述上面板方向延伸，所述倾斜导渣板板面偏离垂直于所述下面板板面的方向且向着所述扩孔钻头的旋转方向倾斜，所述倾斜导渣板板面与所述下面板之间形成所述岩渣收集通道的进渣口；所述破岩滚刀安装在所述上面板上；

所述岩渣收集通道的出渣口开设在所述下面板上，所述岩渣收集通道的出渣口与所述岩渣收集通道的进渣口之间的通道为所述岩渣收集通道；

所述倾斜导渣板突出所述上面板的边沿上安装有扒渣爪，所述扒渣爪与所述破岩滚刀沿钻进方向的工作面平齐；所述扒渣爪螺栓安装在所述倾斜导渣板上，所述扒渣爪磨损后可以快速更换。

上述岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，在所述倾斜导渣板背离所述岩渣收集通道的进渣口的一侧安装有支撑肋板，并且所述支撑肋板与所述上面板固定连接；在所述岩渣收集通道的进渣口临近所述刀盘周向边沿处也安装有所述扒渣爪，并且所述扒渣爪与所述刀盘周向旋转工作面平齐或凸出所述刀盘周向旋转工作面；

在所述下面板背离所述上面板的侧面上安装有具有所述径向岩渣导向通道的导渣管道，所述导渣管道沿所述扩孔钻头的径向安装设置；在所述下面板背离所述上面板的侧面上还安装有具有所述轴向岩渣排出通道的排渣管，所述排渣管沿所述扩孔钻头的中心轴方向并且一端固定安装在所述下面板上，在所述排渣管内固定安装有螺旋节，所述螺旋节与所述排渣管内壁之间的空间为所述轴向岩渣排出通道；所述轴向岩渣排出通道的进渣口开设在所述排渣管邻近所述下面板一端的侧壁上，所述导渣管道邻近所述排渣管的一端与所述排渣管固定连接；

所述排渣豁口、所述岩渣收集通道和所述导渣管道均为两个，并且两个所述排渣豁口之间、两个所述岩渣收集通道之间、以及两个所述导渣管道之间关于所述刀盘中心对称；每个所述导渣管道的一端分别与不同的所述岩渣收集通道的所述出渣口连通，每个所述导渣管道的另一端从两个相对的方向分别与所述排渣管同一端连通；所述排渣管内具有V形隔板，所述V形隔板的V形开口端朝向所述下面板并与所述下面板固定连接，两个所述导渣管道与所述排渣管之间的连通进渣口分别位于所述V形隔板的两侧，所述径向岩渣导向通道和所述轴向岩渣排出通道通过所述连通进渣口连通；

所述刀盘还包括位于所述上面板与所述下面板之间的外围板和内围板，所述岩渣收集通道的进渣口位于所述外围板和所述内围板之间；所述外围板的上端面与所述上面板边沿固定连接，所述外围板的下端面与所述下面板边沿固定连接；所述上面板的中心和所述下面板的中心分别开设有钻杆安装孔，所述内围板的上端面与所述上面板固定连接、所述内围板的下端面与所述下面板固定连接；沿所述上面板或所述下面板的径向：所述内围板位于所述钻杆安装孔与所述外围板之间；

所述钻杆安装孔内安装有轴套，所述轴套的上端所述上面板固定连接，所述轴套的下端与所述下面板固定连接，所述轴套内套装有花键套，钻杆的第一端安装在所述花键套内并向着背离钻进方向凸出到所述下面板外面；所述花键套向背离钻进方向凸出所述下面板的一端上安装有固定锁紧部件，在所述钻杆的第一端上安装有锁紧螺母，所述钻杆的第二端与反井钻机驱动连接；所述固定锁紧部件和所述锁紧螺母位于所述V形隔板的V形开口内。

上述岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，在步骤(C)中，根据围岩稳定性和通道用途，确定支护作业的时间、方法和形式：

当围岩稳定性良好时，在扩孔钻进完成后，再进行支护作业，形成水平通道衬砌结构；

当围岩稳定性较差时，在扩孔钻进过程中，在钻头后侧利用机械手将管片安装到位并壁后充填，形成水平通道衬砌结构。

上述岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，所述水平导孔的直径为216-349mm；所述扩孔钻头采用水平井扩孔钻头结构，扩孔钻头的直径大于或等于0.76m且小于等于8m。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

本发明提出采用水平反井钻井的方式，能够实现机械化的施工，满足钻孔倾角0°～15°、钻孔直径≥0.76m、钻孔长度5～400m、岩石抗压强度≤300MPa的水平联络通道，解决了现有岩石地层水平通道开挖工艺中工作人员多、劳动强度高、作业环境艰苦、安全条件差等问题。

扒渣排渣机构跟随扩孔钻头同步转动，扩孔钻头旋转钻进过程中产生的岩渣被扒渣瓜扒入到岩渣收集通道内，岩渣沿倾斜导渣板滑到径向岩渣导向通道内，径向岩渣导向通道内的岩渣随着扩孔钻头旋转向扩孔钻头轴心方向移动并进入到轴向岩渣排出通道内，随着扩孔钻头的旋转及向前钻进，轴向岩渣排出通道内的岩渣在螺旋节的作用下排出到输送皮带上；由于排渣管和螺旋节与扩孔钻头是一体式的结构，三者同步转动，使得岩渣在排渣管内向扩孔钻头的后方滚动，形成相对分离式结构，不仅减少了一套螺旋机构的驱动装置，而且减小了岩渣对螺旋管壁的摩擦。

利用现有技术中的反井钻机驱动钻杆旋转并拉动向着靠近反井钻机的方向运动，从而通过钻杆带动水平反井扩孔钻头旋转并向着靠近反井钻机的方向运动，水平反井扩孔钻头钻进过程中产生的岩渣进入到排渣豁口，并从排渣豁口进入到导渣管道的岩渣收集通道，在水平反井扩孔钻头旋转的过程中，岩渣依靠重力从岩渣收集通道进入到径向岩渣导向通道内，并在重力作用下沿径向岩渣导向通道进入到连通进渣口；由于水平反井扩孔钻头旋转及挤压的作用，岩渣沿着螺旋节与排渣管之间形成的轴向岩渣排出通道排出到排渣管的外面。扒渣爪可以将水平井井壁上的岩渣以及水平反井扩孔钻头工作面上的岩渣清理下来并聚集到岩渣收集通道的进渣口处，有利于将钻进过程中产生的岩渣及时快速清理出去。在本发明中，排渣管和螺旋节一起旋转，岩渣在排渣管与螺旋节之间的空间里面滚动向后运动排出，对螺旋输送外壳(排渣管)磨损较轻，从而可以延长螺旋装置的使用寿命。

附图说明

图1本发明岩石地层水平联络通道反井钻井工艺的施工示意图；

图2本发明岩石地层水平联络通道反井钻井工艺的另一种施工示意图；

图3水平反井扩孔钻头中刀盘、排渣管和导渣管道装配结构示意图；

图4为图3所示刀盘、排渣管和导渣管道装配结构的剖面结构示意图；

图5水平反井扩孔钻头的剖面结构示意图；

图6水平反井扩孔钻头的外观结构示意图；

图7水平反井扩孔钻头的另一个角度外观结构示意图；

图8水平反井扩孔钻头钻进过程中输送岩渣示意图。

图中附图标记表示为：1-始发侧隧道；2-岩石地层段；3-终点侧隧道；4-水平导孔；5-反井钻机；6-扩孔钻头；61-刀盘；611-下面板；612-上面板；613-出渣口；62-破岩滚刀；63-排渣豁口；64-内围板；65-钻杆安装孔；66-轴套；67-花键套；68-钻杆；69-固定锁紧部件；70-锁紧螺母；71-外围板；7-螺旋输送器；8-输送皮带；9-转载皮带；10-出渣平板车；11-衬砌结构；12-扒渣排渣机构；13-岩渣收集通道；14-径向岩渣导向通道；15-轴向岩渣排出通道；16-V形隔板；17-倾斜导渣板；18-扒渣爪；19-排渣管；20-螺旋节；21-导渣管道；22-连通进渣口；23-支撑肋板；100-第一端施工空间；200-第二端施工空间。

具体实施方式

本实施例的岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，包括如下步骤：

A、在目标钻进水平联络通道的第一端施工空间100内安装反井钻机5，在目标钻进水平联络通道的第二端施工空间200内安装出渣装置，利用所述反井钻机5自所述第一端施工空间100向所述第二端施工空间200钻进水平导孔4，所述水平导孔4沿所述目标钻进水平联络通道的轴线。水平导孔4的直径为216-349mm。

目标钻进水平联络通道的第一端施工空间100为始发侧隧道1，目标钻进水平联络通道的第二端施工空间200为终点侧隧道3，所述导孔钻头为三牙轮钻头；在始发侧隧道1内安装反井钻机5，利用反井钻机5由始发侧隧道1向终点侧隧道3钻进水平导孔4，采用随钻测斜纠偏技术确保水平导孔4的轨迹水平。

B、步骤A中完成所述水平导孔4钻进施工后，导孔钻头位于所述第二端施工空间200内；在所述第二端施工空间200内，将所述导孔钻头更换为扩孔钻头6。扩孔钻头6采用水平井扩孔钻头结构，扩孔钻头6的直径大于或等于0.76m且小于等于8m。

当始发侧隧道1和终点侧隧道3贯通后，拆除反井钻机5钻杆自由端上安装的三牙轮钻头；在反井钻机5钻杆自由端上安装扩孔钻头6；在步骤C中，利用反井钻机5由终点侧隧道3向始发侧隧道1对步骤A中钻好的水平导孔4进行扩孔，形成水平联络通道12，然后拆除始发侧隧道1内的反井钻机5。

C、启动所述反井钻机5，自所述第二端施工空间200向所述第一端施工空间100的方向反拉所述扩孔钻头6钻进形成水平联络通道12，根据地层状况选择水平联络通道12掘进完成之后进行支护或者水平联络通道12掘进和支护平行作业。实际施工中根据围岩稳定性和通道用途，确定支护作业的时间、方法和形式：当围岩稳定性良好时，在扩孔钻进完成后，再进行支护作业，形成水平通道衬砌结构9；当围岩稳定性较差时，在扩孔钻进过程中，在钻头后侧利用机械手将管片安装到位并壁后充填，形成水平通道衬砌结构9。

D、在步骤C钻进形成水平联络通道12的同时，利用出渣装置将扩孔钻进过程产生的岩渣土运出所述第二端施工空间200。

如图1所示，出渣装置包括螺旋输送器7、输送皮带8、转载皮带9和出渣平板车10；螺旋输送器7的进料端紧贴水平联络通道12地面且靠近扩孔钻头6破岩后产生的岩渣，输送皮带8的进料皮带面位于螺旋输送器7的出料端下方，输送皮带8的出料皮带面位于转载皮带9的进料皮带面上方，转载皮带9的出料皮带面位于出渣平板车10上方；出渣平板车10位于终点侧隧道3内，所述转载皮带9固定不动，所述螺旋输送器7和所述输送皮带8在水平联络通道12内与扩孔钻头6行进速度保持一致，随着所述输送皮带8的前进，所述转载皮带9与所述输送皮带8二者上下交叉重叠越来越短，在前进一个步距之后，从所述输送皮带8的尾部加长所述输送皮带8，形成新的搭接长度。扩孔钻头6的滚刀破碎的岩渣依靠自重掉落在地面，螺旋输送器7将地面上的岩渣收集并提升运送至输送皮带8的进料皮带面，转载皮带9将来自输送皮带8上的岩渣运送装入出渣平板车10内，通过终点侧隧道3完成排渣。

出渣装置也可以如图2所示，其包括扒渣排渣机构、输送皮带8、转载皮带9和出渣平板车10，扒渣排渣机构安装在扩孔钻头6上，扒渣排渣机构的进料端收集扩孔钻头6破岩后产生的岩渣，输送皮带8的进料皮带面位于扒渣排渣机构的出料端下方，输送皮带8的出料皮带面位于转载皮带9的进料皮带面上方，转载皮带9的出料皮带面位于出渣平板车10上方；出渣平板车10位于终点侧隧道3内，所述转载皮带9固定不动，扒渣排渣机构和所述输送皮带8在水平联络通道12内与扩孔钻头6行进速度保持一致，随着所述输送皮带8的前进，所述转载皮带9与所述输送皮带8二者上下交叉重叠越来越短，在前进一个步距之后，从所述输送皮带8的尾部加长所述输送皮带8，形成新的搭接长度。

如图3-图8所示，扒渣排渣机构包括岩渣收集通道13、径向岩渣导向通道14和轴向岩渣排出通道15，所述岩渣收集通道13的进渣口朝向所述扩孔钻头6的旋转方向，所述岩渣收集通道13的出渣口与所述径向岩渣导向通道14的进渣口连通，所述径向岩渣导向通道14的出渣口与所述轴向岩渣排出通道15的进渣口连通，所述轴向岩渣排出通道15的出渣口背离所述水平反井扩孔钻头的钻进方向；所述岩渣收集通道13邻近所述扩孔钻头6的周向边沿设置，所述径向岩渣导向通道14沿所述扩孔钻头6的径向设置，所述轴向岩渣排出通道15沿所述扩孔钻头6的中心轴方向设置。

如图3、图5和图6所示，所述扩孔钻头6包括刀盘61和破岩滚刀62，所述破岩滚刀62安装在所述刀盘61的正面，所述刀盘61的正面朝向所述水平反井扩孔钻头的钻进方向，所述刀盘61的周向边沿至少具有一个排渣豁口63，所述岩渣收集通道13位于所述刀盘61的周向边沿，并且所述岩渣收集通道13的进渣口与所述排渣豁口63连通；所述径向岩渣导向通道14和所述轴向岩渣排出通道15分别位于所述刀盘6的背面。

如图3和图4所示，所述刀盘61包括相互平行的上面板612和下面板611，所述上面板612与所述下面板611之间固定连接，所述上面板612为所述刀盘61的正面，所述下面板611为所述刀盘6的背面；在所述下面板611上安装有倾斜导渣板17，所述倾斜导渣板17自所述下面板611向着所述上面板612方向延伸，所述倾斜导渣板17板面偏离垂直于所述下面板611板面的方向且向着所述扩孔钻头6的旋转方向倾斜，所述倾斜导渣板17板面与所述下面板611之间形成所述岩渣收集通道13的进渣口；所述破岩滚刀62安装在所述上面板612上。所述倾斜导渣板17的设置有利于岩渣进入到所述岩渣收集通道13内并从所述岩渣收集通道13的出渣口613进入到所述径向岩渣导向通道14内。

所述岩渣收集通道13的出渣口613开设在所述下面板611上，所述岩渣收集通道13的出渣口613与所述岩渣收集通道13的进渣口之间的通道为所述岩渣收集通道13。所述倾斜导渣板17突出所述上面板612的边沿上安装有扒渣爪18，所述扒渣爪18与所述破岩滚刀62沿钻进方向的工作面平齐；所述扒渣爪18螺栓安装在所述倾斜导渣板17上，所述扒渣爪18磨损后可以快速更换。在所述倾斜导渣板17背离所述岩渣收集通道13的进渣口的一侧安装有支撑肋板23，并且所述支撑肋板23与所述上面板612固定连接；在所述岩渣收集通道13的进渣口临近所述刀盘61周向边沿处也通过螺栓安装有所述扒渣爪18，并且所述扒渣爪18与所述刀盘61周向旋转工作面平齐或凸出所述刀盘61周向旋转工作面。

在所述下面板611背离所述上面板612的侧面上安装有具有所述径向岩渣导向通道14的导渣管道21，所述导渣管道21沿所述扩孔钻头6的径向安装设置；在所述下面板611背离所述上面板612的侧面上还安装有具有所述轴向岩渣排出通道15的排渣管19，所述排渣管19沿所述扩孔钻头6的中心轴方向并且一端固定安装在所述下面板611上，在所述排渣管19内固定安装有螺旋节20，所述螺旋节20与所述排渣管19内壁之间的空间为所述轴向岩渣排出通道15；所述轴向岩渣排出通道15的进渣口开设在所述排渣管19邻近所述下面板611一端的侧壁上，所述导渣管道21邻近所述排渣管19的一端与所述排渣管19固定连接。

所述排渣豁口63、所述岩渣收集通道13和所述导渣管道21均为两个，并且两个所述排渣豁口63之间、两个所述岩渣收集通道13之间、以及两个所述导渣管道21之间关于所述刀盘61中心对称；每个所述导渣管道21的一端分别与不同的所述岩渣收集通道13的所述出渣口613连通，每个所述导渣管道21的另一端从两个相对的方向分别与所述排渣管19同一端连通；所述排渣管19内具有V形隔板16，所述V形隔板16的V形开口端朝向所述下面板611并与所述下面板611固定连接，两个所述导渣管道21与所述排渣管19之间的连通进渣口22分别位于所述V形隔板16的两侧，所述径向岩渣导向通道14和所述轴向岩渣排出通道15通过所述连通进渣口22连通。在水平反井扩孔钻头旋转钻进过程中，岩渣沿其中一个所述导渣管道21中依靠重力向所述排渣管19移动的过程中，所述V形隔板16可以防止岩渣进入到另一个所述导渣管道21，使得两个相对设置的所述导渣管道21排出的岩渣相互不受影响地进入到所述排渣管19内。

所述刀盘61还包括位于所述上面板612与所述下面板611之间的外围板71和内围板64，所述岩渣收集通道13的进渣口位于所述外围板71和所述内围板64之间；所述外围板71的上端面与所述上面板612边沿固定连接，所述外围板71的下端面与所述下面板611边沿固定连接；所述上面板612的中心和所述下面板611的中心分别开设有钻杆安装孔65，所述内围板64的上端面与所述上面板612固定连接、所述内围板64的下端面与所述下面板611固定连接；沿所述上面板612或所述下面板611的径向：所述内围板64位于所述钻杆安装孔65与所述外围板71之间。

如图8所示，所述钻杆安装孔65内安装有轴套66，所述轴套66的上端所述上面板612固定连接，所述轴套66的下端与所述下面板611固定连接，所述轴套66内套装有花键套67，钻杆68的第一端安装在所述花键套67内并向着背离钻进方向凸出到所述下面板611外面；所述花键套67向背离钻进方向凸出所述下面板611的一端上安装有固定锁紧部件69，在所述钻杆68的第一端上安装有锁紧螺母70，所述钻杆68的第二端与反井钻机驱动连接；所述固定锁紧部件69和所述锁紧螺母69位于所述V形隔板16的V形开口内。

本发明水平反井扩孔钻头在工作时：利用现有技术中的反井钻机驱动钻杆旋转并拉动向着靠近反井钻机的方向运动，从而通过钻杆68带动水平反井扩孔钻头旋转并向着靠近反井钻机的方向运动，水平反井扩孔钻头钻进过程中产生的岩渣进入到排渣豁口63，并从排渣豁口63进入到导渣管道21的岩渣收集通道13，在水平反井扩孔钻头旋转的过程中，岩渣依靠重力从岩渣收集通道13进入到径向岩渣导向通道14内，并在重力作用下沿径向岩渣导向通道14进入到连通进渣口22；由于水平反井扩孔钻头旋转及挤压的作用，岩渣沿着螺旋节20与排渣管19之间形成的轴向岩渣排出通道15排出到排渣管19的外面。扒渣爪18可以将水平井井壁上的岩渣以及水平反井扩孔钻头工作面上的岩渣清理下来并聚集到岩渣收集通道13的进渣口处，有利于将钻进过程中产生的岩渣及时快速清理出去。在本发明中，排渣管19和螺旋节20一起旋转，岩渣在排渣管19与螺旋节20之间的空间里面滚动向后运动排出，对螺旋输送外壳(排渣管19)磨损较轻，从而可以延长螺旋装置的使用寿命。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

Claims (10)

1.岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(A)在目标钻进水平联络通道的第一端施工空间(100)内安装反井钻机(5)，在目标钻进水平联络通道的第二端施工空间(200)内安装出渣装置，利用所述反井钻机(5)自所述第一端施工空间(100)向所述第二端施工空间(200)钻进水平导孔(4)，所述水平导孔(4)沿所述目标钻进水平联络通道的轴线；

(B)步骤(A)中完成所述水平导孔(4)钻进施工后，导孔钻头位于所述第二端施工空间(200)内；在所述第二端施工空间(200)内，将所述导孔钻头更换为扩孔钻头(6)；

(C)启动所述反井钻机(5)，自所述第二端施工空间(200)向所述第一端施工空间(100)的方向反拉所述扩孔钻头(6)钻进形成水平联络通道(12)，根据地层状况选择水平联络通道(12)掘进完成之后进行支护或者水平联络通道(12)掘进和支护平行作业；

(D)在步骤(C)钻进形成水平联络通道(12)的同时，利用出渣装置将扩孔钻进过程产生的岩渣土运出所述第二端施工空间(200)。

2.根据权利要求1所述的岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，其特征在于，在步骤(A)中，目标钻进水平联络通道的第一端施工空间(100)为始发侧隧道(1)，目标钻进水平联络通道的第二端施工空间(200)为终点侧隧道(3)，所述导孔钻头为三牙轮钻头；在始发侧隧道(1)内安装反井钻机(5)，利用反井钻机(5)由始发侧隧道(1)向终点侧隧道(3)钻进水平导孔(4)，采用随钻测斜纠偏技术确保水平导孔(4)的轨迹水平。

3.根据权利要求1所述的岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，其特征在于，在步骤(B)中，当始发侧隧道(1)和终点侧隧道(3)贯通后，拆除反井钻机(5)钻杆自由端上安装的三牙轮钻头；在反井钻机(5)钻杆自由端上安装扩孔钻头(6)；在步骤(C)中，利用反井钻机(5)由终点侧隧道(3)向始发侧隧道(1)对步骤(A)中钻好的水平导孔(4)进行扩孔，形成水平联络通道(12)，然后拆除始发侧隧道(1)内的反井钻机(5)。

4.根据权利要求1所述的岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，其特征在于，在步骤(D)中，出渣装置包括螺旋输送器(7)、输送皮带(8)、转载皮带(9)和出渣平板车(10)；螺旋输送器(7)的进料端紧贴水平联络通道(12)地面且靠近扩孔钻头(6)破岩后产生的岩渣，输送皮带(8)的进料皮带面位于螺旋输送器(7)的出料端下方，输送皮带(8)的出料皮带面位于转载皮带(9)的进料皮带面上方，转载皮带(9)的出料皮带面位于出渣平板车(10)上方；出渣平板车(10)位于终点侧隧道(3)内，所述转载皮带(9)固定不动，所述螺旋输送器(7)和所述输送皮带(8)在水平联络通道(12)内与扩孔钻头(6)行进速度保持一致，随着所述输送皮带(8)的前进，所述转载皮带(9)与所述输送皮带(8)二者上下交叉重叠越来越短，在前进一个步距之后，从所述输送皮带(8)的尾部加长所述输送皮带(8)，形成新的搭接长度。

5.根据权利要求4所述的岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，其特征在于，扩孔钻头(6)的滚刀破碎的岩渣依靠自重掉落在地面，螺旋输送器(7)将地面上的岩渣收集并提升运送至输送皮带(8)的进料皮带面，转载皮带(9)将来自输送皮带(8)上的岩渣运送装入出渣平板车(10)内，通过终点侧隧道(3)完成排渣。

6.根据权利要求1所述的岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，其特征在于，在步骤(D)中，出渣装置包括扒渣排渣机构、输送皮带(8)、转载皮带(9)和出渣平板车(10)，扒渣排渣机构安装在扩孔钻头(6)上，扒渣排渣机构的进料端收集扩孔钻头(6)破岩后产生的岩渣，输送皮带(8)的进料皮带面位于扒渣排渣机构的出料端下方，输送皮带(8)的出料皮带面位于转载皮带(9)的进料皮带面上方，转载皮带(9)的出料皮带面位于出渣平板车(10)上方；出渣平板车(10)位于终点侧隧道(3)内，所述转载皮带(9)固定不动，扒渣排渣机构和所述输送皮带(8)在水平联络通道(12)内与扩孔钻头(6)行进速度保持一致，随着所述输送皮带(8)的前进，所述转载皮带(9)与所述输送皮带(8)二者上下交叉重叠越来越短，在前进一个步距之后，从所述输送皮带(8)的尾部加长所述输送皮带(8)，形成新的搭接长度。

7.根据权利要求6所述的岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，其特征在于，扒渣排渣机构包括岩渣收集通道(13)、径向岩渣导向通道(14)和轴向岩渣排出通道(15)，所述岩渣收集通道(13)的进渣口朝向所述扩孔钻头(6)的旋转方向，所述岩渣收集通道(13)的出渣口与所述径向岩渣导向通道(14)的进渣口连通，所述径向岩渣导向通道(14)的出渣口与所述轴向岩渣排出通道(15)的进渣口连通，所述轴向岩渣排出通道(15)的出渣口背离所述水平反井扩孔钻头的钻进方向；所述岩渣收集通道(13)邻近所述扩孔钻头(6)的周向边沿设置，所述径向岩渣导向通道(14)沿所述扩孔钻头(6)的径向设置，所述轴向岩渣排出通道(15)沿所述扩孔钻头(6)的中心轴方向设置；

所述扩孔钻头(6)包括刀盘(61)和破岩滚刀(62)，所述破岩滚刀(62)安装在所述刀盘(61)的正面，所述刀盘(61)的正面朝向所述水平反井扩孔钻头的钻进方向，所述刀盘(61)的周向边沿至少具有一个排渣豁口(63)，所述岩渣收集通道(13)位于所述刀盘(61)的周向边沿，并且所述岩渣收集通道(13)的进渣口与所述排渣豁口(63)连通；所述径向岩渣导向通道(14)和所述轴向岩渣排出通道(15)分别位于所述刀盘(6)的背面；

所述刀盘(61)包括相互平行的上面板(612)和下面板(611)，所述上面板(612)与所述下面板(611)之间固定连接，所述上面板(612)为所述刀盘(61)的正面，所述下面板(611)为所述刀盘(6)的背面；在所述下面板(611)上安装有倾斜导渣板(17)，所述倾斜导渣板(17)自所述下面板(611)向着所述上面板(612)方向延伸，所述倾斜导渣板(17)板面偏离垂直于所述下面板(611)板面的方向且向着所述扩孔钻头(6)的旋转方向倾斜，所述倾斜导渣板(17)板面与所述下面板(611)之间形成所述岩渣收集通道(13)的进渣口；所述破岩滚刀(62)安装在所述上面板(612)上；

所述岩渣收集通道(13)的出渣口(613)开设在所述下面板(611)上，所述岩渣收集通道(13)的出渣口(613)与所述岩渣收集通道(13)的进渣口之间的通道为所述岩渣收集通道(13)；

所述倾斜导渣板(17)突出所述上面板(612)的边沿上安装有扒渣爪(18)，所述扒渣爪(18)与所述破岩滚刀(62)沿钻进方向的工作面平齐；所述扒渣爪(18)螺栓安装在所述倾斜导渣板(17)上，所述扒渣爪(18)磨损后可以快速更换。

8.根据权利要求7所述的岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，其特征在于，在所述倾斜导渣板(17)背离所述岩渣收集通道(13)的进渣口的一侧安装有支撑肋板(23)，并且所述支撑肋板(23)与所述上面板(612)固定连接；在所述岩渣收集通道(13)的进渣口临近所述刀盘(61)周向边沿处也安装有所述扒渣爪(18)，并且所述扒渣爪(18)与所述刀盘(61)周向旋转工作面平齐或凸出所述刀盘(61)周向旋转工作面；

在所述下面板(611)背离所述上面板(612)的侧面上安装有具有所述径向岩渣导向通道(14)的导渣管道(21)，所述导渣管道(21)沿所述扩孔钻头(6)的径向安装设置；在所述下面板(611)背离所述上面板(612)的侧面上还安装有具有所述轴向岩渣排出通道(15)的排渣管(19)，所述排渣管(19)沿所述扩孔钻头(6)的中心轴方向并且一端固定安装在所述下面板(611)上，在所述排渣管(19)内固定安装有螺旋节(20)，所述螺旋节(20)与所述排渣管(19)内壁之间的空间为所述轴向岩渣排出通道(15)；所述轴向岩渣排出通道(15)的进渣口开设在所述排渣管(19)邻近所述下面板(611)一端的侧壁上，所述导渣管道(21)邻近所述排渣管(19)的一端与所述排渣管(19)固定连接；

所述排渣豁口(63)、所述岩渣收集通道(13)和所述导渣管道(21)均为两个，并且两个所述排渣豁口(63)之间、两个所述岩渣收集通道(13)之间、以及两个所述导渣管道(21)之间关于所述刀盘(61)中心对称；每个所述导渣管道(21)的一端分别与不同的所述岩渣收集通道(13)的所述出渣口(613)连通，每个所述导渣管道(21)的另一端从两个相对的方向分别与所述排渣管(19)同一端连通；所述排渣管(19)内具有V形隔板(16)，所述V形隔板(16)的V形开口端朝向所述下面板(611)并与所述下面板(611)固定连接，两个所述导渣管道(21)与所述排渣管(19)之间的连通进渣口(22)分别位于所述V形隔板(16)的两侧，所述径向岩渣导向通道(14)和所述轴向岩渣排出通道(15)通过所述连通进渣口(22)连通；

所述刀盘(61)还包括位于所述上面板(612)与所述下面板(611)之间的外围板(71)和内围板(64)，所述岩渣收集通道(13)的进渣口位于所述外围板(71)和所述内围板(64)之间；所述外围板(71)的上端面与所述上面板(612)边沿固定连接，所述外围板(71)的下端面与所述下面板(611)边沿固定连接；所述上面板(612)的中心和所述下面板(611)的中心分别开设有钻杆安装孔(65)，所述内围板(64)的上端面与所述上面板(612)固定连接、所述内围板(64)的下端面与所述下面板(611)固定连接；沿所述上面板(612)或所述下面板(611)的径向：所述内围板(64)位于所述钻杆安装孔(65)与所述外围板(71)之间；

所述钻杆安装孔(65)内安装有轴套(66)，所述轴套(66)的上端所述上面板(612)固定连接，所述轴套(66)的下端与所述下面板(611)固定连接，所述轴套(66)内套装有花键套，钻杆(68)的第一端安装在所述花键套内并向着背离钻进方向凸出到所述下面板(611)外面；所述花键套向背离钻进方向凸出所述下面板(611)的一端上安装有固定锁紧部件(69)，在所述钻杆(68)的第一端上安装有锁紧螺母(70)，所述钻杆(68)的第二端与反井钻机驱动连接；所述固定锁紧部件(69)和所述锁紧螺母(69)位于所述V形隔板(16)的V形开口内。

9.根据权利要求1所述的岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，其特征在于，在步骤(C)中，根据围岩稳定性和通道用途，确定支护作业的时间、方法和形式：

当围岩稳定性良好时，在扩孔钻进完成后，再进行支护作业，形成水平通道衬砌结构(9)；

当围岩稳定性较差时，在扩孔钻进过程中，在钻头后侧利用机械手将管片安装到位并壁后充填，形成水平通道衬砌结构(9)。

10.根据权利要求1-7任一所述的岩石地层水平联络通道反井钻井工艺，其特征在于，所述水平导孔(4)的直径为216-349mm；所述扩孔钻头(6)采用水平井扩孔钻头结构，扩孔钻头(6)的直径大于或等于0.76m且小于等于8m。

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