CN115898367A - 一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置及其使用方法，包括：管靴、钻杆和测量管，钻杆与管靴通过丝扣连接成组合体，测量管的一端通过丝扣连接于钻杆的一端，测量管的另一端被钻机夹持器夹持，测量管的外周壁上设置有压力表和阀门，测量管的另一端的内周壁通过丝扣连接有堵水接头，测量管、压力表、阀门和堵水接头组成测量装置，管靴和钻杆的外周壁贴合于大钻孔的内周壁，钻进用的钻杆用于贴合在小钻孔的内周壁上，钻进用的钻杆的内周壁具有岩心管，本发明的有益效果：适用于中长或长距离的超前钻孔涌水压力和水量以及多含水层的涌水压力和水量的逐层安全测量。

Description

一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及隧道超前地质预报钻探技术领域，具体涉及一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置及其使用方法，用于隧道超前地质预报钻孔的水压及水量测量。

背景技术

隧道超前地质预报的目的是查清隧道开挖工作面前方的工程地质和水文地质条件、为优化工程设计提供地质依据、降低地质灾害发生的几率和危害程度、指导隧道钻掘工程施工顺利进行。超前钻探是指在隧道开挖工作面或其侧洞沿开挖前进方向施工做超前地质取心钻孔，以探明开挖工作面前方地质条件，是超前地质预报的一种重要技术方法。超前钻孔亦可用于释放地层应力，避免岩爆发生。实践经验表明，在铁路、公路、水电工程等各类隧道内钻孔过程中可能存在大量水、瓦斯、煤浆、砂砾等从钻孔中喷出等现象，不利于施工安全，甚至可能造成孔口附近作业人员受到人身伤害事故。尤其是在各类埋深大、距离长的隧道中施工深度比较深的水平或近水平钻孔时发生涌水的概率很大。当钻孔出现涌水时，需要测量孔口涌水量、涌水压力和水温等参数。目前，隧道内超前钻探深度一般在三十米以内，属短距离预报。在此孔深范围，孔内涌水、涌出瓦斯等现象产生的安全风险较小，相应的安全装置和测量装置都比较简单。

如：CN208564455U公开了一种隧道钻孔施工用孔口装置，其中提供的孔口装置采用支撑圆环和挡板的接触来实现挡水、泄水的目的，不具有测量功能。CN209858347U共开了一种工程用水压力检测装置，仅用于水压力的测量。

以上两种装置功能单一，适用范围小，不适用于中长距离、长距离超前钻孔时涌水量大、涌水压力大以及有多个含水层时需逐层测量涌水量及水压等复杂情况下的安全测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的隧道超前地质预报钻孔测量装置功能单一以及不适用于测量短距离以上的超前钻孔的技术问题，本发明的目的在于提供一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置及其使用方法，本发明解决了现有技术中的隧道超前地质预报钻孔测量装置功能单一，不适用于中长距离、长距离超前钻孔时涌水量大、涌水压力大以及有多个含水层时需逐层测量涌水量及水压等复杂情况下的安全测量的技术问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置，其特征在于，包括：

管靴；

钻杆，该钻杆与所述管靴通过丝扣连接成组合体，用于可自转的配合在大钻孔内，大钻孔较深时，可连接多根钻杆；

测量管，用于测量超前钻孔的涌水量和涌水压力，该测量管的一端通过丝扣连接于钻杆的一端，测量管的外周壁上设置有压力表和阀门，测量管的另一端的内周壁通过丝扣连接有堵水接头，测量管、所述压力表、阀门和堵水接头组成测量装置。

所述管靴通过丝扣连接在所述钻杆的左端，管靴和钻杆的公称口径比所述小钻孔设计的开孔口径大一级。

所述测量管的公称口径与所述钻杆一致，测量管的左端通过丝扣与所述钻杆的右端连接。

所述测量管的外周壁上设置的所述压力表和阀门分别与测量管的外周壁连接，所述阀门的个数设置有多个。

起到堵水作用的所述堵水接头的左端通过丝扣与所述测量管的右端连接，堵水接头的右端与钻机动力头连接。

所述钻杆的右端面超出掌子面的距离d在0.3米范围内。

所述钻杆的左端具有钻孔，岩心管和钻进用的钻杆位于所述钻孔内，所述钻进用的钻杆的左侧具有所述岩心管。

所述压力表具有压力表接口，所述测量管通过所述压力表接口通向测量管的内部。

所述阀门具有阀门接口，所述测量管通过所述阀门接口通向测量管的内部。

一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置的使用方法，应用于一种隧道超前地质预报钻孔水压及水量测量装置，包括：

S1：安装钻机，使隧道的掌子面上的钻孔位置与钻机夹持器的距离在0.8-1.2米范围内；

S2：使用与钻杆同径的取心钻头、取心钻具钻进取心，直至钻到完整基岩，形成大钻孔，取心钻头、取心钻具钻进的深度以人工能转动钻杆进行丝扣拆卸为准；

S3：提出大钻孔的取心钻具和取心钻头，将管靴与钻杆连接成组合体下入到大钻孔中，并且控制好钻杆的长度，使钻杆的右端面超出掌子面的距离在0.3米范围内；

S4：换小一级的取心钻具、取心钻头，配套使用钻进用钻杆，下入大钻孔内，继续钻进取心。小一级的取心钻头钻出的小钻孔与大钻孔底面成环形台阶面，管靴与钻杆连接成的组合体的左端坐落在环形台阶面上；

S5：遇到含水层需要测量时，打捞出取心钻具内的岩心管，并将钻进用的钻杆提至含水层外，并控制钻进用的钻杆的右端超出测量装置的管靴与钻杆连接成的组合体右端面0.3米范围内；

S6：安装测量装置，首先将测量管上的所有阀门全部打开以起到引流泄压的作用，从而便于人工安装，将测量管和堵水接头的组合体的左端穿过钻机夹持器，使已设置在钻孔内的管靴与钻杆连接成的组合体的右端跟测量管和堵水接头的组合体的左端进行对接，当两端刚好接触时，使用钻机夹持器夹紧测量管和堵水接头的组合体，然后将钻机动力头和堵水接头连接；

S7：人工转动管靴与钻杆连接成的组合体使其与测量管和堵水接头的组合体进行丝扣连接，当丝扣连接时，管靴的左端面会随着丝扣的上紧而脱离环形台阶面，为使管靴的左端面与环形台阶面更好地接触密封，松开钻机夹持器，操作钻机给进油缸将整个测量装置推送至环形台阶面并给予一定的压紧力，以防止水从管靴处渗漏和因水压将测量装置冲出；

S8：使用胶管将阀门出水口与容器或三角堰箱连接，打开阀门即可用容积法或三角堰法测量出涌水量；

S9：关闭阀门可测得钻孔涌水压力；

S10：测量结束后，人工将测量装置的钻杆与测量管处的连接卸开，提出测量管及堵水接头的组合体，然后将步骤S5中提出的钻进用钻杆再次连接并下入小钻孔内，恢复钻进取心。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1.本发明是一种隧道超前地质预报钻孔测量装置，适用于中长距离、长距离超前钻孔时涌水量大、涌水压力大以及有多个含水层时需逐层测量涌水量及水压等复杂情况下的安全测量。

2.本发明结构简单，操作方便，广泛适用于顶驱式和通孔式全液压钻机，可快速测量涌水量、涌水压力，对正常钻进取心过程几乎无影响，正常钻进用的钻杆对已穿越的含水层起到隔离作用，再次钻遇含水层后，上提钻杆至该含水层顶板处，即可实施该含水层测量，从而实现在有多个含水层的情况下，逐层测量各含水层的涌水压力和涌水量。

3.本发明整个测量装置的管靴和钻杆是在大钻孔内密封贴合，以大钻孔为基础，继续钻出小钻孔，小钻孔内壁通过钻进用的钻杆密封贴合，若小钻孔钻遇含水层需要测量时，提出岩心管，将测量装置的测量管左端与钻杆连接、测量管的右端与堵水接头连接，测量管即可测试含水层的水量和水压，由于小钻孔相对于掌子面超前一定距离，从而实现了超前地质预报钻孔的测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：

图1为本发明提供的整体结构及安装在孔口时的示意图；

图2为本发明所述方法步骤S3的状态示意图；

图3为本发明所述方法步骤S7的状态示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-管靴，2-钻杆，3-测量管，31-压力表接口，32-阀门接口，4-压力表，5-阀门，6-堵水接头，7-钻孔，8-岩石，9-掌子面，10-钻进用的钻杆，11-环形台阶面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“超出”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-3所示，本实施例提供一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置，包括：管靴1、钻杆2和测量管3，钻杆2与管靴1通过丝扣连接成组合体，用于可自转的配合在大钻孔内，测量管3用于测量超前钻孔的涌水量和涌水压力，测量管3的一端通过丝扣连接于钻杆2的一端，测量管3的外周壁上设置有压力表4和阀门5，测量管3的另一端的内周壁通过丝扣连接有堵水接头6，测量管3、所述压力表4、阀门5和堵水接头6组成测量装置。

所述管靴1通过丝扣连接在所述钻杆2的左端，管靴1和钻杆2的公称口径比所述小钻孔设计的开孔口径大一级。

所述测量管3的公称口径与所述钻杆2一致，测量管3的左端通过丝扣与所述钻杆2的右端连接。

所述测量管3的外周壁上设置的所述压力表4和阀门5分别与测量管3的外周壁连接，所述阀门5的个数设置有多个。

起到堵水作用的所述堵水接头6的左端通过丝扣与所述测量管3的右端连接，堵水接头6的右端与钻机动力头连接。

所述钻杆2的右端面超出掌子面9的距离d在0.3米范围内。

所述钻杆2的左端具有钻孔7，岩心管和钻进用的钻杆10位于所述钻孔7内，所述钻进用的钻杆10的左侧具有所述岩心管，钻进用的钻杆10的右端超出管靴1与钻杆2连接成的所述组合体的右端面距离b在0.3米范围内。

所述压力表4具有压力表接口31，所述测量管3通过所述压力表接口31通向测量管3的内部。

所述阀门5具有阀门接口32，所述测量管3通过所述阀门接口32通向测量管3的内部。

实施例2

一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置的使用方法，应用于一种隧道超前地质预报钻孔水压及水量测量装置，包括如下步骤：

S1：安装钻机，使隧道的掌子面9上的钻孔位置与钻机夹持器的距离在0.8-1.2米范围内；

S2：使用与钻杆2同径的取心钻头、取心钻具钻进取心，直至钻到完整基岩，形成大钻孔，取心钻头、取心钻具钻进的深度以人工能转动钻杆进行丝扣拆卸为准；

S3：提出大钻孔的取心钻具和取心钻头，将管靴1与钻杆2连接成组合体下入到大钻孔中，并且控制好钻杆2的长度，使钻杆2的右端面超出掌子面9的距离在0.3米范围内；

S4：换小一级的取心钻具、取心钻头，配套使用钻进用钻杆2，下入大钻孔内，继续钻进取心，小一级的取心钻头钻出的小钻孔与大钻孔底面成环形台阶面11，管靴1与钻杆2连接成的组合体的左端坐落在环形台阶面11上；

S5：遇到含水层需要测量时，打捞出取心钻具内的岩心管，并将钻进用的钻杆10提至含水层外，并控制钻进用的钻杆10的右端超出测量装置的管靴1与钻杆2连接成的组合体右端面0.3米范围内；

S6：安装测量装置，首先将测量管上的所有阀门5全部打开以起到引流泄压的作用，从而便于人工安装，将测量管3和堵水接头6的组合体的左端穿过钻机夹持器，使已设置在钻孔内的管靴1与钻杆2连接成的组合体的右端跟测量管3和堵水接头6的组合体的左端进行对接，当两端刚好接触时，使用钻机夹持器夹紧测量管3和堵水接头6的组合体，然后将钻机动力头和堵水接头6连接；

S7：人工转动管靴1与钻杆2连接成的组合体使其与测量管3和堵水接头6的组合体进行丝扣连接，当丝扣连接时，管靴的左端面会随着丝扣的上紧而脱离环形台阶面11，为使管靴1的左端面与环形台阶面11更好地接触密封，松开钻机夹持器，操作钻机给进油缸将整个测量装置推送至环形台阶面11并给予一定的压紧力，以防止水从管靴1处渗漏和因水压将测量装置冲出；

S8：使用胶管将阀门5出水口与容器或三角堰箱连接，打开阀门即可用容积法或三角堰法测量出涌水量；

S9：关闭阀门5可测得钻孔涌水压力；

S10：测量结束后，人工将测量装置的钻杆2与测量管3处的连接卸开，提出测量管3及堵水接头6的组合体，然后将步骤S5中提出的钻进用钻杆10再次连接并下入小钻孔内，恢复钻进取心。

实施例3

如图1-3所示，本发明是从岩石8的右侧开始对岩石8进行超前钻孔测量，本发明的整个测量装置的管靴1和钻杆2在大钻孔内密封贴合，以大钻孔为基础，继续钻出小钻孔，小钻孔内壁通过钻进用的钻杆10密封贴合，若小钻孔钻遇含水层需要测量时，提出岩心管，将测量装置的测量管3左端与钻杆2连接、测量管3的右端与堵水接头6连接，测量管3即可测试含水层的水量和水压，由于小钻孔相对于掌子面超前一定距离，从而实现了超前地质预报钻孔的测量。

实施例4

本发明结构简单，操作方便，广泛适用于顶驱式和通孔式全液压钻机，可快速测量涌水量、涌水压力，对正常钻进取心过程几乎无影响，正常钻进用的钻杆对已穿越的含水层起到隔离作用，再次钻遇含水层后，上提钻杆至该含水层顶板处，即可实施该含水层测量，从而实现在有多个含水层的情况下，逐层测量各含水层的涌水压力和涌水量。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置，其特征在于，包括：

管靴(1)；

钻杆(2)，该钻杆(2)与所述管靴(1)通过丝扣连接成组合体，用于可自转的配合在大钻孔内；

测量管(3)，用于测量超前钻孔的涌水量和涌水压力，该测量管(3)的一端通过丝扣连接于钻杆(2)的一端，测量管(3)的外周壁上设置有压力表(4)和阀门(5)，测量管(3)的另一端的内周壁通过丝扣连接有堵水接头(6)，测量管(3)、所述压力表(4)、阀门(5)和堵水接头(6)组成测量装置。

2.根据权利要求1所述的一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置，其特征在于，所述管靴(1)通过丝扣连接在所述钻杆(2)的左端，管靴(1)和钻杆(2)的公称口径比所述小钻孔设计的开孔口径大一级。

3.根据权利要求1所述的一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置，其特征在于，所述测量管(3)的公称口径与所述钻杆(2)一致，测量管(3)的左端通过丝扣与所述钻杆(2)的右端连接。

4.根据权利要求1所述的一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置，其特征在于，所述测量管(3)的外周壁上设置的所述压力表(4)和阀门(5)分别与测量管(3)的外周壁连接，所述阀门(5)的个数设置有多个。

5.根据权利要求1所述的一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置，其特征在于，起到堵水作用的所述堵水接头(6)的左端通过丝扣与所述测量管(3)的右端连接，堵水接头(6)的右端与钻机动力头连接。

6.根据权利要求1所述的一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置，其特征在于，所述钻杆(2)的右端面超出掌子面(9)的距离(d)在0.3米范围内。

7.根据权利要求1所述的一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置，其特征在于，所述钻杆(2)的左端具有钻孔(7)，岩心管和钻进用的钻杆(10)位于所述钻孔(7)内，所述钻进用的钻杆(10)的左侧具有所述岩心管。

8.根据权利要求1所述的一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置，其特征在于，所述压力表(4)具有压力表接口(31)，所述测量管(3)通过所述压力表接口(31)通向测量管(3)的内部。

9.根据权利要求1所述的一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置，其特征在于，所述阀门(5)具有阀门接口(32)，所述测量管(3)通过所述阀门接口(32)通向测量管(3)的内部。

10.一种隧道超前地质预报钻孔的测量装置的使用方法，应用于一种隧道超前地质预报钻孔水压及水量测量装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1：安装钻机，使隧道的掌子面(9)上的钻孔位置与钻机夹持器的距离在0.8-1.2米范围内；

S2：使用与钻杆(2)同径的取心钻头、取心钻具钻进取心，直至钻到完整基岩，形成大钻孔，该取心钻头、取心钻具钻进的深度以人工能转动钻杆进行丝扣拆卸为准；

S3：提出大钻孔的取心钻具和取心钻头，将管靴(1)与钻杆(2)连接成组合体下入到大钻孔中，并且控制好钻杆(2)的长度，使钻杆(2)的右端面超出掌子面(9)的距离在0.3米范围内；

S4：换小一级的取心钻具、取心钻头，配套使用钻进用钻杆(2)，下入大钻孔内，继续钻进取心，小一级的取心钻头钻出的小钻孔与大钻孔底面成环形台阶面(11)，管靴(1)与钻杆(2)连接成的组合体的左端坐落在环形台阶面(11)上；

S5：遇到含水层需要测量时，打捞出取心钻具内的岩心管，并将钻进用的钻杆(10)提至含水层外，并控制钻进用的钻杆(10)的右端超出测量装置的管靴(1)与钻杆(2)连接成的组合体右端面0.3米范围内；

S6：安装测量装置，首先将测量管上的所有阀门(5)全部打开以起到引流泄压的作用，从而便于人工安装，将测量管(3)和堵水接头(6)的组合体的左端穿过钻机夹持器，使已设置在钻孔内的管靴(1)与钻杆(2)连接成的组合体的右端跟测量管(3)和堵水接头(6)的组合体的左端进行对接，当两端刚好接触时，使用钻机夹持器夹紧测量管(3)和堵水接头(6)的组合体，然后将钻机动力头和堵水接头(6)连接；

S7：人工转动管靴(1)与钻杆(2)连接成的组合体使其与测量管(3)和堵水接头(6)的组合体进行丝扣连接，当丝扣连接时，管靴的左端面会随着丝扣的上紧而脱离环形台阶面(11)，为使管靴(1)的左端面与环形台阶面(11)更好地接触密封，松开钻机夹持器，操作钻机给进油缸将整个测量装置推送至环形台阶面(11)并给予一定的压紧力，以防止水从管靴(1)处渗漏和因水压将测量装置冲出；

S8：使用胶管将阀门(5)出水口与容器或三角堰箱连接，打开阀门即可用容积法或三角堰法测量出涌水量；

S9：关闭阀门(5)可测得钻孔涌水压力；

S10：测量结束后，人工将测量装置的钻杆(2)与测量管(3)处的连接卸开，提出测量管(3)及堵水接头(6)的组合体，然后将步骤S5中提出的钻进用钻杆(10)再次连接并下入小钻孔内，恢复钻进取心。

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