煤矿巷道掘进长距离快速超前钻探工艺策略及配套机具研究

随着我国煤炭资源开采深度的逐步增加,地质条件和围岩环境日趋复杂,掘进时面临水害、瓦斯等灾害的程度日益增大,超前钻孔作为探查和治理灾害的必要通道,日益严重的采掘失衡对长距离快速超前钻探技术的需求极为迫切。首先,结合煤矿安全相关规程和煤矿巷道掘进工况,分析了巷道掘进对于超前钻探的需求。然后,根据“长距离快速超前钻探”的要义,分析了目前钻探工艺技术存在的“复杂地层钻孔深度不足”“钻孔偏斜严重”“硬岩钻进效率低”3个关键技术问题。其次,针对3个关键技术问题总结研究了“复杂跟管钻进技术”“钻孔防偏技术”“硬岩高效钻进技术”。针对复杂地层因钻孔坍塌难以成孔的难题,总结了不同护孔技术及配套机具,分析了其对于不同工况的适用性,开发了孔底驱动快速跟管成套机具,将复杂地层钻孔深度延长2~3倍;针对回转钻进工况下的超前探孔防偏难题,分析了回转钻进偏斜的力学机理,从抑制钻孔倾角和方位角的角度分析了防偏钻具的原理、结构以及性能,研发了能够同时稳定倾角和方位角的单动式保直钻具,钻进过程中外管不转、芯轴带动钻头旋转破岩,现场试验表明能够同时将倾角和方位角偏斜率控制在1.5(°)/100 m;针对硬岩巷道超前钻探存在的效率低、破岩刀具磨损快等问题,分析了不同硬岩高效破岩机理并综合阐述了对应的破岩机具及配套技术与装备,研制了基于主动抑振原理的小直径稳压提速钻具,在岩石坚固性系数f为12的煤系石灰岩地层中提速1.5~2倍。最后,针对超前探钻孔“护孔”“防偏”“提速”3个关键需求,提出了相应工艺机具的发展方向。

孤岛工作面碎软煤层跟管护孔钻进工艺研究

针对孤岛工作面高应力碎软煤层钻孔易卡钻、塌孔导致钻孔成孔难度大、瓦斯抽采效果差的问题,开展跟管护孔钻进工艺研究。选取王坡煤矿3206孤岛工作面作为试验地点,分析得出该工作面需要采用大转矩、高转速钻机,以增强钻具排渣效果及孔内事故处理能力,同时需要考虑高应力区段钻孔护壁工艺及孔内高效排渣工艺。提出采用跟管护孔钻进工艺过高应力区,以达到护壁效果;采用螺旋钻进氮气辅助排渣工艺,以增强排渣能力,降低钻进过程中煤炭自燃的风险;钻孔穿过高应力区后,通过优化钻具组合,进一步提高钻孔在碎软煤层中的成孔深度。现场试验结果表明:相比于直接采用回转钻进施工钻孔,采用二级护孔钻进工艺施工钻孔平均孔深提高149%,采用三级护孔钻进工艺施工钻孔平均孔深提高114%,说明跟管护孔钻进工艺比回转钻进工艺更适合3206孤岛工作面碎软煤层钻孔施工;插接式螺旋钻杆施工钻孔成孔率高于丝扣连接式螺旋钻杆,螺旋钻进氮气辅助排渣工艺的成孔深度明显大于干式螺旋排渣工艺;?100/63.5-28 mm插接密封式螺旋钻杆及氮气辅助排渣工艺最适合3206孤岛工作面瓦斯预抽钻孔施工,平均孔深为100.6 m,成孔率为80%,瓦斯抽采效果优于其他钻具及钻进排渣工艺。

多节取粉管结合跟管钻进在龙川江盆地涌水钻孔施工过程中的应用

在砂岩型铀矿钻探施工过程中,钻遇含矿含水层时可能形成涌水钻孔,钻孔涌水可能导致钻孔孔壁坍塌、卡钻、埋钻等孔内事故。在龙川江盆地砂岩型铀矿钻探施工过程中,遇到大量涌水钻孔,论文分析了涌水钻孔施工的特征以及可能产生的隐患,提出采用多节取粉管结合跟管钻进技术,介绍了基于多节取粉管结合跟管钻进技术的涌水孔处理关键技术、处理方案、施工工艺及作用。

湘南1号深钻复杂地层护壁技术

孔壁稳定性是钻孔顺利钻进的重要条件,合理的护壁工艺可有效地保持孔壁稳定,尤其是复杂地层钻进过程中更是需要采用适合的护壁工艺来保持孔壁稳定以达到顺利钻进的目的。湘南1号深钻施工过程中多个孔段地层极为破碎,出现了严重孔壁失稳问题。通过分析地层及现场施工工艺后,针对不同孔段,形成了一套系统的护壁方案。通过现场实际护壁效果对比发现,冲洗液在轻微漏失工况下的护壁效果较好;跟管钻进工艺适合于快速穿越局部极破碎地层;水泥球混合水泥浆对极度破碎地层护壁有良好的效果。不同的护壁工艺各有优缺点,在实际钻探过程中针对性的选用高效护壁工艺对提高钻进效率有着重要意义。

履带式双管双动跟管钻机在滑坡抢险中的应用

在边坡治理工程中常采用预应力锚索,但传统的锚索钻机在钻掘硬岩时,进尺非常缓慢,而且根管难以拔出。通过采用高效的履带式双管双动跟管钻机在滑坡体上进行锚索成孔,大大提高了成孔效率和下锚质量,节约了锚索成孔时间,为滑坡治理赢得了宝贵的时间。同时,总结和分析了其与传统锚杆钻机的优缺点,为提高滑坡治理效率提供了新思路。

潜孔锤多工艺钻进在水文水井及工程中的应用

文章分析了潜孔锤钻进技术的优缺点，提出了根据不同地质条件及工程要求，研究与其它的先进钻进工艺方法相结合，克服该方法自身存在的某些缺点，形成了潜孔锤多工艺钻进方法，不仅拓宽了潜孔锤的使用领域，实践证明它发挥了其它钻进方法无法比拟的作用。

影响空气潜孔锤跟管钻进速度和跟管深度因素的分析

通过对空气潜孔锤跟管钻进钻具的受力分析，得到影响潜孔锤跟管钻进速度和跟管深度的因素。

铁路桥梁大直径管桩的适用性对比分析

从适用土层、场地要求、施工设备等方面对钻孔桩、打入桩、跟钻法、劲性复合桩的应用进行了分析。通过现场调研、资料收集,采用铁路定额组成,分析得出0. 8,1. 0 m打入桩、跟钻法和劲性复合管桩相关定额并进行经济性比较,给出了砂性土、黏性土条件下不同工法经济性分析结果。

钻进大口径锚索孔的新方法——浅谈潜孔锤扩底钻进

在高边坡施工大吨位锚索孔存在一些困难,文中给出了一种以潜孔锤跟管和孔底扩孔相结合的施工方法,用该方法施工可用较小的钻机钻进较大的孔。

非开挖支挡结构在高铁路堑变形治理中的应用

研究目的:高速铁路无砟轨道路基工程变形控制要求极为严格,为保证列车运营的舒适性、安全性,运营高速铁路几乎不允许路基出现任何变形。某高速铁路在运营过程中一段路堑边坡坍滑变形,严重影响其运营安全,针对该段高速铁路行车密度大、行车时速高、施工风险大的特点,提出微扰动非开挖支挡结构与风险管理相结合的处理方案。研究结论:(1)采用钢管微型桩跟管钻进潜孔钻施工后再通过锁口梁连成整体,可以有效遏制边坡变形、提高边坡稳定性,施工过程中对路基边坡扰动小,是高铁变形病害整治的一个重要原则和思路;(2)运营高速铁路变形病害整治施工风险安全等级高,将风险管理理念纳入工程设计领域,对治理方案风险因素进行了识别,并制定了详实的风险处理对策,是确保高铁变形病害整治成功的关键措施;(3)整治工程实施后路堑边坡变形得到了有效遏制,至今路堑变形稳定,实现了行车条件下高速铁路无砟轨道路堑边坡变形病害的整治,微扰动非开挖支挡结构与风险管理相结合的高铁变形病害整治技术可为今后高铁路堑变形病害治理提供参考和借鉴。

复杂地质条件下边坡偏心跟管钻孔费用分析——以某蓄能电站为例

针对水电工程深厚覆盖层堆积体边坡的复杂地质条件,传统钻孔工艺成孔不易成型,易塌陷,钻孔进尺效率低的问题,常采用偏心跟管钻孔工艺钻孔,但其单价编制水电工程无可参考的定额子目,造成建设单位无法准确确定跟管钻孔的费用,影响建设单位的投资决策。本文通过对偏心跟管钻孔施工工艺进行分析,以某蓄能电站边坡为实例,通过实测人材机耗量计算偏心跟管钻孔的费用,并与类似行业跟管钻孔单价进行对比分析,旨在今后为建设单位合理确定跟管钻孔费用提供参考与借鉴。

某矿区钻孔特大型“倒裂隙”的治理

某矿区ZK552钻孔中的"倒裂隙"造成漏失。"倒裂隙"的显著特点是与坡积含水层不相通,漏失层位置与实际静水位不一致,裂隙的倾向与地形坡向基本一致,是导水裂隙且通向地表,有较好的排泄点(泉)。治理这种裂隙的方法是准确计算漏失位置,采用水∶灰为0 4的水泥浆灌注,同时用替浆水尽可能把水泥浆压入"倒裂隙"中,维持一段时间泵压,防止裂隙水把水泥浆压回钻孔。灌注后的凝固时间需40h以上,有效阻塞过水通道,钻孔的严重漏失可得到彻底封堵。

压力分散型预应力锚索跟管钻进技术在南宁五象广场边坡中的应用

针对南宁五象广场边坡支护工程存在大面积软弱土层、施工难度大的特点,采用压力分散型预应力锚索方案,对施工过程中出现的钻进困难、跟管钻进施工过程中排渣困难、跟管难以取出、套管接头断裂、管靴断裂等难点进行深入分析,综合考虑提出采用超大规格偏心钻同步跟管钻进成孔的施工方案。先采用Φ219钢套管保护孔壁,防止因钻具扰动引起的孔壁失稳,边钻边加钻杆和套管,每钻至一定深度后重复提钻检查偏心钻、冲击器的使用情况直至设计深度,锚索放置完毕后用拔管机拔出套管,钻孔结束后,通过反转使偏心轮收拢,套管留在孔内护壁而成孔,采用高压风彻底冲扫排渣。压力分散型预应力锚索采用M35水泥净浆一次压力注浆至孔底,一次压力注浆完成2 h后再进行高压劈裂灌浆。验收试验表明,采用超大规格偏心钻同步跟管钻进施工方法可有效解决在大面积软弱土地基中塌孔、钻杆弯曲等施工难题,提高了施工效率和施工的安全性。

大隆水利枢纽工程高喷板墙施工

为保证大隆水利枢纽工程防渗墙施工质量及确保堰坝度汛安全,在坝体上游设置一道高喷板墙。要求高喷墙渗透系数小于i×10-5cm/s,并与土和强风化层之间有良好的连接。工程具有地层复杂钻孔难度大、喷射灌浆条件多变的特点。高喷板墙完工后,通过围井注水试验检查质量,渗透系数为1.56×10-6cm/s。工程实践表明:在卵砾石含量多、粒径大的地层中,选择钻进能力强的钻孔设备、采取跟管钻进和PVC管护壁技术,是确保高喷灌浆成功的重要条件。

可伸缩扩孔钻头在深厚砂卵砾石层跟管钻进中的应用

针对雅鲁藏布江冷达水电站深厚砂卵砾石层钻进遇到孤石致使跟管受阻问题,采用一种可伸缩两翼扩孔钻头,将套管下方的孤石扩出口径略大于套管外径的环状空隙,使套管继续跟进到达计划深度。该方法既可避免传统孔内爆破炸碎孤石方法的危险性和繁琐性,也可克服采用套管钻头旋转跟进套管由于扭矩大导致的套管磨损大、易断裂、成本高等问题。该工艺操作易掌握,不受深度限制,在跟管扩孔钻进中,甚至于处理孔内事故时均可采用,值得推广。

砂卵石地层超长管棚技术应用与研究

成都地铁盾构始发及接收采用管棚加固措施,既有经验及工程实践表明,管棚支护对控制沉降及盾构始发/接收安全起到有效控制作用,为将管棚支护技术应用于下穿既有运营地铁线等高风险工程,有必要对成都砂卵石地层超长管棚应用进行系统研究,以成都在建地铁车站基坑内管棚试验为基础,对管棚直径、打设工艺、打设长度、打设精度及引起地层沉降进行研究分析。结果表明:在卵石粒径大(最大粒径60cm)、卵石含量高(60%~80%)的成都砂卵石地层,采用带冲击锤头的潜孔钻机,可实现管棚长距离施工,当施作长度小于35 m时能有效控制管棚偏移量,试验过程中最大偏移量为0.6m,且管棚采用跟管顶进法可有效控制管棚施工过程中引起的地层沉降。

铁路桥梁跟钻法管桩在砂性土中的合理构造分析

跟钻法是一种新型PHC管桩施工的工法,具有环境影响小、单桩承载力高等优点,以连镇铁路为依托,目的在于通过研究跟钻法管桩在砂性土中的扩大头尺寸、桩径、壁厚的合理构造,以提高跟钻法管桩在铁路桥梁基础中应用的经济性及适用性。通过有限元软件GTS-NX对不同构造跟钻法管桩进行建模计算,在满足规范前提下对不同构造管桩进行对比,结果表明:对于连镇铁路砂性土场地情况,增大扩大头尺寸可有效增加单桩基承载能力;不同直径跟钻法管桩在不同墩高条件下有各自的经济性;在相同桩径情况下选择较厚壁厚管桩更适用于铁路桥梁。

水下炸岩成孔困难的原因及对策

对连云港田湾核电站厂区自备码头水下炸岩成孔困难进行了分析，采用套管跟进钻具有效解决具有覆盖层岩石成孔困难的问题。

浅谈深厚砂层狭窄肥槽大面积锚索群拔除施工技术应用

以郑州地铁6号线魏庄站—博览中心站区间项目为背景,对深厚砂层狭窄肥槽大面积锚索的拔除施工技术进行了研究。通过对5种锚索处理施工方案进行分析对比,采用跟管钻进减摩套取锚索法对侵入盾构掘进断面的大规模锚索群进行处理,预应力锚索拔除完毕后进行注浆回填并拔出套管、索孔封闭,及时使用5%水泥土分层分段回填肥槽,保障了基坑稳定性,实现了安全可靠、经济便捷及质量优异的目标。所总结的施工技术可供同类情况的施工参考。

锚杆钻机的发展与应用

锚杆钻机具有受地域影响较小、施工作业灵活、成本相对较低、结构简洁等优点,所以在各项工程领域都有着广泛的应用。本文着重介绍了锚杆钻机的主要类型及发展趋势,并对工程施工中的具体应用作了一定的说明。针对液压系统的维护、污染原因等进行了简要分析和探讨。