[发明专利]松软岩土层射流导向成孔‑扩孔‑防塌孔一体化钻进方法

权利要求书

1.松软岩土层射流导向成孔-扩孔-防塌孔一体化钻进方法，其特征在于：包括以下步骤，

（1）、加工和测试松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进装置；

（2）、对松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进技术参数设计；

（3）、配制喷浆防塌浆液，测试浆液凝固性能；

（4）、安装松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进装置；

（5）、进行松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进作业；

（6）、至设计深度后停止钻进，利用清水清洗喷浆管路和浆液喷嘴，撤出钻杆钻头；

（7）、检测松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进效果；

所述步骤（1）中松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进装置采用射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻头，钻头前端设置2-3个射流导向切割喷嘴，钻头两侧安装2-3个射流扩孔切割喷嘴，钻头后端连接2-3个浆液喷嘴；钻杆由内层钻杆和外层钻杆组成，内层钻杆采用薄钢管或塑料管；内层钻杆和外层钻杆之间采用支撑片固定连接；钻杆之间的连接采用平扣连接，外层钻杆和内层钻杆之间形成的环形通道用于通水、排渣和射孔，内层钻杆内部轴向设有用于通过混凝土和速凝剂浆液的浆液通道。

2. 根据权利要求1所述的松软岩土层射流导向成孔-扩孔-防塌孔一体化钻进方法，其特征在于：所述步骤（2）中，射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进参数主要包括浆液凝固时间、注浆速度、喷浆厚度、浆液凝固强度、水射流压力、水射流扩孔直径、水射流扩孔速度、水射流导向切割速度、钻进速度；所述参数需要预先根据理论、经验及测试进行初步设计；

①水射流压力

水射流压力需要与松软岩土层硬度系数或力学强度对应，当松软岩土层硬度系数0-0.5时，射流压力20-25MP范围即可满足水射流扩孔和射流导向钻进；当松软岩土层硬度系数0.5-1.0时，射流压力25-35MP范围即可满足水射流扩孔和射流导向钻进；

②水射流导向钻进速度

水射流导向钻进速度与水射流压力、松软岩土层硬度系数及钻机转速有关，射流压力越大，松软岩土层硬度系数越小，钻机转速越大，水射流导向钻进速度越快；确定合理的水射流导向钻进速度应等于或略大于水射流扩孔速度、喷浆速度及钻进速度；

③水射流扩孔深度

水射流扩孔深度与水射流压力、松软岩土层硬度系数、钻机转速及钻进速度有关，射流压力越大，松软岩土层硬度系数越小，钻机转速越大，钻进速度越小，水射流扩孔深度越大；扩孔深度应等于或略大于钻孔壁喷浆厚度；

④注浆压力

在喷嘴直径一定时，浆液在钻杆内流动速度随注浆压力增加而增大；随着钻杆长度的增加，浆液流动的距离加长，为保持稳定浆液在钻杆内流动时间，需要逐步增大注浆压力；在钻进转速和钻进速度一定时，注浆速度和注浆厚度随注浆压力增加而增大，为了稳定注浆厚度，需要在增大注浆压力的同时增加钻进速度；

⑤喷浆厚度

喷浆厚度影响钻孔支护强度，在地表埋深较浅时，地应力较小，浆液厚度1-5mm即可防止塌孔；当在地下深部施工钻孔时，地应力较大，为延长钻孔垮塌时间，钻孔厚度应大于10mm；喷浆厚度与喷浆压力和钻进速度相关，喷浆压力越大，钻进速度越小，则喷浆厚度越大；

⑥液初凝时间

液初凝时间为混凝土与速凝剂混合至初步凝结所需时间T1，初凝时间应略大于混凝土与速凝剂混合浆液在钻杆中流动时间T2；在注浆压力不变时， T2随着钻进深度的增加而增大，为始终保持T1略大于T2，应逐步增大注浆压力，以增加浆液在钻杆内的流速，T2保持稳定；当增加压力不能满足T1大于T2，需要调节混凝土与速凝剂混合比例，延长混合浆液液初凝时间；

⑦浆液凝固强度

浆液凝固强度包括初凝强度和终凝强度；浆液层应具有一定的初凝强度，以便能防止钻进时钻孔松散煤壁立即掉渣或垮落；终凝强度应尽可能大，以尽可能增强浆液层对后期钻孔壁后期支护强度。