本發(fā)明涉及承壓水地層鉆孔施工技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)備，特別涉及承壓水地層鉆孔施工半封閉泥漿保壓循環(huán)工藝。

背景技術(shù)：

在市政隧道、深基坑以及地鐵建設(shè)施工中，鉆孔施工的部分工作面位于地下水位以下或開(kāi)孔位置位于承壓水地層中，未采取措施施工時(shí)，多出現(xiàn)涌水、涌砂等事故，造成地層水土流失嚴(yán)重，甚至地面塌陷，損害周?chē)Y(jié)構(gòu)物。因此，在承壓水地層中進(jìn)行水平鉆孔施工過(guò)程中，泥漿與地層的水土壓力平衡可減緩或避免鉆孔施工對(duì)原有地層的擾動(dòng)影響，減少水土流失。如在地勘或煤礦垂直鉆孔過(guò)程中，泥漿比重產(chǎn)生的水土壓力平衡可避免塌孔等事故發(fā)生。

現(xiàn)今常用的解決方法是采用孔口管、閥門(mén)及壓緊裝置進(jìn)行密封鉆進(jìn)(如圖1所示)。在該鉆孔裝置下施工，存有以下弊端：1)孔內(nèi)泥漿壓力不穩(wěn)定，難以形成泥漿與地層的水土壓力平衡；2)鉆孔排渣只能依靠孔口管旁通閥的開(kāi)啟，易造成涌水、涌砂。因此，在穩(wěn)定泥漿壓力下孔內(nèi)排渣是重點(diǎn)，如何在泥漿保壓下能有效排渣成為承壓水地層鉆孔施工的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明在于提供一種既不造成水土流失又不影響鉆孔在泥漿保護(hù)的情況下正常推進(jìn)的承壓水地層鉆孔施工半封閉泥漿保壓循環(huán)工藝。

本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

承壓水地層鉆孔施工半封閉泥漿保壓循環(huán)工藝，包括如下步驟：

(A)分別安裝設(shè)置鉆機(jī)、泥漿池、泥漿泵、孔口密封裝置和固液分離裝置；

(B)將所述泥漿池的泥漿出口與所述泥漿泵的泥漿入口連通，將所述泥漿泵的泥漿出口與所述鉆機(jī)的泥漿入口連通；

(C)所述固液分離裝置的泥漿入口與所述孔口密封裝置的泥漿出口連通，所述固液分離裝置的泥漿出口與所述泥漿池的泥漿入口連通；

(D)根據(jù)鉆孔開(kāi)孔處位置的承壓水壓力及地層深度設(shè)定所述固液分離裝置內(nèi)的壓力閥值，使得鉆孔內(nèi)的泥漿與地層的水土形成壓力平衡；所述固液分離裝置內(nèi)的壓力超過(guò)設(shè)定的壓力閥值時(shí)，所述固液分離裝置的泥漿出口打開(kāi)并將泥漿排出到所述泥漿池內(nèi)；所述固液分離裝置內(nèi)的壓力低于設(shè)定的壓力閥值時(shí)，所述固液分離裝置的泥漿出口關(guān)閉；

(E)所述鉆機(jī)的鉆桿穿過(guò)所述孔口密封裝置進(jìn)行鉆孔施工，泥漿通過(guò)所述孔口密封裝置排出并進(jìn)入到所述固液分離裝置內(nèi)。

上述承壓水地層鉆孔施工半封閉泥漿保壓循環(huán)工藝，所述孔口密封裝置包括孔口管、球閥和壓緊裝置，所述孔口管的一端伸入到鉆孔內(nèi)，所述壓緊裝置安裝在所述孔口管的另一端上，所述球閥安裝在鉆孔入口與所述壓緊裝置之間的所述孔口管上；所述鉆桿依次穿過(guò)所述壓緊裝置、所述孔口管遠(yuǎn)離鉆孔一端的管口、以及所述球閥進(jìn)行鉆孔施工。

上述承壓水地層鉆孔施工半封閉泥漿保壓循環(huán)工藝，所述固液分離裝置包括第一管道、第二管道、儲(chǔ)漿罐和可調(diào)自動(dòng)泄壓閥；所述第一管道的入口與孔口管導(dǎo)通，所述第一管道的出口與所述第二管道的入口導(dǎo)通；所述第二管道的出口與所述儲(chǔ)漿罐的入口導(dǎo)通，所述可調(diào)自動(dòng)泄壓閥安裝在所述儲(chǔ)漿罐頂部的泥漿出口處。所述第二管道的管孔橫截面積大于所述第一管道的管孔橫截面積,所述儲(chǔ)漿罐的橫截面積大于所述第二管道的管孔橫截面積。所述第一管道的管孔橫截面積、所述儲(chǔ)漿罐的橫截面積以及所述第二管道的管孔橫截面積三者之間的大小比例，其確定原則是保證流體降速后能夠?qū)⒛酀{中的鉆屑等固體與泥漿充分分離。本領(lǐng)域普通技術(shù)在獲知本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，不需要花費(fèi)任何創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以具體確定，因此在本發(fā)明中不再根據(jù)具體施工情況詳細(xì)進(jìn)行一一贅述。但是，根據(jù)通過(guò)改變流速實(shí)現(xiàn)固液分離的經(jīng)驗(yàn)，所述第二管道的管孔橫截面積與所述第一管道的管孔橫截面積之比最小為2:1；所述儲(chǔ)漿罐的橫截面積與所述第二管道的管孔橫截面積之比最小為9:1。

上述承壓水地層鉆孔施工半封閉泥漿保壓循環(huán)工藝，所述孔口密封裝置還包括旁通閥和泥漿排出管，所述泥漿排出管與所述球閥和鉆孔入口之間的所述孔口管連通，所述旁通閥安裝在所述泥漿排出管上；所述第一管道的入口與所述泥漿排出管的出口連通。

上述承壓水地層鉆孔施工半封閉泥漿保壓循環(huán)工藝，所述儲(chǔ)漿罐的底部設(shè)置有出渣口，所述出渣口處安裝有出渣閥門(mén)。

上述承壓水地層鉆孔施工半封閉泥漿保壓循環(huán)工藝，所述出渣閥門(mén)的下方安裝有儲(chǔ)渣槽，所述儲(chǔ)渣槽的入口與所述出渣閥門(mén)的出口連通。

上述承壓水地層鉆孔施工半封閉泥漿保壓循環(huán)工藝，所述儲(chǔ)漿罐的頂部安裝有泥漿流出管，所述泥漿流出管的旁側(cè)導(dǎo)管上安裝有排氣閥及壓力表。

上述承壓水地層鉆孔施工半封閉泥漿保壓循環(huán)工藝，所述泥漿流出管的出口與所述可調(diào)自動(dòng)泄壓閥的入口導(dǎo)通，所述可調(diào)自動(dòng)泄壓閥的出口與泥漿池導(dǎo)通。

上述承壓水地層鉆孔施工半封閉泥漿保壓循環(huán)工藝，所述第二管道包括固定連接并相互導(dǎo)通的直管段和彎管段，所述直管段的一端穿過(guò)所述儲(chǔ)漿罐中部的罐壁并深入到所述儲(chǔ)漿罐內(nèi)，所述彎管段位于所述儲(chǔ)漿罐內(nèi)，所述彎管段的出口朝向所述儲(chǔ)漿罐的底部。

上述承壓水地層鉆孔施工半封閉泥漿保壓循環(huán)工藝，所述第一管道的流體入口方向垂于所述孔口管的流體入口方向；所述第一管道的流體出口方向垂直于所述直管段的軸線；所述直管段內(nèi)的流體流向垂直于所述彎管段出口的流體流向。

上述承壓水地層鉆孔施工半封閉泥漿保壓循環(huán)工藝，所述直管段的另一端上安裝有排水兼檢修閥門(mén)。

本發(fā)明的有益效果是：

1、排水兼檢修閥門(mén)的設(shè)置，使得打開(kāi)后即可泄壓排水，又可用作沖洗罐內(nèi)殘?jiān)耐ǖ馈?/p>

2、與孔口管連接的閥門(mén)及第一管道在第二管道的旁側(cè)，用于第一次泥漿改變方向與降速。

3、彎管段出口設(shè)置成朝向儲(chǔ)漿罐底部，用于第二次泥漿改變方向與降速。

4、罐內(nèi)泥漿壓力超過(guò)頂部設(shè)置的可調(diào)自動(dòng)泄壓閥閥值，自動(dòng)泄壓閥自動(dòng)開(kāi)啟，形成泥漿循環(huán)通路，泥漿流入配漿池，反之，則關(guān)閉保壓。

5、儲(chǔ)漿罐底部通過(guò)閥門(mén)密封安裝了儲(chǔ)渣槽。底部閥門(mén)的啟閉用于在保壓條件下盡量少甚至不排漿情況達(dá)到排渣的目的。

6、既不造成水土流失又不影響鉆孔在泥漿保護(hù)的情況下正常推進(jìn)，可與現(xiàn)有的孔口裝置配套使用。本發(fā)明利用在閉式循環(huán)系統(tǒng)的保壓作用下改變流體流速和流動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)固(砂石)液(泥漿)分離。

7、本發(fā)明的工藝應(yīng)用于在承壓水地層中進(jìn)行鉆孔施工過(guò)程中，泥漿與地層的水土壓力平衡可減緩或避免鉆孔施工對(duì)原有地層的擾動(dòng)影響，減少水土流失，保證鉆進(jìn)正常推進(jìn)。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)鉆孔施工密封鉆進(jìn)時(shí)的示意圖。

圖2本發(fā)明承壓水地層鉆孔施工半封閉泥漿保壓循環(huán)工藝的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明承壓水地層鉆孔施工半封閉泥漿保壓循環(huán)工藝在鉆孔施工工作時(shí)的示意圖。

1-第一管道；2-第二管道；21-直管段；22-彎管段；3-儲(chǔ)漿罐；31-出渣口；32-出渣閥門(mén)；33-泥漿流出管；34-旁側(cè)導(dǎo)管；4-可調(diào)自動(dòng)泄壓閥；5-排氣閥及壓力表；6-儲(chǔ)渣槽；7-排水兼檢修閥門(mén)；100-孔口管；200-鉆桿；300-泥漿池；400-逆止閥；500-壓緊裝置；600-鉆機(jī)；700-泥漿泵；800-球閥；900-旁通閥。

具體實(shí)施方式

為清楚說(shuō)明本發(fā)明中的方案，下面給出優(yōu)選的實(shí)施例并結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明。

如圖3所示，本實(shí)施例承壓水地層鉆孔施工半封閉泥漿保壓循環(huán)工藝包括如下步驟：

(A)分別安裝設(shè)置鉆機(jī)600、泥漿池300、泥漿泵700、孔口密封裝置和固液分離裝置；

(B)將所述泥漿池300的泥漿出口與所述泥漿泵700的泥漿入口連通，將所述泥漿泵700的泥漿出口與所述鉆機(jī)600的泥漿入口連通；

(C)所述固液分離裝置的泥漿入口與所述孔口密封裝置的泥漿出口連通，所述固液分離裝置的泥漿出口與所述泥漿池300的泥漿入口連通；

(D)根據(jù)鉆孔開(kāi)孔處位置的承壓水壓力及地層深度設(shè)定所述固液分離裝置內(nèi)的壓力閥值，使得鉆孔內(nèi)的泥漿與地層的水土形成壓力平衡；所述固液分離裝置內(nèi)的壓力超過(guò)設(shè)定的壓力閥值時(shí)，所述固液分離裝置的泥漿出口打開(kāi)并將泥漿排出到所述泥漿池300內(nèi)；所述固液分離裝置內(nèi)的壓力低于設(shè)定的壓力閥值時(shí)，所述固液分離裝置的泥漿出口關(guān)閉；

(E)所述鉆機(jī)600的鉆桿200穿過(guò)所述孔口密封裝置進(jìn)行鉆孔施工，泥漿通過(guò)所述孔口密封裝置排出并進(jìn)入到所述固液分離裝置內(nèi)。

如圖2和圖3所示，所述孔口密封裝置包括孔口管100、球閥800和壓緊裝置500，所述孔口管100的一端伸入到鉆孔內(nèi)，所述壓緊裝置500安裝在所述孔口管100的另一端上，所述球閥800安裝在鉆孔入口與所述壓緊裝置500之間的所述孔口管100上；所述鉆桿200依次穿過(guò)所述壓緊裝置500、所述孔口管100遠(yuǎn)離鉆孔一端的管口、以及所述球閥800進(jìn)行鉆孔施工。

如圖2和圖3所示，所述固液分離裝置包括第一管道1、第二管道2、儲(chǔ)漿罐3和可調(diào)自動(dòng)泄壓閥4；所述第一管道1的入口與孔口管100導(dǎo)通，所述第一管道1的出口與所述第二管道2的入口導(dǎo)通；所述第二管道2的出口與所述儲(chǔ)漿罐3的入口導(dǎo)通，所述可調(diào)自動(dòng)泄壓閥4安裝在所述儲(chǔ)漿罐3頂部的泥漿出口處。本實(shí)施例中，所述孔口密封裝置還包括旁通閥900和泥漿排出管，所述泥漿排出管與所述球閥800和鉆孔入口之間的所述孔口管100連通，所述旁通閥900安裝在所述泥漿排出管上；所述第一管道1的入口與所述泥漿排出管的出口連通。

所述鉆桿200穿過(guò)所述孔口管100的管孔，即所述第一管道1與所述孔口管100和所述鉆桿200之間的環(huán)形空間導(dǎo)通。所述第二管道2的管孔橫截面積大于所述第一管道1的管孔橫截面積，所述儲(chǔ)漿罐3的橫截面積大于所述第二管道2的管孔橫截面積。所述第一管道1的管孔橫截面積、所述儲(chǔ)漿罐3的橫截面積以及所述第二管道2的管孔橫截面積三者之間的大小比例，其確定原則是保證流體降速后能夠?qū)⒛酀{中的鉆屑等固體與泥漿充分分離；本領(lǐng)域普通技術(shù)在獲知本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，不需要花費(fèi)任何創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以具體確定，因此在本發(fā)明中不再根據(jù)具體施工情況詳細(xì)進(jìn)行一一贅述。但是，根據(jù)通過(guò)改變流速實(shí)現(xiàn)固液分離的經(jīng)驗(yàn)，所述第二管道2的管孔橫截面積與所述第一管道1的管孔橫截面積之比最小為2:1；所述儲(chǔ)漿罐3的橫截面積與所述第二管道2的管孔橫截面積之比最小為9:1。所述第二管道2包括固定連接并相互導(dǎo)通的直管段21和彎管段22，所述直管段21的一端穿過(guò)所述儲(chǔ)漿罐3中部與頂部之間的罐壁并深入到所述儲(chǔ)漿罐3內(nèi)，所述彎管段22位于所述儲(chǔ)漿罐3內(nèi)，所述彎管段22的出口朝向所述儲(chǔ)漿罐3的底部。所述第一管道1的流體入口方向垂于所述孔口管100的流體入口方向；所述第一管道1的流體出口方向垂直于所述直管段21的軸線；所述直管段21內(nèi)的流體流向垂直于所述彎管段22出口的流體流向。所述直管段21的另一端上安裝有排水兼檢修閥門(mén)7。

所述儲(chǔ)漿罐3的底部設(shè)置有出渣口31，所述出渣口31處安裝有出渣閥門(mén)32。所述出渣閥門(mén)32的下方安裝有儲(chǔ)渣槽6，所述儲(chǔ)渣槽6的入口與所述出渣閥門(mén)32的出口連通。

所述儲(chǔ)漿罐3的頂部安裝有泥漿流出管33，所述泥漿流出管33上安裝有排氣閥5。所述泥漿流出管33的出口與所述可調(diào)自動(dòng)泄壓閥4的入口導(dǎo)通，所述可調(diào)自動(dòng)泄壓閥4的出口與泥漿池300導(dǎo)通。

如圖3所示，本實(shí)施例承壓水地層鉆孔施工半封閉泥漿保壓循環(huán)工藝在工作時(shí)，根據(jù)鉆孔開(kāi)孔處位置的承壓水壓力及地層深度設(shè)置可調(diào)自從泄壓閥4閥值，使得鉆孔內(nèi)的泥漿與地層的水土形成壓力平衡；帶有泥砂的“高”流速泥漿自孔口管100與鉆桿200之間的環(huán)形空間經(jīng)第一管道1進(jìn)入第二管道2，由于泥漿第一次流動(dòng)方向改變及第二管道2橫截面積相對(duì)第一管道1橫截面積相對(duì)增大，液體流動(dòng)緩慢，再經(jīng)彎管段22，流入儲(chǔ)漿罐3內(nèi)，泥漿第二次流動(dòng)方向改變及泥漿流動(dòng)截面再次增大，速度再次放緩，因儲(chǔ)漿罐3泄壓口在其頂部，泥漿流動(dòng)改變方向，向上流動(dòng)，當(dāng)所述儲(chǔ)漿罐3內(nèi)的壓力超過(guò)預(yù)先設(shè)定的可調(diào)自從泄壓閥4閥值時(shí)，泥漿經(jīng)可調(diào)自動(dòng)泄壓閥4流入泥漿池300中。泥漿流經(jīng)本發(fā)明可調(diào)控壓固液分離裝置，通過(guò)兩次截面的增大，流動(dòng)速度的放緩，及兩次流動(dòng)改變方向，將實(shí)現(xiàn)固(砂石)液(泥漿)分離。砂石分離后，落入儲(chǔ)渣槽6中，當(dāng)達(dá)到一定量，可關(guān)閉儲(chǔ)漿罐3底部的出渣閥門(mén)，卸下儲(chǔ)渣槽6進(jìn)行排渣。

上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明創(chuàng)造所作的舉例，而并非對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造具體實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所引伸出的任何顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造權(quán)利要求的保護(hù)范圍之中。