[发明专利]一种斜井开挖近水平定向冷冻方法

说明书

本发明公开了一种斜井开挖近水平定向冷冻方法，包括钻孔设计、跟管定向钻进、坐封管路下入与坐封、丢手剪断与上提坐封钻杆、冷冻液输入管下放与制冷系统安装；配套系统包括双动力头定向钻机、套管、定向钻具组合、坐封管柱、耐低温封隔器、冷冻管路、制冷设备。双动力头定向钻机实现套管与定向钻具同时钻进，钻进到设计位置时提出定向钻具，套管钻进时起到护孔作用、后期作为冷冻管路；耐低温封隔器通过坐封管柱下入孔底，通过打压实现坐封；坐封完成后，下入冷冻管路并安装孔口设备，循环冷冻液实现斜井预开挖区域的定向冷冻。本发明实现了斜井预开挖断面外圈的精准顺巷道方向冷冻，降低了钻孔数量，提高了钻孔利用率和经济效益。

技术领域

本发明涉及隧道开挖及钻探领域，一种斜井开挖近水平定向冷冻方法。

背景技术

斜井开拓作为一种重要的矿井建设工程，需要穿越表层至目的矿层中间的多种地层，同时面临地下水的威胁，开挖前需要地层加工与隔水处理。冷冻法作为一种地层加固方法，在斜井开挖前得到了广泛应用。

目前，国内常用的冷冻方法为采用地面垂直钻孔实现冻结，在地面向预开挖区域施工密集垂直钻孔后下入套管，套管前端焊实，下至孔底后，在套管内部下放注冷冻液管路，冷冻液从管路和套管环型空间实现上返。现有技术存在以下缺陷：（1）钻孔数量大、无效进尺多、套管耗材大；（2）施工周期长、经济效益较差。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种斜井开挖近水平定向冷冻方法及配套装备，克服现有技术中存在的钻孔数量大、无效进尺多、套管耗材大、施工周期长、经济效益较差等问题和缺陷，实现斜井预开挖断面定向冷冻。为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种斜井开挖近水平定向冷冻方法，依次包括以下步骤，跟管定向钻进、封隔器坐封、冷冻管路建设；

所述跟管定向钻进的流程为：

步骤一：根据巷道的位置以及冷冻范围，完成沿巷道预开挖巷道断面外圈的钻孔设计；

步骤二：回转施工将各个钻孔先导孔10m，

步骤三：组装定向钻具，将激光陀螺测斜仪装入仪器外管内，将螺杆钻具和有线通讯钻杆安装在仪器外管内两端，螺杆钻具的端部为定向钻头，有线通讯钻杆位于地面一端具有定向钻进送水器，将套管钻头安装在套管端部；

步骤四：采用双动力头定向钻机将螺杆钻具、有线通讯钻杆、套管依次完成加接，保持有线通讯钻杆和仪器外管内位于套管内，螺杆钻具位于套管外；

步骤五：启动打钻工作，套管随螺杆钻具同步进入钻孔，定向钻进送水器向有线通讯钻杆以及螺杆钻具加压供水，钻孔过程中根据钻孔偏斜情况，通过及时调整螺杆钻具工具面实现轨迹的精准控制；

步骤六：钻孔到达目的位置后，拔出有线通讯钻杆、仪器外管、螺杆钻具，将套管留设在钻孔中；

所述封隔器坐封的流程为：

步骤一：将坐封送水器、坐封钻杆、丢手、耐低温封隔器依次组装，并通过双动力头定向钻机的小动力头将组装后的整体沿套管投入直至耐低温封隔器到达套管底部位置；

步骤二：开启坐封送水器和水泵打压坐封，坐封压力大于10MPa，水经过坐封钻杆和丢手进入耐低温封隔器，耐低温封隔器上的坐封胶囊膨胀直至将套管底部管口完全封堵；

步骤三：坐封完成后，上提坐封钻杆，丢手剪断，将坐封钻杆依次提至套管外，耐低温封隔器留设在套管内；

所述冷冻管路建设的流程为：

步骤一：将冷冻液输入管插入套管直至接近耐低温封隔器位置，冷冻液输入管与套管之间具有间隙，将冷冻液输入管的一端安装在孔口装置上，将孔口装置安装在套管的上部管口处，孔口装置上具有连通冷冻液输入管与套管之间间隙的冷却液出口以及连通冷冻液输入管的冷却液进口；