一种未封闭钻孔封堵工艺及结构制造技术

本发明专利技术公开了一种未封闭钻孔封堵工艺及结构，将各设计注浆孔轨迹在空间上相互交叉环抱布置，能够形成结构为两端粗、中间细的沙漏式的注浆孔系模型，注浆孔系模型的中间细的部位对应封堵位置顶板，封堵位置顶板处地层为强风化带，裂隙延伸范围小，因此浆液水平扩散范围小，注浆孔系模型的下端粗的部位对应封堵位置底板，该处一般为微风化带、未风化原岩或微风化带与未风化原岩之间的过渡带，裂隙延伸范围大，浆液水平扩散范围大。本发明专利技术充分利用不同地层浆液扩散特性，在一定的封堵范围内增加浆液扩散叠加率，基于上述结构可以得到锥状止水帷幕，对钻孔进行有效封堵。

Plugging technology and structure of an unclosed borehole

The invention discloses an unclosed drilling hole sealing technology and structure, which arranges each design grouting hole trajectory intersecting and encircling each other in space, and can form a grouting hole system model with thick and thin structure at both ends. The middle thin part of the grouting hole system model corresponds to the sealing position of the roof and the sealing position is at the roof and the ground. The stratum is a strong weathering zone and the fracture extension is small, so the horizontal diffusion range of grout is small, and the thick part of the bottom of grouting hole system model corresponds to the bottom plate of the sealing position, which is generally a transition zone between the slightly weathered zone, the undisturbed or slightly weathered zone and the undisturbed original rock. . The invention makes full use of the slurry diffusion characteristics of different strata, increases the slurry diffusion superposition rate within a certain sealing range, and obtains a conical water-stop curtain based on the above structure, so as to effectively plug the borehole.

【技术实现步骤摘要】
一种未封闭钻孔封堵工艺及结构
本申请属于钻孔封堵
，具体涉及一种未封闭钻孔封堵工艺及结构。
技术介绍
第四纪是新生代的第二个纪。第四纪形成的地层叫第四系，第四系沉积物分布极广，除岩石裸露的陡峻山坡外，全球几乎到处被第四纪沉积物覆盖。第四系沉积物形成较晚，大多未胶结，保存比较完整。第四系沉积主要有冰川沉积、河流沉积、湖相沉积、风成沉积、洞穴沉积和海相沉积等。其次为冰水沉积、残积、坡积、洪积、生物沉积和火山沉积等。第四系地层透水性、富水性强，由厚层砂砾卵石、砂层与不连续粘性土层组成，当与河流水力联系时，可构成厚大第四系强含水体。在进行铁矿地质普查工作阶段，需要进行钻孔，取样分析，普查结束后需要将钻孔封堵。但是由于各方面的原因，一些钻孔未实施终孔后的封堵，处于未封闭状态，这些钻孔在矿山基建和采矿时，一旦揭露即会形成第四系水与采场间的直接水力通道，形成矿坑突水的重大隐患，需要进行超前封堵治理。然而，由于年代久远，钻孔第四系地层段已坍塌，且钻孔轨迹参数不齐全，钻孔孔口位置、方位未测，未知钻孔的实际轨迹，不能确定预封堵范围内钻孔的实际位置，极大增加了钻孔的封堵难度。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种未封闭钻孔封堵工艺及结构，在钻孔通过基岩风化带区段形成止水帷幕，对未封闭钻孔进行有效封堵，切断第四系水通过钻孔涌入基岩采场的通道，保证安全采矿生产。实现本专利技术目的所采用的技术方案为，一种未封闭钻孔封堵工艺，包括如下步骤：(1)获取所述钻孔的钻孔轨迹；(2)构建注浆孔系模型：以所述钻孔所在地质区的风化带及以下设定深度D的范围内为封堵区域，所述封堵区域自封堵位置顶板起、至封堵位置底板止，所述封堵位置顶板位于所述风化带中，所述封堵位置底板位于所述风化带以下设定深度D处；在以所述钻孔轨迹在所述封堵位置底板上的中心为圆心，以封堵位置底板处地层的浆液水平扩散范围为半径的底板圆周上，布置3个以上底板注浆位；在以所述钻孔轨迹在所述封堵位置顶板上的中心为圆心，以封堵位置顶板处地层的浆液水平扩散范围为半径的顶板圆周内，布置与所述底板注浆位数量相同的顶板注浆位；以其中一个所述底板注浆位为起点，向上通过其中一个所述顶板注浆位并延伸至地表，所述延伸线与所述地表的交点为地表注浆位，所述地表注浆位、所述顶板注浆位和所述底板注浆位的连线即为设计注浆孔轨迹；重复以上步骤，以其余所述底板注浆位分别为起点，获取其余所述设计注浆孔轨迹；各所述设计注浆孔轨迹在空间上相互交叉环抱，形成结构为两端粗、中间细的沙漏式的所述注浆孔系模型；(3)封堵施工；按所述注浆孔系模型在所述钻孔周边钻进注浆孔；在所述注浆孔中注浆，注浆至浆液达到封堵位置顶板，各所述注浆孔中的浆液形成锥状止水帷幕，对所述钻孔进行封堵。进一步的，步骤(1)中，获取钻孔轨迹的具体内容为：获取所述钻孔的实际孔深；获取所述钻孔的孔斜数据；根据所述钻孔的开孔坐标确定所述钻孔的开口位置；根据所述孔深、所述孔斜数据和所述开口位置，确定所述钻孔轨迹。进一步的，步骤(2)中，所述封堵位置顶板具体位于所述风化带的强风化带中；所述封堵位置底板位于所述风化带以下设定深度D处，具体位于微风化带、未风化原岩或微风化带与未风化原岩之间的过渡带中。进一步的，步骤(2)中，各所述底板注浆位在所述底板圆周上均匀布置；各所述顶板注浆位在所述顶板圆周内均匀布置。进一步的，步骤(2)中，其中一个所述底板注浆位设置于所述钻孔轨迹投影与所述底板圆周的交点a处。进一步的，步骤(2)中，所述交点a所在的所述设计注浆孔轨迹的孔深最小。进一步的，步骤(3)中，在钻进所述注浆孔的过程中，当钻孔达到设计深度后，进行洗孔。进一步的，步骤(3)中，在所述注浆孔中注浆前，所述工艺还包括：首先测定所述封堵区域各个深度处地层的裂隙率，并根据所述裂隙率确定所述浆液的配合比；在所述注浆孔中注浆的过程中，根据注浆情况调整所述浆液的配合比，使所述浆液在设定时间内凝固。进一步的，步骤(3)中，采用高密度电法测井和简易压水试验测定所述裂隙率。基于同样的专利技术构思，本专利技术还提供了一种未封闭钻孔封堵结构，所述封堵结构为由3个以上在空间上相互交叉环抱的注浆孔注浆形成的锥状止水帷幕，所述钻孔的钻孔轨迹穿过所述锥状止水帷幕；所述锥状止水帷幕位于所述钻孔所在地质区的风化带及以下设定深度D的范围内，所述锥状止水帷幕的顶板位于所述风化带中；所述锥状止水帷幕的底板位于所述风化带以下设定深度D处。由上述技术方案可知，本专利技术提供的未封闭钻孔封堵工艺及结构，将各设计注浆孔轨迹在空间上相互交叉环抱布置，能够形成结构为两端粗、中间细的沙漏式的注浆孔系模型，注浆孔系模型的中间细的部位对应封堵位置顶板，封堵位置顶板处的地层为风化带，裂隙延伸范围小，因此浆液水平扩散范围小，注浆孔系模型的下端粗的部位对应封堵位置底板，封堵位置底板处的地层为风化带以下设定深度D处，该处一般为微风化带、未风化原岩或微风化带与未风化原岩之间的过渡带，裂隙延伸范围大，浆液水平扩散范围大，基于上述结构可以得到锥状止水帷幕，充分利用不同地层浆液扩散特性，在一定的封堵范围内增加浆液扩散叠加率，能够有效避免由于单孔注浆效果达不到预期而出现局部缺浆，造成注浆封堵失败问题，对钻孔进行有效封堵。本专利技术并非直接在钻孔中注浆，封堵钻孔，而是将设计注浆钻孔轨迹按交叉状布置，各注浆孔交叉环绕，分布于钻孔周边，从而对第四系之下基岩风化带区段钻孔进行超前封堵，在钻孔通过基岩风化带区段形成止水帷幕，切断第四系水通过老钻孔涌入基岩采场的通道，因而特别适用于封堵轨迹不明、封堵困难的老钻孔。附图说明图1为本专利技术实施例中注浆孔系模型的示意图；图2为本专利技术实施例中注浆封堵结构的示意图；附图标记说明：1-钻孔轨迹；2-地表，21-地表注浆位；3-第一条设计注浆孔轨迹，31-第一条注浆孔；4-第二条设计注浆孔轨迹，41-第二条注浆孔；5-第三条设计注浆孔轨迹，51-第三条注浆孔；6-封堵位置底板，61-底板注浆位，62-底板圆周；7-封堵位置顶板，71-顶板注浆位，72-顶板圆周；8-封堵区域；9-锥状止水帷幕。图3为本专利技术实施例中未封闭钻孔封堵结构的示意图；附图标记说明：1-钻孔轨迹；2-地表；31-第一条注浆孔；41-第二条注浆孔；51-第三条注浆孔；9-锥状止水帷幕，91-顶板，92-底板。具体实施方式为了使本申请所属
中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。在本专利技术实施例中，将该未封闭钻孔封堵工艺应用于某地区的矿区中，该地区矿区位于某河道冲洪积扇顶部，上覆厚大第四系地层，总厚50m～180m。第四系地层透水性、富水性强，由厚层砂砾卵石、砂层与不连续粘性土层组成，且与该河道水力联系密切，构成了厚大第四系强含水体。该矿区在20世纪70年代铁矿地质普查工作阶段，有18个老钻孔未实施终孔后的封堵，这些钻孔在矿山基建和采矿时，一旦揭露即会形成第四系水与采场间的直接水力通道，形成矿坑突水的重大隐患。由于年代久远，钻孔开口已封闭，难以寻觅，钻孔第四系地层段已坍塌，因此钻孔方位以及实际轨迹未知，不能确定预封堵范围内钻孔的实际位置。该矿区采用了本专利技术的未封闭钻孔封堵工艺，具体操作如下：(1)获取钻孔的钻孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种未封闭钻孔封堵工艺，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取所述钻孔的钻孔轨迹；(2)构建注浆孔系模型：以所述钻孔所在地质区的风化带及以下设定深度D的范围内为封堵区域，所述封堵区域自封堵位置顶板起、至封堵位置底板止，所述封堵位置顶板位于所述风化带中，所述封堵位置底板位于所述风化带以下设定深度D处；在以所述钻孔轨迹在所述封堵位置底板上的中心为圆心，以封堵位置底板处地层的浆液水平扩散范围为半径的底板圆周上，布置3个以上底板注浆位；在以所述钻孔轨迹在所述封堵位置顶板上的中心为圆心，以封堵位置顶板处地层的浆液水平扩散范围为半径的顶板圆周内，布置与所述底板注浆位数量相同的顶板注浆位；以其中一个所述底板注浆位为起点，向上通过其中一个所述顶板注浆位并延伸至地表，所述延伸线与所述地表的交点为地表注浆位，所述地表注浆位、所述顶板注浆位和所述底板注浆位的连线即为设计注浆孔轨迹；重复以上步骤，以其余所述底板注浆位分别为起点，获取其余所述设计注浆孔轨迹；各所述设计注浆孔轨迹在空间上相互交叉环抱，形成结构为两端粗、中间细的沙漏式的所述注浆孔系模型；(3)封堵施工；按所述注浆孔系模型在所述钻孔周边钻进注浆孔；在所述注浆孔中注浆，注浆至浆液达到封堵位置顶板，各所述注浆孔中的浆液形成锥状止水帷幕，对所述钻孔进行封堵。...

【技术特征摘要】
1.一种未封闭钻孔封堵工艺，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取所述钻孔的钻孔轨迹；(2)构建注浆孔系模型：以所述钻孔所在地质区的风化带及以下设定深度D的范围内为封堵区域，所述封堵区域自封堵位置顶板起、至封堵位置底板止，所述封堵位置顶板位于所述风化带中，所述封堵位置底板位于所述风化带以下设定深度D处；在以所述钻孔轨迹在所述封堵位置底板上的中心为圆心，以封堵位置底板处地层的浆液水平扩散范围为半径的底板圆周上，布置3个以上底板注浆位；在以所述钻孔轨迹在所述封堵位置顶板上的中心为圆心，以封堵位置顶板处地层的浆液水平扩散范围为半径的顶板圆周内，布置与所述底板注浆位数量相同的顶板注浆位；以其中一个所述底板注浆位为起点，向上通过其中一个所述顶板注浆位并延伸至地表，所述延伸线与所述地表的交点为地表注浆位，所述地表注浆位、所述顶板注浆位和所述底板注浆位的连线即为设计注浆孔轨迹；重复以上步骤，以其余所述底板注浆位分别为起点，获取其余所述设计注浆孔轨迹；各所述设计注浆孔轨迹在空间上相互交叉环抱，形成结构为两端粗、中间细的沙漏式的所述注浆孔系模型；(3)封堵施工；按所述注浆孔系模型在所述钻孔周边钻进注浆孔；在所述注浆孔中注浆，注浆至浆液达到封堵位置顶板，各所述注浆孔中的浆液形成锥状止水帷幕，对所述钻孔进行封堵。2.如权利要求1所述的未封闭钻孔封堵工艺，其特征在于：步骤(1)中，获取钻孔轨迹的具体内容为：获取所述钻孔的实际孔深；获取所述钻孔的孔斜数据；根据所述钻孔的开孔坐标确定所述钻孔的开口位置；根据所述孔深、所述孔斜数据和所述开口位置，确定所述钻孔轨迹。3.如权利要求1所述的未封闭钻孔封堵工艺，其特征在于：步骤(2)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐宝军，杨景华，王敬海，康振兴，魏宇，
申请(专利权)人：首钢滦南马城矿业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北,13