本发明专利技术公开了一种水平孔垂向水力切槽系统及截水帷幕的构建方法，水平孔垂向水力切槽系统，由轴向对接的孔内开槽组件和双层钻杆组成；孔内开槽组件设置通水排渣组件，在所述的通水排渣组件上铰接高压射孔调角组件，双层钻杆与通水排渣组件轴向对接，打通高压水通道和排渣通道；高压射孔调角组件调整开槽的方位，沿水平孔走向切割垂向槽段后进行充填注浆，构建截水帷幕。本发明专利技术既解决了地面开槽灌浆型帷幕建造方式适用深度过浅的问题，又解决了钻孔注浆型帷幕在浅部进行高压注浆破坏地表继而造成次生工程地质灾害问题。尤其是填补了浅埋深基岩层帷幕建造技术空白，使得地面开槽灌灌浆型帷幕、地下钻探注浆型帷幕均无法解决的浅埋深基岩层帷幕可以实现。埋深基岩层帷幕可以实现。埋深基岩层帷幕可以实现。
【技术实现步骤摘要】
一种水平孔垂向水力切槽系统及截水帷幕的构建方法
[0001]本专利技术涉及帷幕构建
，具体涉及一种水平孔垂向水力切槽系统及截水帷幕的构建方法。
技术介绍
[0002]在煤矿及非煤矿山、井工矿及露天矿生产过程中，以及水利水电、环保、市政等工程施工过程中，凡涉及地下空间开挖，均会不同程度揭露或扰动地下含水层、地表水体等，导致地下水、地表水进入地下生产空间造成涌水，轻则影响生产，重则造成人员伤亡，其中尤以煤矿面临的水害问题最为严重。为有效防控矿井涌水量，保证矿井防治水安全，煤矿主要开展“探、防、堵、疏、排、截、监”等工作，其中“截”主要为地表、地下各类截水措施，以截水帷幕为主。通过施工截水帷幕墙，阻断地下含水层、地表水通过侧向补给进入地下空间的水量，减少疏排水费用、维持帷幕墙外侧水位，即有利于矿井生产，也有利于水资源和生态保护。对于井工煤矿，主要是截断煤层顶底板含水层对井巷系统的侧向补给，如张家峁、朱仙庄等煤矿钻探注浆式侧向帷幕；对于露天煤矿，主要通过截水帷幕截断松散层水、地表水对矿坑的侧向补给量，如扎尼河露天矿通过帷幕对海拉尔河侧向补给量进行截水减排，元宝山露天矿通过侧向帷幕对英金河及松散含水层水侧向补给进行截水减排。截水帷幕已经成为一种较为常用且有效的地下水人工干预办法，广泛应用于煤矿、非煤矿山、水利水电、市政、环保等行业。
[0003]现有的截水帷幕墙构造技术中，地下连续墙、旋喷桩、咬合桩等地面开槽灌浆型帷幕建造方法仅适用于露天矿、城市深基坑、垃圾填埋场等，施工深度一般小于60m；钻孔高压劈裂注浆式帷幕主要通过施工地面垂直孔或水平孔，通过注浆泵将浆液注入岩层，形成全封闭或半封闭、落底式或悬挂式的截水帷幕，适用于深度较深的帷幕建造。由于我国主要以井工煤矿为主，产能占比达80％以上，特别是随着煤炭生产区域向西部转移，所以钻探注浆式帷幕是主要的截水帷幕建造方式，但普遍存在劈裂位置不清、劈裂效果不明等问题，而在我国西部矿区广泛分布的高孔隙率微孔隙巨厚砂岩含层劈裂难度大、效率低下、造价高昂，且劈裂注浆效果无法满足项目要求。
[0004]总体来讲，地面开槽灌浆型帷幕适用深度太浅，钻孔注浆型帷幕截水率低、浆液扩散范围广、注浆工程量大、灌浆材料用量多、造价高，无法形成连续的帷幕墙体，并且在孔隙型岩层中又存在扩散范围非常小、无法构筑有效截水帷幕的问题。
[0005]专利技术目的
[0006]本专利技术的目的在于提供一种水平孔垂向水力切槽系统及截水帷幕的构建方法，能够有效解决现有钻孔注浆型帷幕浆液扩散范围不可控、注浆材料用量大、工程造价高、帷幕体连续性难以保证及在孔隙型岩层中浆液扩散范围小等问题，可提高帷幕墙体的连续性和防渗性能。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案包括：
[0008]一种水平孔垂向水力切槽系统，由轴向对接的孔内开槽组件和双层钻杆组成；孔
内开槽组件设置通水排渣组件，在所述的通水排渣组件上铰接高压射孔调角组件，双层钻杆与通水排渣组件轴向对接，打通高压水通道和排渣通道；高压射孔调角组件调整开槽的方位，沿水平孔走向切割垂向槽段后进行充填注浆，构建截水帷幕。
[0009]可选的，所述的双层钻杆一端沿轴向接设第一多孔通道接头，另一端沿轴向接设第二多孔通道接头；相邻的双层钻杆通过第一多孔通道接头和第二多孔通道接头轴向对接形成密封连接体，双层钻杆的主体为杆体，杆体外为双层钻杆外壁，杆体内为双层钻杆内壁，形成排渣腔体。
[0010]可选的，第一多孔通道接头，其均布的第一高压水通道通过高压水，通过第一连接螺纹连接双层钻杆外壁，中轴位置设置的第一排渣通道与双层钻杆的杆腔连通，同时与双层钻杆内壁密封。
[0011]可选的，第二多孔通道接头，其均布的第三高压水道同样通过高压水，通过第三连接螺纹连接双层钻杆外壁，中轴位置设置的第二排渣通道与双层钻杆内壁连通。
[0012]可选的，所述的通水排渣组件包括沿轴向依次接设的第三多孔通道接头、铰接配流器、执行机构和排渣单元，第三多孔通道接头与双层钻杆对接；所述的高压射孔调角组件设置高压水随动连杆和主动连杆，所述的铰接配流器和执行机构上分别铰接设置高压水随动连杆和主动连杆，高压水随动连杆和主动连杆端部相互铰接；同时在高压水随动连杆内设置高压水道，端部设置射流喷嘴，并与高压水道连通。
[0013]可选的，高压水随动连杆上端还设置滚轮。
[0014]可选的，执行机构设置执行机构柱体，内部有圆柱形空腔，侧壁上沿轴向设置执行机构导轨，其内设置内置液压缸，主动连杆铰接在内置液压缸上，内置液压缸端部设置导向器，导向器在内置液压缸的带动下沿执行机构导轨滑动。
[0015]可选的，排渣单元设置在排渣单元外壳内，执行机构柱体与排渣单元外壳轴向连接；排渣单元包括沿轴向设置的水力器和螺旋排渣短节，螺旋排渣短节外套设轴向连接套。
[0016]可选的，铰接配流器为圆柱形的构件，中部设置圆柱形腔体，一端设置环形的第二多孔通道与其连通，另一端的壁体内埋设多个第一多孔通道，并在多个第一多孔通道的端部连通埋设高压水环形槽，壁体内嵌设铰接孔，用于铰接高压水随动连杆；壁体内还嵌设内置通道，用于连通内置液压缸；高压水随动连杆连接在铰接孔处，高压水环形槽与内置通道和铰接孔依次连通，高压水沿上述通道进入高压水随动连杆中的高压水道；第二多孔通道连通执行机构柱体，第一多孔通道连通第三多孔通道接头。
[0017]一种地面水平孔垂向切槽充填型截水帷幕构建方法，利用本专利技术任一所述的水平孔垂向水力切槽系统实现，具体包括：
[0018]基于由孔内开槽组件和双层钻杆组成水平孔垂向开槽系统，沿水平孔走向切割垂向槽段后进行充填注浆，构建截水帷幕，具体包括如下步骤：
[0019]步骤一：根据地质条件、水文地质条件、岩层特征及力学性质，选择侧向帷幕类型，制定帷幕构建方案，划分帷幕槽段及施工顺序，确定地面定向钻孔开孔位置及分支孔层位；
[0020]步骤二：使用地面钻机施工定向水平钻孔，先施工垂直孔段，之后施工造斜孔段，之后按照槽段施工顺序及分支孔层位，施工水平孔段至设计位置；
[0021]步骤三：使用水平孔垂向水力切槽系统进行第一序槽段开槽施工，提出钻进装置，之后安装上述水平孔垂向水力切槽系统，并下放至已施工水平孔段末端，进行第一道后退
式高压水射流开槽，之后将水平孔垂向水力切槽系统再次推进至水平孔段末端，之后进行第二道后退式高压水射流开槽，完成第一序槽段开槽施工，之后提出专用切槽系统；
[0022]步骤四：使用注浆系统进行第一序槽段充填注浆；
[0023]步骤五：使用水平孔垂向水力切槽系统进行第二序槽段开槽施工；重复步骤三方法，完成第二序槽段开槽施工；
[0024]步骤六：使用注浆系统进行第二序槽段充填注浆；
[0025]步骤七：重复步骤三～六，完成一组地面定向钻孔全部一序和二序槽段施工，形成一段完整帷幕墙体；
[0026]步骤八：重复步骤二～七，施工后续地面定向钻孔孔组及切槽充填注浆，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水平孔垂向水力切槽系统，其特征在于，由轴向对接的孔内开槽组件(2)和双层钻杆(1)组成；孔内开槽组件(2)设置通水排渣组件，在所述的通水排渣组件上铰接高压射孔调角组件，双层钻杆(1)与通水排渣组件轴向对接，打通高压水通道和排渣通道；高压射孔调角组件调整开槽的方位，沿水平孔走向切割垂向槽段后进行充填注浆，构建截水帷幕。2.根据权利要求1所述的水平孔垂向水力切槽系统，其特征在于，所述的双层钻杆(1)一端沿轴向接设第一多孔通道接头(11)，另一端沿轴向接设第二多孔通道接头(15)；相邻的双层钻杆(1)通过第一多孔通道接头(11)和第二多孔通道接头(15)轴向对接形成密封连接体，双层钻杆(1)的主体为杆体，杆体外为双层钻杆外壁(12)，杆体内为双层钻杆内壁(13)，形成排渣腔体。3.根据权利要求1或2所述的水平孔垂向水力切槽系统，其特征在于，第一多孔通道接头(11)，其均布的第一高压水通道(111)通过高压水，通过第一连接螺纹(112)连接双层钻杆外壁(12)，中轴位置设置的第一排渣通道(113)与双层钻杆(1)的杆腔连通，同时与双层钻杆内壁(13)密封。4.根据权利要求1或2所述的水平孔垂向水力切槽系统，其特征在于，第二多孔通道接头(15)，其均布的第三高压水道(151)同样通过高压水，通过第三连接螺纹(152)连接双层钻杆外壁(12)，中轴位置设置的第二排渣通道(153)与双层钻杆内壁(13)连通。5.根据权利要求1或2所述的水平孔垂向水力切槽系统，其特征在于，所述的通水排渣组件包括沿轴向依次接设的第三多孔通道接头(21)、铰接配流器(22)、执行机构和排渣单元(212)，第三多孔通道接头(21)与双层钻杆(1)对接；所述的高压射孔调角组件设置高压水随动连杆(23)和主动连杆(25)，所述的铰接配流器(2)和执行机构上分别铰接设置高压水随动连杆(23)和主动连杆(25)，高压水随动连杆(23)和主动连杆(25)端部相互铰接；同时在高压水随动连杆(23)内设置高压水道，端部设置射流喷嘴(27)，并与高压水道连通。6.根据权利要求5所述的水平孔垂向水力切槽系统，其特征在于，高压水随动连杆(23)上端还设置滚轮(26)。7.根据权利要求5所述的水平孔垂向水力切槽系统，其特征在于，执行机构设置执行机构柱体(216)，内部有圆柱形空腔，侧壁上沿轴向设置执行机构导轨(215)，其内设置内置液压缸(24)，主动连杆(25)铰接在内置液压缸(24)上，内置液压缸(24)端部设置导向器(214)，导向器(214)在内置液压缸(24)的带动下沿执行机构导轨(215)滑动。8.根据权利要求5所述的水平孔垂向水力切槽系统，其特征在于，所述的排渣单元(212)设置在排渣单元外壳(213)内，执行机构柱体(216)与排渣单元外壳(213)轴向连接；排渣单元(212)包括沿轴向设置的水力器(21...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱开鹏，张占强，南生辉，姬亚东，王世东，朱明诚，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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