一种适用于隧道地质灾害处置的定向钻注一体化系统技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于隧道地质灾害处置的定向钻注一体化系统，包括钻注设备，包括与钻杆连接的钻头，钻杆为空心结构并设有与注浆泵连通的注浆孔，钻杆上设有地层感知传感器和浆液传感器，分别获取岩层参数和注浆压力参数，发送给控制端用于控制钻注设备的钻进作业和注浆作业；控制端，被配置为：根据地层感知传感器获取的岩层参数，以及预先构建的岩层模型和钻头模型，获得相匹配的钻进参数以控制钻注设备。在钻注设备上布设传感器以获取岩层参数，通过预先构建的模型和获取的岩层参数，得到与当前岩层相匹配的钻进参数，并以此钻进参数控制钻注设备，从而使得钻注设备能够快速适应地质灾害影响区域的岩层，有利于灾害处置效率的提升。率的提升。率的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于隧道地质灾害处置的定向钻注一体化系统


[0001]本专利技术涉及地下施工
，具体为一种适用于隧道地质灾害处置的定向钻注一体化系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]地下空间施工阶段容易受到地质环境影响，从而产生突水突泥、地表塌陷以及水库漏失等灾害，灾害发生时地下空间内的施工机具被埋。这类灾害隐蔽性强，灾后抢修作业的空间受限，并且受限于地下空间的限制使得装备短缺，常导致二次人员伤亡，装备反复埋没、工程废弃改线等后果。针对这一问题，现有技术利用钻具钻进被掩埋的区域，将突水、突泥点处通过注浆封堵，阻止地质灾害的源头后，再继续开挖恢复施工作业面。
[0004]专利技术人发现，地质灾害涌入的泥水等物质会影响地下空间的岩层特性，导致洞内治理缺乏安全、有限的施工条件，且用于灾害处置的钻具难以快速适应岩层参数，进而使得钻具的钻进效率低下，影响灾后处置的进度等。

技术实现思路

[0005]为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提供一种适用于隧道地质灾害处置的定向钻注一体化系统，在钻注设备上布设传感器以获取岩层参数，通过预先构建的钻头模型、岩层模型和获取的岩层参数，得到与当前岩层相匹配的钻进参数，并以此钻进参数控制钻注设备，从而使得钻注设备能够快速适应地质灾害影响区域的岩层，加快钻进的效率，有利于灾害处置效率的提升。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术的第一个方面提供一种适用于隧道地质灾害处置的定向钻注一体化系统，包括：
[0008]钻注设备，包括与钻杆连接的钻头，钻杆为空心结构并设有与注浆泵连通的注浆孔，钻杆上设有地层感知传感器和浆液传感器，分别获取岩层参数和注浆压力参数，发送给控制端用于控制钻注设备的钻进作业和注浆作业；
[0009]控制端，被配置为：根据地层感知传感器获取的岩层参数，以及预先构建的岩层模型和钻头模型，获得相匹配的钻进参数以控制钻注设备。
[0010]钻杆上设有封隔器，封隔器包括连接在钻杆外表面的基座和与基座连接的囊腔；钻杆内部具有弹簧座，弹簧座通过弹簧与钻杆内壁弹性连接，弹簧沿钻杆轴向方向布置，弹簧座上设有第一通道；基座上设有第二通道，囊腔与第二通道的一端连通。
[0011]弹簧处于拉伸状态时，第一通道和第二通道处于分离状态；弹簧处于压缩状态时，第一通道和第二通道的轴线重合，使得第二通道的另一端与第一通道连通，注浆材料能够由钻杆内部依次经第一通道和第二通道进入囊腔内部使其膨胀，将钻孔封堵。
[0012]钻杆包括与外层钻杆套接的中间套管和内层套管，由外至内依次为外层钻杆、中间套管和内层套管，外层钻杆用于钻孔作业，中间套管和内层套管为浆液通道。
[0013]地层感知传感器包括沿钻杆圆周外侧均匀布置的发射天线和接收天线，发射天线和接收天线沿钻杆轴向方向间隔设定距离。
[0014]浆液传感器包括至少两组，分别设置在钻头与钻杆的连接处以及钻杆的外壁面上，用于获取注浆压力和瞬时浆液流速。
[0015]岩层模型基于地质勘察资料获取的岩层密度、弹性模量、泊松比、粘聚力、抗拉强度、内摩擦角、剪胀角、岩性、软硬岩交替以及断层破碎信息构建。
[0016]岩层模型能够对密度、弹性模量、泊松比、粘聚力、抗拉强度、内摩擦角和剪胀角参数进行赋值。
[0017]钻头模型基于模拟软件构建，分别受到钻进压力、旋转扭矩、轴向冲击动荷载和扭转冲击动荷载作用。
[0018]钻头模型为复合冲击破岩模型。
[0019]在确保岩层模型中地层参数不变的情况下，分别改变钻进参数，对应输出不同钻进参数下的破岩体积和钻头所受到的扭矩值，根据钻头破岩效率和寿命，得到不同地层参数下的最优钻进参数。
[0020]与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0021]在钻注设备上布设传感器以获取岩层参数，通过预先构建的钻头模型、岩层模型和获取的岩层参数，得到与当前岩层相匹配的钻进参数，并以此钻进参数控制钻注设备，从而使得钻注设备能够快速适应地质灾害影响区域的岩层，加快钻进的效率，有利于灾害处置效率的提升。
附图说明
[0022]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0023]图1是本专利技术一个或多个实施例提供的适用于地质灾害处置的定向钻注系统结构示意图；
[0024]图2是本专利技术一个或多个实施例提供的钻注设备结构示意图；
[0025]图3是本专利技术一个或多个实施例提供的破岩钻进参数优化系统示意图；
[0026]图4(a)是本专利技术一个或多个实施例提供的封隔器的囊腔未膨胀状态下的结构示意图；
[0027]图4(b)是本专利技术一个或多个实施例提供的封隔器囊腔膨胀状态下的结构示意图；
[0028]图5是本专利技术一个或多个实施例提供的钻杆截面结构示意图；
[0029]图6(a)
‑
图6(b)均是本专利技术一个或多个实施例提供的地层感知传感器的结构示意图；
[0030]图7是本专利技术一个或多个实施例提供的浆液传感器结构示意图；
[0031]图2中：1钻头；2注浆泵；3地层感知传感器；4浆液传感器；5钻杆；6控制端；
[0032]图4中：11第一通道；12第二通道；13囊腔；14弹簧；
[0033]图5中：101外层钻杆；102中间套管；103内层套管；
[0034]图6中：31发射天线；32接收天线；
[0035]图7中：41第一浆液传感器；42第二浆液传感器
。
具体实施方式
[0036]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0037]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0038]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0039]正如
技术介绍
中所描述的，地质灾害涌入的泥水等物质会影响地下空间的岩层特性，导致用于灾害处置的钻具难以快速适应岩层参数，进而使得钻具的钻进效率低下，影响灾后处置的进度。
[0040]因此以下实施例给出一种适用于隧道地质灾害处置的定向钻注一体化系统，将超前地质预报、快速钻进、地面注浆、综合评价与定向钻进技术相结合，通过在地面打设定向钻孔，并结合三管注浆技术完成不同注浆材料的远距离泵送，从而实现灾害的提前治理和主动防控。在灾害治理方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于隧道地质灾害处置的定向钻注一体化系统，其特征在于，包括：钻注设备，包括与钻杆连接的钻头，钻杆为空心结构并设有与注浆泵连通的注浆孔，钻杆上设有地层感知传感器和浆液传感器，分别获取岩层参数和注浆压力参数，发送给控制端用于控制钻注设备的钻进作业和注浆作业；控制端，被配置为：根据地层感知传感器获取的岩层参数，以及预先构建的岩层模型和钻头模型，获得相匹配的钻进参数以控制钻注设备。2.如权利要求1所述的一种适用于隧道地质灾害处置的定向钻注一体化系统，其特征在于，所述钻杆上设有封隔器，封隔器包括连接在钻杆外表面的基座和与基座连接的囊腔；钻杆内部具有弹簧座，弹簧座通过弹簧与钻杆内壁弹性连接，弹簧沿钻杆轴向方向布置，弹簧座上设有第一通道；基座上设有第二通道，囊腔与第二通道的一端连通。3.如权利要求2所述的一种适用于隧道地质灾害处置的定向钻注一体化系统，其特征在于，所述弹簧处于拉伸状态时，第一通道和第二通道处于分离状态；弹簧处于压缩状态时，第一通道和第二通道的轴线重合，使得第二通道的另一端与第一通道连通，注浆材料能够由钻杆内部依次经第一通道和第二通道进入囊腔内部使其膨胀，将钻孔封堵。4.如权利要求1所述的一种适用于隧道地质灾害处置的定向钻注一体化系统，其特征在于，所述钻杆包括与外层钻杆套接的中间套管和内层套管，由外至内依次为外层钻杆、中间套管和内层套管，外层钻杆用于钻孔作业，中间套管和内层套管为浆液通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：李术才，李利平，孙子正，金青，林春金，
申请(专利权)人：山东大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：