CN116291201A - 一种基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法，对于发生应急抢险情况的地下工程，所述方法包括：确定地下工程内部待应急抢险的位置；根据所述位置，利用水平定向钻从外部对所述地下工程快速钻孔，形成待应急抢险的位置所在之处与外部的连通通道；利用所述连通通道进行应急抢险。本发明对于地下工程发生关门塌方、未探明的岩溶或坍塌体等地下工程突发情况，采用水平定向钻钻进，形成连通通道作为被困人员的“生命通道”或通过连通通道进行注浆处理，具有小型化、灵活机动，具有快速响应的特点。

Description

一种基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法

技术领域

本发明涉及地下工程技术领域，具体地，涉及一种基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法。

背景技术

随着我国地下工程建设规模和水平的不断发展，在隧道、地下空间、煤矿等地下工程的施工过程中，由于地质条件复杂，一些不可控因素存在，在施工过程中会出现地下工程关门塌方和未探明的岩溶(或坍塌体)等情况，这种情况下，经常会因为地下工程的内部与外部空间不能直接相通，会导致空气、食物等无法及时提供以及人员无法及时抢救，应急抢险的时效性非常关键。

对于关门塌方的突发情况，传统的救援方法有快速打通“生命通道”来提供通风氧气和输送食物，利用地质钻机或者气压顶进小钢管，虽然钻机施工速度快，但为了缩短钻进长度和有效打通关门塌方体，在关门塌方体上方位置需要施工该类钻孔，并需要在关门塌方体前方搭设钻机施工平台，该种方法有进一步扰动塌方体的风险，特别是对于出现塌方区域影响范围大的情况，该类方法的适应性会受到制约，因为若出现塌方区域影响范围大的情况，地下工程(包括隧道、煤矿巷道等)的掘进方向以及受困人员方位等不确定因素就会增加，传统的水平钻机方法无法实现钻头精准变向，从而影响其适应性；同时，救援方法还会采用机械开挖(塌方救生机、螺旋出土顶管、气压顶管、液压顶管等)等方式，这些方式能较好地实施救援逃生通道，但是由于施工断面较大，特别是对于塌方区域影响范围大的情况，存在施工作业耗时长的问题；

关于未探明的岩溶(或坍塌体)的突发情况，传统的方法主要通过地质钻孔、地球物理勘探等手段，初步探明岩溶(或坍塌体)的基本参数(位置和大小等)，再采取相应的注浆材料和注浆方法，但是由于地下工程地质条件复杂，现场会出现一些前期未探明的岩溶(或坍塌体)，该类岩溶(或坍塌体)对于地下工程施工和后期运营会造成非常大的困难(譬如地表塌陷、盾构机栽头、隧道沉降等)，同时，一些传统的处理设备和方法主要采用钻孔注浆(通常是先钻孔后注浆)的施工工艺，在这种应急抢险的情况下，同时这些未探明的岩溶(或坍塌体)的具***置和大小并不确定，传统的方法发挥的作用就会受到制约和影响。

总的来说，面对这些关门塌方和未探明的岩溶(或坍塌体)等情况，应急抢险救援响应时间就是关键因素，如何能够采取快速响应的应急抢险方法就显得至关重要。

经对现有检索，现有技术中对于上述关门塌方和未探明的岩溶(或坍塌体)等情况下的应急抢险还没有比较好的方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法，能够适用地下工程发生关门塌方、未探明的岩溶或坍塌体等突发情况进行快速有效的应急抢险救援。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法，对于发生应急抢险情况的地下工程，所述方法包括：

确定地下工程内部待应急抢险的位置；

根据所述位置，利用水平定向钻从外部对所述地下工程快速钻孔，形成待应急抢险位置所在之处与外部的连通通道；

利用所述连通通道进行应急抢险。

可选地，所述确定地下工程内部待应急抢险的位置，其中：对于关门塌方体，采用生命探测仪进行探测确定被困人员在关门塌方体中的位置；或者，对于未探明的岩溶或坍塌体，采用工程勘探手段确定待应急抢险的位置。

可选地，根据所述位置，利用水平定向钻对所述地下工程快速钻孔，包括：

设置导向***，在所述水平定向钻上安装导向钻头，建立所述导向***和所述导向钻头的联系；

根据所述待应急抢险的位置设置目标点，规划所述导向***的导向路线；

在所述导向***的作用下，采用所述水平定向钻快速穿透所述地下工程的关门塌方体成孔，并根据实际钻孔情况，调整钻进的角度，以到达所述目标点，最终通过钻孔打通所述地下工程的内部和外部空间，形成连通通道。

可选地，所述导向钻头接收所述导向***的信息，控制所述水平定向钻的钻进方向。

可选地，所述水平定向钻上连接钻杆，所述钻杆可弯曲，从而实现钻进角度的调整。

可选地，所述钻孔的大小根据实际情况来选择，通过所述水平定向钻的直径来决定。

可选地，所述利用所述连通通道进行应急抢险，其中：对未探明的岩溶或坍塌体的地下工程，利用所述连通通道采用所述钻杆进行注浆处理；或者，对于关门塌方体，利用所述连通通道为被困人员提供通风氧气、输送应急物品。

与现有技术相比，本发明实施例具有如下至少一种有益效果：

本发明提供的方法，对于地下工程发生关门塌方、未探明的岩溶或坍塌体等地下工程突发情况，采用水平定向钻钻进，形成连通通道，可以作为被困人员的“生命通道”或者抢险的通道，具有小型化、灵活机动，具有快速响应的特点。

本发明提供的方法，水平定向钻钻机可以自行式前进至关门塌方体等地下工程突发情况处前方，且无需搭设支架平台，在现有的施工作业面上即可开始施工作业，工艺简单，成本低，方便实施。

本发明提供的方法，水平定向钻钻孔具有一定的钻进变向能力，能适应现场实际条件。

本发明提供的方法，具有水平定向钻施工快速及灵活作业的特点，对于对未探明的岩溶或坍塌体的地下工程，可以钻孔后进行注浆处理，有效和快速解决上述问题，能够在发生关门塌方和出现未探明的岩溶等应急情况时快速处理，降低工程风险。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法的流程图；

图2为本发明一实施例中关门塌方情况下水平定向钻作业纵断面示意图；

图3为本发明一实施例中关门塌方情况下水平定向钻作业横断面示意图；

图4为本发明一实施例中关门塌方情况下水平定向钻作业平面示意图；

图5为本发明一实施例中岩溶(或坍塌体)情况下水平定向钻作业纵断面示意图；

图中：1为地下工程，2为关门塌方体，3为水平定向钻钻机，4为水平定向钻钻孔，5为被困人员，6为被困作业平台，7为现施工作业面，8为岩溶(或坍塌体)，9为掌子面，10为围岩。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

针对现有的地下工程发生关门塌方和未探明的岩溶或坍塌体等突发情况的应急抢险救援中的问题，本发明实施例提供一种基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法，能快速响应上述突发情况下的应急抢险。

参照图1所示，为本发明一实施例中基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法流程图，具体的，该方法包括：

S100，确定地下工程内部待应急抢险的位置；

对于地下工程发生关门塌方、未探明的岩溶或坍塌体等突发情况，内部的情况外部无法观察，要对其中的被困人员或工程突发情况进行抢险救援，必须首先要知道具被困人员或应急抢险的位置信息。

对于发生关门塌方的突发情况，在被困人员能利用其他设备通讯的情况下，自然可以通过通讯设备等来进行被困人员在地下工程内部位置的确定。但是一些情况下，因为关门塌方等突发情况，正常的通讯等可能遭受破坏，这种情况下，可以采用生命探测仪进行探测，根据生命信号来确定被困人员在关门塌方体中的位置，从而为后续的抢险救援提供条件。

对于未探明的岩溶或坍塌体等突发情况，可以采用常规的工程勘探手段确定岩溶或坍塌体所在的位置，比如现有的钻探方法，物理勘探方法等等，待探明后确定其在地下工程内部的位置，确定岩溶或坍塌体所在的位置即待应急抢险的位置后，以便后续抢险。

S200，根据确定的待应急抢险的位置，利用水平定向钻从外部对地下工程快速钻孔，形成待应急抢险的装置所在之处与外部的连通通道；

对于发生关门塌方的情况，在确定被困人员的位置后，可以布置水平定向钻从关门塌方体的外部，快速钻孔后到达被困人员所在之处即待应急抢险的位置所在之处，形成连通通道。

对于未探明的岩溶或坍塌体等情况，在确定岩溶或坍塌体的位置后，布置水平定向钻从岩溶或坍塌体的外部，快速钻孔后达到岩溶或坍塌体所在的待应急抢险的位置，形成连通通道。

水平定向钻可以在不搭设施工平台的条件下快速灵活地穿透关门塌方体等，可以快速达到岩溶或坍塌体的位置之处。而且，水平定向钻钻机具有小型化、灵活机动的特点，可以适应地下工程中狭窄受限的空间，机械调运方便，同时，在整体电机的驱动下，可以自行式前进至关门塌方体前方，并在现施工作业面上即可开始作业，省去搭设传统钻机施工作业支架平台的时间，从而为该类应急救援准备工作有效节约时间。

S300，利用连通通道进行应急抢险。

采用S200形成连通通道，该通道可以用于救援通道，比如，利用连通通道来对被困人员提供通风氧气、输送应急物品(食物、水、药物等等)。在某些情况下，条件允许的话，形成的通道直径如果足够大，还可以考虑直接进行人员救援。因此可以说，利用水平定向钻形成了一个生命通道。本实施例对于地下工程发生关门塌方等地下工程突发情况，采用水平定向钻钻进，形成连通通道作为被困人员的“生命通道”，能快速响应上述突发情况下的应急抢险，具有小型化、灵活机动，具有快速响应的特点。

采用S200形成连通通道，该通道对于未探明的岩溶或坍塌体等突发情况，可以用于进行抢险处理，比如，通过该通道快速进行注浆来应急抢险，通过注浆将岩溶或坍塌体填满，降低工程风险。

在部分优选实施例中，S200利用水平定向钻对地下工程的关门塌方体、未探明的岩溶或坍塌体快速钻孔前，为了更精准地使水平定向钻形成连通通道，可以采用导向***来对水平定向钻的钻孔方向进行导向。具体的，可以参照以下步骤：

S201，设置导向***，在水平定向钻上安装导向钻头，建立导向***和导向钻头的联系；

本步骤中，导向***与导向钻头可以通过无线或有线的方式连接，通过无线或有线的方式将导向或控制指令传输给导向钻头，以保证钻孔施工的顺利完成。

导向***可以选择现有技术实现，比如手持式跟踪***、有缆式导向***。手持式跟踪***使用方便，但要操作人员直接到达钻头上方的地面，易受地形、电磁干扰及探测深度的限制，比较适合中小型水平定向钻。有缆式导向***可跨越任意地形，不受电磁干扰，但复杂，使用麻烦，效率低，价格高，精度和数据处理速度更快，适合各种类型的水平定向钻。

S202，根据待应急抢险的位置设置目标点，规划导向***的导向路线；

本步骤中，导向路线是从水平定向钻作业所在起点到目标点(水平定向钻作业终点)的路线，规划导向路线具体可以根地下工程(关门塌方体、未探明的岩溶或坍塌体等)的具体地质情况以及地下设备情况，避开已有正常使用中的地下设备。在具体的规划中，在条件允许的情况下，优选以最短的钻孔距离来实施连通通道的钻机作业，最终打通内部和外部空间。

S203，在导向***的作用下，采用水平定向钻快速穿透地下工程的关门塌方体、未探明的岩溶或坍塌体成孔，并根据实际钻孔情况，调整钻进的角度，以到达目标点，最终通过钻孔打通地下工程的内部和外部空间，形成连通通道。

在一些实施方式中，现场水平定向钻的钻进角度，可以结合生命探测仪获取被困人员方位的情况，不断钻进调整角度，以实现有效钻进。

上述实施例中，水平定向钻在导向***的作用下，可以快速穿透关门塌方体等成孔，并可以根据实际的地质、工程塌方等实际钻孔情况，根据规划的导向路线来调整钻进的角度，以最短的钻孔距离来实施连通通道的钻机作业，最终打通内部和外部空间。

在一些实施方式中，连通通道的大小根据实际情况来选择，通过水平定向钻的直径来决定，比如水平定向钻钻孔的直径约110-130mm，则相应的，形成的连通通道直径也约110-130mm，形成的钻孔方便给塌方体后方的被困人员及时提供氧气和食物，或者提供注浆。在环境和工程条件允许的情况下，可以采用更大直径钻孔，通过钻孔进行其他救援操作。

在一些实施方式中，导向钻头可改变水平定向钻的钻进方向，水平定向钻上连接钻杆，钻杆可弯曲，其中通过导向钻头可引导钻杆的弯曲，从而实现钻进角度的调整。进一步的，钻杆可以采用多节进行连接形成超长距离的中空钻杆，为了方便安装和拆卸，多节钻杆之间通过自动设备实现可拆卸连接安装。

在一些实施方式中，对于地下工程中出现未探明的岩溶(或坍塌体)情况，利用超前地质预报资料，在该目前所处的施工作业面内，可以设计合理的钻孔路径，同时，利用水平定向钻的高强度中空钻杆，精准实现对未探明的岩溶(或坍塌体)进行注浆处理，为下一步施工提供保障。针对对于地下工程中出现的关门塌方和岩溶(或坍塌体)情况，利用水平定向钻打通生命通道和注浆处理，水平定向钻钻机具有小型化、灵活机动，快速响应的特点，同时，水平定向钻钻孔具有一定的钻进变向能力，能适应现场实际条件，该方法可以有效降低工程风险。

参照图2-4所示，为本发明一实施例中关门塌方情况下水平定向钻作业的示意图。在本实施例中提供了一种对于地下工程中出现的关门塌方情况的地下工程应急抢险方法，具体的，其施工过程包括以下步骤；

S1、根据工程情况，调运水平定向钻钻机，并做好施工准备；

参照图2所示，对于发生关门塌方情况的地下工程1，将水平定向钻钻机3通过装载车运输至地下工程入口或者装载车能够达到的地下工程1的最前端，并做好相关施工准备工作，包括场地、清理及相关机械设备准备等；被困人员5所在位置为被困作业平台6。

S2、确定被困人员的位置，并根据该位置采用水平定向钻钻机成孔；

参照图3所示，在生命探测仪的辅助下确定被困人员5的位置，在关门塌方体1前端初步定位好钻孔位置，原则为尽量靠近有被困人员5的一侧，水平定向钻钻机3所在地位现作业面7。特别的，参照图2和图4，为了能以最短的钻孔距离穿透关门塌方体2，同时在施工工程中在水平定向钻导向***的作用下，按照设定的钻孔路径，以一定的角度(向上的曲线或者平面上向两侧的曲线)进行钻进。

本实施例中，导向***可以采用手持式跟踪***。

S3、快速成孔完成，输送氧气和食物；

水平定向钻快速穿透关门塌方体2，使得关门塌方体2的内外界进行初步联通，在水平定向钻钻孔4内，向受困人员5输送氧气和食物，获取被困段的相关信息(包括人员和地质条件等)，为进一步救援提供保障。

本发明上述实施例，可以对地下工程中出现的关门塌方情况做出快速响应，具水平定向钻施工快速及灵活作业，能够在发生关门塌方应急情况时快速处理，降低工程风险。无需较大施工断面，不受塌方区域范围大的影响，施工作业耗时短，可以为救援节约大量时间。

在本发明另一实施例中，提供一种对于地下工程中出现未探明的岩溶(或坍塌体)情况的应急抢险方法，具体施工过程包括：

S1、调运水平定向钻钻机，并做好施工准备；

参照图5所示，对于出现未探明的岩溶(或坍塌体)情况的地下工程1，将水平定向钻钻机3通过装载车运输至地下工程入口或者装载车能够达到的地下工程1的最前端，并做好相关施工准备工作，包括场地、清理及相关机械设备准备等；

S2、确定岩溶(或坍塌体)的位置，并根据该位置采用水平定向钻钻机成孔，向岩溶(或坍塌体)注浆；

具体地，参照图5，利用超前地质预报资料，在该目前所处的施工作业面内，设计合理的钻孔路径，施工水平定向钻钻孔4，并穿透围岩10至岩溶(或坍塌体)8内，再利用水平钻超长距离高强度中空钻杆(多节钻杆之间通过自动设备实现可拆卸连接安装)，精准对未探明的岩溶(或坍塌体)8进行注浆处理，并实现钻注结合，节约施工作业时间，并为下一步施工提供保障。

本实施例中，钻杆可以是多节连接而成，具体节数根据长度选择，多节之间可以采用螺纹等可拆卸的方式连接。

本发明上述实施例可以很好用于地下工程中出现未探明的岩溶(或坍塌体)情况的应急抢险，可以克服传统的处理设备和方法采用钻孔注浆(通常是先钻孔后注浆)的施工工艺受到的制约和影响，采用水平定向钻实现钻孔和注浆，能够在出现未探明的岩溶等应急情况时快速处理，降低工程风险，节约施工和救援时间。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。

Claims (10)

1.一种基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法，其特征在于，所述方法包括：

确定地下工程内部待应急抢险的位置；

根据所述位置，利用水平定向钻从外部对所述地下工程快速钻孔，形成待应急抢险位置所在之处与外部的连通通道；

利用所述连通通道进行应急抢险。

2.根据权利要求1所述的基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法，其特征在于，所述确定地下工程内部待应急抢险的位置，其中：

对于关门塌方体，采用生命探测仪进行探测确定被困人员在关门塌方体中的位置；或者，

对于未探明的岩溶或坍塌体，采用工程勘探手段确定待应急抢险的位置。

3.根据权利要求1所述的基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法，其特征在于，所述根据所述位置，利用水平定向钻对所述地下工程快速钻孔，包括：

设置导向***，在所述水平定向钻上安装导向钻头，建立所述导向***和所述导向钻头的联系；

根据所述待应急抢险的位置设置目标点，规划所述导向***的导向路线；

在所述导向***的作用下，采用所述水平定向钻快速穿透所述地下工程的关门塌方体、未探明的岩溶或坍塌体成孔，并根据实际钻孔情况，调整钻进的角度，以到达所述目标点，最终通过钻孔打通所述地下工程的内部和外部空间，形成连通通道。

4.根据权利要求3所述的基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法，其特征在于，所述导向钻头接收所述导向***的信息，控制所述水平定向钻的钻进方向。

5.根据权利要求4所述的基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法，其特征在于，所述水平定向钻上连接钻杆，所述钻杆可弯曲，从而实现钻进角度的调整。

6.根据权利要求5所述的基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法，其特征在于，所述利用所述连通通道进行应急抢险，其中：对未探明的岩溶或坍塌体的地下工程，利用所述连通通道采用所述钻杆进行注浆处理。

7.根据权利要求5所述的基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法，其特征在于，所述钻杆为多节，多节所述钻杆采用可拆卸方式连接，从而能根据所述目标点来调节所述钻杆的长短；多节所述钻杆之间通过自动设备实现可拆卸连接安装。

8.根据权利要求1所述的基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法，其特征在于，所述利用所述连通通道进行应急抢险，其中：对于关门塌方体，利用所述连通通道为被困人员提供通风氧气、输送应急物品。

9.根据权利要求1-8任一项所述的基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法，其特征在于，所述连通通道的大小根据实际情况来选择，并由采用的所述水平定向钻的直径来确定。

10.根据权利要求9所述的基于水平定向钻的地下工程应急抢险方法，其特征在于，所述水平定向钻的钻孔的直径为110-130mm，则相应的，形成的连通通道直径也为110-130mm。

Images