CN109869117A - 用于钻孔的封孔塞及对钻孔进行封孔的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于钻孔的封孔塞及对钻孔进行封孔的方法，该封孔塞包括：夹持器和由膨润土压制的膨润土块，夹持器用于夹持固定膨润土块。本发明中的封孔塞可以在钻孔很深、钻孔直径很小且孔内充满地下水的条件下，放置到含水裂隙上下两侧的岩层稳定位置，膨润土吸水膨胀封堵钻孔，阻止地下含水层通过钻孔联通。本发明中的封孔方法在钻孔中放置封孔塞，其它位置浇筑混凝土，封孔塞的膨润土块膨胀使得钻孔持久、有效地密封，浇筑材料起过滤和支撑封孔塞的作用，该封孔方法可以持久、有效地控制放射性核素沿钻孔迁移。

Description

用于钻孔的封孔塞及对钻孔进行封孔的方法

技术领域

本发明属于放射性废物处置工程技术领域，具体涉及一种用于钻孔的封孔塞及对钻孔进行封孔的方法。

背景技术

放射性废物地质处置是由工程屏障和天然屏障组成屏障系统，隔离、包容影响人类健康的放射性核素向人类生存环境迁移的处置方式。处置场的前期勘察工作会在处置巷道附近的围岩上形成钻孔，破坏天然屏障阻滞核素运移的能力。在几百年的时间内，一旦工程屏障失效，放射性核素就可以通过这些钻孔快速进入各个含水裂隙，最终进入生物圈，造成生态环境的破坏。因此，将这些钻孔持久、有效地密封，具有重要意义。

现阶段处置场勘探孔的封孔主要采用在水泥中添加一定量的膨润土制备水泥浆进行回填。用水泥浆封孔操作简便，但该方法采用的主要回填材料为水泥，而水泥易受化学腐蚀而失效，耐久性难以保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种用于钻孔的封孔塞及对钻孔进行封孔的方法，该封孔塞可以阻止地下含水层通过钻孔联通。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种用于钻孔的封孔塞，包括：夹持器和由膨润土压制的膨润土块，夹持器用于夹持固定膨润土块。膨润土为钠基膨润土。

优选的是，夹持器包括：底板、连接杆、顶盖，连接杆的两端分别连接底板、顶盖，膨润土块上设置有膨润土块通孔，连接杆穿过膨润土块通孔，且膨润土块位于底板与顶盖之间。

优选的是，底板、顶盖的材质为塑料或不锈钢。

优选的是，顶盖的直径、底板的直径比钻孔孔径小2mm。

优选的是，膨润土块为圆柱体状，膨润土块通孔设置于圆柱体的中心轴处。

优选的是，底板与连接杆固定连接，顶盖与连接杆可拆卸连接。

优选的是，顶盖与连接杆可拆卸连接方式为卡接或螺接。

优选的是，顶盖包括：顶板和设置于顶板上的抓持部，抓持部用于封孔塞吊入钻孔中时进行抓持。

优选的是，抓持部包括：抓持部本体、设置于抓持部本体两端的抓持部第一端、抓持部第二端，抓持部第一端、抓持部第二端分别与顶板远离底板的一面连接，抓持部本体与顶板之间具有抓持孔。

优选的是，膨润土块的密度不低于1900kg/m³。

优选的是，膨润土块为至少5个。

优选的是，膨润土块的高度为30～80mm，连接杆的高度为0.8～1.2m。

优选的是，膨润土块的直径比钻孔孔径小2mm。

优选的是，所述的用于钻孔的封孔塞还包括：设置于膨润土块表面的有机树脂涂层，有机树脂涂层能够溶于水。

优选的是，有机树脂涂层的厚度为0.3～0.5mm。

本发明提供一种使用上述的封孔塞对钻孔进行封孔的方法，包括以下步骤：

1)将浇筑材料浇筑至预设放置封孔塞的位置；

2)浇筑材料硬化后，放置至少5个封孔塞；

3)封孔塞中的膨润土块吸水膨胀，填满其与钻孔之间内的缝隙；

4)重复步骤1)～3)直至靠近地表的钻孔可全部用浇筑材料回填。

优选的是，所述步骤1)中的预设放置封孔塞的位置为勘察到的岩层中的两个裂隙间的完整岩层内。

优选的是，所述步骤1)中若勘察到的岩层中的相邻裂隙间的距离小于预设的距离，那么将相邻裂隙作为一个大裂隙，在大裂隙的上下两侧的完整岩层内放置封孔塞。

优选的是，所述步骤1)中浇筑材料为混凝土，为了提高混凝土的耐久性，还可在浇筑时添加混凝土的骨料和/或添加剂。

优选的是，混凝土的骨料为石英，添加剂为硅粉。

本发明中的封孔方法用于放射性废物中等深度及深地质处置场的钻孔进行封孔。

本发明中的封孔塞可以在钻孔很深、钻孔直径很小且孔内充满地下水的条件下，放置到含水裂隙上下两侧的岩层稳定位置，膨润土吸水膨胀封堵钻孔，阻止地下含水层通过钻孔联通。本发明中的封孔方法在钻孔中放置封孔塞，其它位置浇筑混凝土，封孔塞的膨润土块膨胀使得钻孔持久、有效地密封，浇筑材料起过滤和支撑封孔塞的作用，该封孔方法可以持久、有效地控制放射性核素沿钻孔迁移。

附图说明

图1是本发明实施例2中的封孔塞对钻孔进行封孔的方法的整体模型；

图2本发明实施例2中的封孔塞的结构示意图；

图3本发明实施例2中的膨润土块的结构示意图；

图4本发明实施例2中的夹持器的结构示意图；

图5本发明实施例2中的顶盖的结构示意图；

图6本发明实施例2中的顶盖的局部剖面图；

图7本发明实施例2中的底板和连接杆的结构示意图；

图8本发明实施例2中的连接杆的局部放大图；

图9本发明实施例2中的底板和连接杆的局部放大图。

图中：1-封孔塞；2-浇筑材料；3-夹持器；4-膨润土块；5-有机树脂涂层；6-顶盖；7-膨润土块通孔；8-抓持部本体；9-顶板；10-螺丝孔；11-螺纹；12-连接杆；13-底板；14-裂隙；15-抓持部第一端；16-抓持部第二端；17-凹陷部。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

实施例1

本实施例提供一种用于钻孔的封孔塞，包括：夹持器和由膨润土压制的膨润土块，夹持器用于夹持固定膨润土块。

本实施例提供一种使用上述的封孔塞对钻孔进行封孔的方法，包括以下步骤：

1)浇筑混凝土至预设放置封孔塞的位置，为了提高混凝土的耐久性，混凝土的骨料为级配良好的石英，混凝土中掺入硅粉；

2)浇筑材料硬化后，放置至少5个封孔塞；

3)封孔塞中的膨润土块吸水膨胀，填满其与钻孔之间内的缝隙；

4)重复步骤1)～3)直至靠近地表的钻孔可全部用浇筑材料回填。

本实施例中的封孔塞可以在钻孔很深、钻孔直径很小且孔内充满地下水的条件下，放置到含水裂隙上下两侧的岩层稳定位置，膨润土吸水膨胀封堵钻孔，阻止地下含水层通过钻孔联通。本实施例中的封孔方法在钻孔中放置封孔塞，其它位置浇筑混凝土，封孔塞的膨润土块膨胀使得钻孔持久、有效地密封，浇筑材料起过滤和支撑封孔塞的作用，该封孔方法可以持久、有效地控制放射性核素沿钻孔迁移。

实施例2

如图2～9所示，本实施例提供一种用于钻孔的封孔塞1，包括：夹持器3和由膨润土压制的膨润土块4，夹持器3用于夹持固定膨润土块4。膨润土为钠基膨润土。

需要说明的是，本实施例中的夹持器3包括：底板13、连接杆12、顶盖6，连接杆12的两端分别连接底板13、顶盖6，膨润土块4上设置有膨润土块通孔7，连接杆12穿过膨润土块通孔7，且膨润土块4位于底板13与顶盖6之间。

优选的是，底板13、顶盖6的材质为塑料或不锈钢。具体的，本实施例中的底板13、顶盖6的材质为塑料，顶盖6和底板13的直径比钻孔孔径小2mm。。

需要说明的是，本实施例中的膨润土块4为圆柱体状，膨润土块通孔7设置于圆柱体的中心轴处。

钠基膨润土，简称膨润土，它是一种理想的封孔材料。膨润土完全水化后体积可变为原来的数倍至30倍，抗渗能力强。当膨润土的密度足够大时，即使发生了化学反应，阳离子发生了转换，渗透性也不会明显增加，可以保证钻孔的持久、有效地密封。但是中等深度及深地质处置场的钻孔不仅直径小、深度大(一般直径为76mm～130mm，深度可达数百米)，而且孔中多充满地下水，很难将干燥、密实的膨润土放置到指定位置，也很难在孔内对膨润土进行密实。本实施例中的膨润土块4通过夹持器3夹持固定，可以放入到中等深度及深地质处置场的勘探孔内，勘探孔即为钻孔。

需要说明的是，本实施例中的底板13与连接杆12固定连接，顶盖6与连接杆12可拆卸连接。

需要说明的是，本实施例中的顶盖6包括：顶板9和设置于顶板9上的抓持部，抓持部用于封孔塞1吊入钻孔中时进行抓持。

需要说明的是，本实施例中的抓持部包括：抓持部本体8、设置于抓持部本体8两端的抓持部第一端15、抓持部第二端16，抓持部第一端15、抓持部第二端16分别与顶板9远离底板13的一面连接，抓持部本体8与顶板9之间具有抓持孔。具体的，本实施例中的顶盖6还包括：设置于顶板9下方的螺丝孔10，设置于顶板9上方的凹陷部17，抓持部设置于凹陷部17内，且抓持部第一端15、抓持部第二端16分别与凹陷部17连接，抓持部本体8与凹陷部17之间的空隙形成抓持孔，具体的，本实施例中的抓持部为横杆。当将封孔塞1吊入到勘探孔内时，可以将通过横杆将封孔塞1吊入到勘探孔内，具体的，可用可开合的机械手臂连接在钻杆端部，机械手臂抓住横杆，通过钻杆将封孔塞1放入钻孔。顶板9的直径比勘探孔(钻孔)小2mm。

需要说明的是，本实施例中的膨润土块4的密度不低于1900kg/m³。

优选的是，膨润土块4为至少5个。具体的，本实施例中的膨润土块为20个。

优选的是，膨润土块的高度为30～80mm，连接杆的高度为0.8～1.2m。具体的，本实施例中膨润土块4的高度为50mm，直径比钻孔小2mm，连接杆12的高度为1m。具体的，本实施例中在一个封孔塞1的连接杆12上串20个膨润土块4，在钻孔放置10～15个封孔塞1。本实施例中的膨润土块4的外径比勘探孔的孔径小2mm，膨润土块4的通孔直径为9mm。具体的，连接杆12用于穿过膨润土块4，连接杆12的长度为1m，连接杆12的直径为8mm，连接杆12的顶端有螺纹11用于和顶盖6的螺丝孔10螺接。

需要说明的是，本实施例中的用于钻孔的封孔塞1还包括：设置于膨润土块4表面的有机树脂涂层5，有机树脂涂层5能够溶于水，有机树脂溶解需要时间，封孔塞1吊放到钻孔内的过程中不会完全溶解，放置好后，有机树脂缓慢溶解，膨润土吸水膨胀。。有机树脂涂层5用于保护膨润土块4，防止向勘探孔中吊放膨润土块4的过程中，膨润土块4被地下水冲蚀。具体的，本实施例中的有机树脂涂层5刷于膨润土块4表面，厚度为0.5mm。

由于勘探孔的孔壁对膨润土块4的刮擦损失和有机树脂涂层5自身的缺陷，有机树脂涂层5不可能完全将膨润土块4与地下水隔离，因此在膨润土块4放置到预设放置位置初期，有机树脂涂层5不会阻止膨润土块4吸水膨胀封堵勘探孔，后期有机树脂涂层5溶解后，膨润土块4将进一步吸水膨胀。

优选的是，有机树脂涂层5的厚度为0.3～0.5mm。具体的，本实施例中的有机树脂涂层5的厚度为0.5mm。

具体的，本实施例中的封孔塞1用于放射性废物中等深度及深地质处置场中的勘探孔进行封孔。

如图1所示，本实施例提供一种使用上述的封孔塞1对钻孔进行封孔的方法，包括以下步骤：

1)将浇筑材料2细石混凝土浇筑至预设放置封孔塞1的位置，预设放置封孔塞1的位置为勘察到的岩层中的两个裂隙14间的完整岩层内，若勘探孔的部分孔附近岩层较破碎，裂缝间距较近，勘察到的岩层中的相邻裂隙14间的距离小于预设的距离，那么将该相邻裂隙14作为一个大裂隙14，在大裂隙14的上下两侧的完整岩层内放置封孔塞1。预设放置封孔塞1的位置是在封孔施工前根据勘察资料查找岩层中两个裂隙14间完整岩层的位置。浇筑材料为混凝土，为了提高混凝土的耐久性，还在浇筑时添加混凝土的骨料和/或添加剂。具体的，混凝土的骨料为石英，添加剂为硅粉。

2)浇筑材料2硬化后，放置至少5个封孔塞1。具体的，本实施例中在岩层中的两个裂隙14间的完整岩层内(或者，在大裂隙14的上下两侧的完整岩层内)连续放置10～15个封孔塞1。封孔塞1的作用为封堵地下水、防止含水裂隙14通过勘探孔联通。具体的，浇筑材料2硬化后，除了起封孔作用外，还起到“过滤器”和支撑封孔塞1的作用，防止膨润土颗粒流失，支撑封孔塞1处在预设放置封孔塞1的位置。浇筑材料2配方的配比应根据勘探孔深度、孔径和地下水中所含离子成分等因素经试验确定；为了提高混凝土的耐久性，混凝土的骨料为级配良好的石英，混凝土中掺入硅粉。

3)封孔塞1中的膨润土块4吸水膨胀，填满其与钻孔之间内的缝隙；

4)重复步骤1)～3)直至靠近地表的钻孔可全部用浇筑材料2回填。

本实施例中的封孔方法用于放射性废物中等深度及深地质处置场的钻孔进行封孔。

本实施例中的封孔塞1可以在钻孔很深、钻孔直径很小且孔内充满地下水的条件下，放置到含水裂隙14上下两侧的岩层稳定位置，膨润土吸水膨胀封堵钻孔，阻止地下含水层通过钻孔联通。本实施例中的封孔方法在钻孔中放置封孔塞1，其它位置浇筑混凝土，封孔塞1的膨润土块4膨胀使得钻孔持久、有效地密封，浇筑材料2起过滤和支撑封孔塞1的作用，该封孔方法可以持久、有效地控制放射性核素沿钻孔迁移。

实施例3

本实施例提供一种用于钻孔的封孔塞，与实施例2中的封孔塞的区别为：

本实施例中的膨润土块的高度为30mm，连接杆的高度为0.8m。

本实施例中的有机树脂涂层的厚度为0.3mm。

本实施例提供一种封孔方法，与实施例2中的封孔方法的区别为：

本实施例中的封孔方法中的浇筑材料为混凝土，并未添加骨料和添加剂。

实施例4

本实施例提供一种用于钻孔的封孔塞，与实施例2中的封孔塞的区别为：

本实施例中的膨润土块的高度为80mm，连接杆的高度为1.2m。

本实施例中的有机树脂涂层的厚度为0.4mm。

本实施例提供一种封孔方法，与实施例2中的封孔方法的区别为：

所述步骤1)中浇筑材料为混凝土，为了提高混凝土的耐久性，还可在浇筑时添加混凝土的骨料，骨料为级配良好的石英。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种用于钻孔的封孔塞，其特征在于，包括：夹持器和由膨润土压制的膨润土块，夹持器用于夹持固定膨润土块。

2.根据权利要求1所述的用于钻孔的封孔塞，其特征在于，夹持器包括：底板、连接杆、顶盖，连接杆的两端分别连接底板、顶盖，膨润土块上设置有膨润土块通孔，连接杆穿过膨润土块通孔，且膨润土块位于底板与顶盖之间。

3.根据权利要求2所述的用于钻孔的封孔塞，其特征在于，底板与连接杆固定连接，顶盖与连接杆可拆卸连接。

4.根据权利要求2或3所述的用于钻孔的封孔塞，其特征在于，顶盖包括：顶板和设置于顶板上的抓持部，抓持部用于封孔塞吊入钻孔中时进行抓持。

5.根据权利要求4所述的用于钻孔的封孔塞，其特征在于，抓持部包括：抓持部本体、设置于抓持部本体两端的抓持部第一端、抓持部第二端，抓持部第一端、抓持部第二端分别与顶板远离底板的一面连接，抓持部本体与顶板之间具有抓持孔。

6.根据权利要求1～3、5任意一项所述的用于钻孔的封孔塞，其特征在于，膨润土块的密度不低于1900kg/m³。

7.根据权利要求1～3、5任意一项所述的用于钻孔的封孔塞，其特征在于，膨润土块为至少5个。

8.根据权利要求2所述的用于钻孔的封孔塞，其特征在于，膨润土块的高度为30～80mm，连接杆的高度为0.8～1.2m。

9.根据权利要求1～3、5、8任意一项所述的用于钻孔的封孔塞，其特征在于，还包括：设置于膨润土块表面的有机树脂涂层，有机树脂涂层能够溶于水。

10.根据权利要求9所述的用于钻孔的封孔塞，其特征在于，有机树脂涂层的厚度为0.3～0.5mm。

11.一种使用权利要求1～10任意一项所述的封孔塞对钻孔进行封孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将浇筑材料浇筑至预设放置封孔塞的位置；

2)浇筑材料硬化后，放置至少5个封孔塞；

3)封孔塞中的膨润土块吸水膨胀，填满其与钻孔之间内的缝隙；

4)重复步骤1)～3)直至靠近地表的钻孔可全部用浇筑材料回填。

12.根据权利要求11所述的封孔的方法，其特征在于，所述步骤1)中的预设放置封孔塞的位置为勘察到的岩层中的两个裂隙间的完整岩层内。

13.根据权利要求12所述的封孔的方法，其特征在于，所述步骤1)中若勘察到的岩层中的相邻裂隙间的距离小于预设的距离，那么将相邻裂隙作为一个大裂隙，在大裂隙的上下两侧的完整岩层内放置封孔塞。

14.根据权利要求11～13任意一项所述的封孔的方法，其特征在于，所述步骤1)中浇筑材料为混凝土，为了提高混凝土的耐久性，还可在浇筑时添加混凝土的骨料和/或添加剂。