反井钻机在斜井导井开挖中的应用

%" 钻机的主要参数
钻 孔 直 径 $%)&& " 扩 孔 直 径 *"+& " 钻 孔 深度 $,,& " 导 孔 钻 速 ,"-.+& / 0 " 扩孔钻速 ,"’.$",& / 0 $
$" 水源 ! 电源 ! 泥浆参数
导孔 钻 进 时 " 利 用 泥 浆 洗 井 和 固 壁 "用 水 量 较 少 "正 常 钻 进 每 天 需 加
,& 的液压马达 3 实 现 导孔 钻 进 高 转 速 3
确 保 钻 孔精 度 % 采 用 磨 加 工 的 开 孔钻 杆 # 提 高 开 孔 钻 杆 与 铜 包卡 的 配 合 精 度 # 从而保证开孔的精度 !
!- 反井钻进通过断层的能力分析
反井钻机在钻凿导孔时 # 采用牙 轮钻头 # 钻头直径为 !,*%% # 钻杆均为 空心钻杆 #外径为 ,4!%% ! 牙轮钻头通 过钻杆传递的压力和扭矩 # 产生挤压 和剪切力来破碎岩石 ! 洗井液 5通常为 清水或泥浆 6 由冲洗泵泵送 # 通过空心 钻杆 #从牙轮钻头流出 # 经孔壁与钻杆 之间的环形空间向上升 # 将岩屑带出 导孔 ! 环形空间始终充满了洗井液 # 冲 洗水柱向孔壁施加一个压力 # 压力随 钻孔深度的增加而增加 ! 井下钻孔时 # 岩层中的破碎岩块会受到重力和地下 水影响而趋于坍塌 # 但在一般情况下 # 冲洗液柱产生的压力能够使断层保持 稳定 ! 如果大量洗井液在断层中流失 # 则可通过向冲洗液中添加泥浆 # 采用 泥浆固壁保持孔壁稳定 ! 如通过砂砾 石层 #涌水量大时 # 也可采用注入水泥 浆加固的办法 #然后继续钻孔 ! 一般 情 况 下 # 只 要 操 作 人 员 不 发 生疏 忽 和 误 操 作 # 随时 检 查 导 孔 内 排
十三陵抽水蓄能电站水道系统 采用一管两机的布置方式 ! 压力管道 由上平 段 " 上 斜 段 " 中 平 段 " 下斜 段 和 下平段组成 ! 压力管道主要处于侏罗 系砾 岩 中 ! 砾 石 成 分 复 杂 # 含砂 砾 或 砾 状 碎 屑 结 构#岩体 均 质 性 差 #岩 体 内断 裂构 造 发 育 # 断 层 带 和 张 性 断裂 带为强透水和储水带 ! 由于 地 质 条 件 复 杂 # 工 期 紧 张 # 为加快 施 工 进 度 # 原 拟采 用 正 井 法 和 爬罐法同时进行斜井导井开挖! 但 是 # 正 井 法 和 爬 罐 法 难 以 适应 恶 劣 地 质 条 件 #而 且 工 人 工 作 环 境 差 #安 全 没有保障 # 劳动强度大 ! 因此 # 原能源 部研 究 决 定 对 十 三 陵 抽 水蓄 能 电 站 ! 号 压 力 管 道 下 斜 段 !!! "#$% 高 程 导 井 # 进行反井钻机施工试验 !
一 ! 反井钻机施工 斜 井 导 井 的可行性分析
十三 陵 抽 水 蓄 能 电 站 ! 号 下 斜 井 采用标 准 反 井 钻 进法 进 行 施 工 # 即 钻 机 设 在上 部 # 自 上 而 下 钻 凿 导 孔 # 自 下而上扩孔 ! 钻机采用 &’(!)) 型反井 钻机 ! 本次试验是国内第一次采用反 井 钻 机 施 工 倾 角 为 *)+ 以 下 的 深 长 斜 井 # 没有 成 熟 的 经验 可 借 鉴 # 而 且 ! 号 下斜 段所 处 的 岩 体 条 件 复 杂 # 砾 石的 均质性差 # 构造发育 # 地下水丰富 ! 如
四 !存在问题及对策
存在的问题 & 一是 567$,, 型反井 钻 机 主 要 是 为 施 工 深 度 小 于 $,,& 的 竖井而设计的 " 钻机能力偏小 " 由于液 压系统处于满负荷工作状态 " 多次出 现液压系统故障 " 降低了导孔钻进速 度 $ 二是试验扩孔直径为 %"+& "只要合 理布设钻孔 " 装药量合适 " 严格控制爆 破块度 " 扩井时一般不会发生堵孔现 象 $ 但对水电工程的溜渣井来说 "直径 稍小了一些 $ 三是在斜井施工时 "精确 控制钻孔方位上 "经验还不够成熟 $ 解决 的 对 策 & 一 是 为 了 减 少 稳 定 钻 杆 与 孔 壁 摩 阻 力和 不 提 钻 测 斜 " 应 考 虑 多采 用 螺 旋 稳 定 钻 杆 % 滚 轮 式 稳 定钻杆和无磁钻杆" 以加快施工速 度 $ 二 是 为 了减 少 施 工 支 洞 " 降 低 工 程造价 "应着手研制能钻凿倾角为 +’8
%+(& / 月 " 扣除非钻机施工的 影 响 " 成
!"#$#%&"#’( ’) *&+, -.$$ /01$$ 1( 234565"1’( ’7 /16.081’( -.$$ ’7 9(+$1(.: ;<57"
!" #$%&’"( =>8"05?"@ )*+ ,$-./ ."00+..,"1 %221$0%/$(& (, 3%04 5+11 6-$11 $& 6-$11$&’ 6++2 %&6 1(&’ $&01$&+6 .*%,/ 5%. $& /*+ 7*$.%&1$&’ 2"82 ./(-%’+ 2(5+- ./%/$(&9 5*$0* *+12+6 /( +&."-+ /*+ (2+-%/$(& (, 2(5+- ./%/$(& (& /$8+9 5*+& /*+ 0(&./-"0/$(& (, 6$9 :+-.$(& 5+11 3; ,-(&/ 5+11 6-$11 8+/*(6 (- 01$83$&’ 8+/*(6 8+/ 5$/* (3./%01+. 0%".+6 3; 2((- ’+(1(’$0%1 0(&6$/$(&.< )*+ 6+.$’& (, -+:$.+6 3%04 5+11 6-$11 5%. $82-(:+6 %&6 (2+-%/$&’ 8(-+ -+1$%31+< =/ $. /*+ ,$-./ 6-$11 /*%/ 0%& 6-$11 >?8 $&01$&+6 %&’1+.< =/. $&01$&$&’ 0(&/-(1 %&6 (:+-@.+0/$(&%1 ,+%/"-+9 %0/"%1 6+,1+0/$(& 0(&/-(1 %&6 6-$11 .2++6 0%& -+%0* /( /*+ *$’*+./ 1+:+1 $& /*+ 0("&/-;< A/ $. $& % ’((6 (2+-%/$(& 0(&6$/$(& %/ 2-+.+&/< A.B C’0D8@ 7*$.%&1$&’ 2"82 ./(-%’+ 2(5+- ./%/$(& ’3%04 5+11 6-$11 ’$&01$&+6 .*%,/
若不 从 技 术 上 作 好 充 分 准备 # 采 取 可 靠的钻进措施# 就可能发生钻孔事 故 # 从而 导 致 试 验 失 败 ! 在 反 井 钻 进 中 #导 孔 钻 进 非 常 关 键 ! 深 长 斜 井 导 孔钻 进 主 要解 决 两 个 难 题 $ 一 是 稳 斜 控 制 #应 使 终 孔 偏 差 最 小பைடு நூலகம்%二 是 钻 进 通 过 不 良 地 带 时 # 不 能 发 生 塌 孔 "堵 孔事故 !
.4,8 % 长 度 为 +,,& % 直 径 为 $",& 的 大
功率反井钻机 $ 三是在今后的实践中 进 一 步 对 钻 井 工 艺 %钻 具 布 置 %操 作 方法 % 测斜 % 纠偏等方面进行研究 $ ! 责任编辑 韦凤年
二 !斜井导井的实际施工情况
本次 试 验 的 工 程 为 $ 号 压 力 管 道
!
导孔钻进时 " 总功率为 %-,23 $ 扩 孔 时 "泥 浆 泵 不 工 作 "因 此 扩 孔 总 功 率为 4,23 $
三 ! 反井钻进 与 其 他 施 工 方 法的比较
反井钻进法与正井法和爬罐法 相 比 "扩 孔 时 仍 属 机 械 破 岩 "对 岩 体 扰动很小" 一般不会产生塌孔现象" 通过地质不良地带的能力要强得多 $ 反井钻进法的成孔钻进速度为
$%%& 高 程 起 至 厂 房 北 探 洞 与 下 斜 段
交叉处 ’(& 高程 $ 钻机下钻点位于压 力管道圆心处 $
!" 导孔钻进的精度及控制偏斜的
方法 反井 钻 进 在 开 孔 阶 段 " 钻 机 对 钻 头 施 加 一 个 推 力 " 随着 钻 孔 的 加 深 " 这种推力仅由普通钻杆和稳定钻杆 的 重 量 产 生 " 多 余 的 负 荷由 钻 机 来 承 受 $ 因此 " 在反井钻进时 " 钻杆不是向 前压 " 而 是 随 钻 孔 的 进 尺 有控 制 地 给 进 $ 这 样 多 数 钻杆 是 受 拉 " 产 生 拉 应 力 "不 会 产 生 受 压 变 形 "从 而 有 利 于 导孔精确地钻进 $ 为了 提 高 下 部 钻 具 的 抗 斜 能 力 " 常 采 用 组 合 式 稳 定钻 杆 " 一 般 由 螺 旋 式和滚轮式两类稳定钻杆组成 $ 这种 稳定钻杆组合不仅适合于软硬交错 和 研 磨 性 地 层 "也 有 利 于 提 高 螺 旋 稳 定钻杆的使用寿命 $ 在反 井 钻 进 导 孔 时 " 可 用 测 斜 仪 对 钻 孔 过 程 进 行 监控 " 每 次 测 量 均 在 提钻后进行 $ 此次试验钻进 # 进行了 ! 次测斜 " 根据测斜所得的偏斜值和偏斜增长率 来预测终孔偏斜率是否超出允许偏斜 率的要求 $ 若超出允许偏斜率的要求 # 则采用钠维钻具进行纠偏 " 纠偏达到 要求后 "再恢复用反井钻进法施工 $