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反井施工
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反井鉆機溪洛渡電站通風(fēng)斜井之偏斜控制技術(shù)

來源:www.www.penastar.com.cn 作者:admin 日期:2014-03-25 09:58:22 熱度:623 ℃
摘要:通過在溪洛渡電站通風(fēng)斜井工程實踐,介紹了反井鉆機施工工藝,分析了反井鉆進(jìn)偏斜的原因,提出了反井鉆進(jìn)偏斜控制方法,對鉆具布置、鉆進(jìn)參數(shù)控制等進(jìn)行了驗證,取得良好效果,回答了困擾多年的解決反井鉆進(jìn)偏斜問題。文章中的措施和實踐可以在類似的水電工程中應(yīng)用。
    關(guān)鍵詞:溪洛渡電站;反井鉆機;通風(fēng)斜井;偏斜控制
    中圖分類號:TV554 .15文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B
 
    1 概述
    近年來,反井鉆機及其技術(shù)日趨完善與成熟,已廣泛應(yīng)用于我國煤礦、冶金礦山、水電等系統(tǒng)的豎井、斜井施工中。但是反井鉆進(jìn)偏斜控制,尤其是深井、斜孔工程,鉆孔精度要求更高,必須有效的控制鉆孔偏斜。我們在溪洛渡電站通風(fēng)斜并工程的導(dǎo)孔鉆進(jìn)偏斜控制方面采取了多項措施,取得了較好的鉆進(jìn)精度。
 
    2 溪洛渡水電站工程實例
    2.1 工程概況
    溪洛渡水電站地下廠區(qū)通排風(fēng)系統(tǒng)圍巖主要由P2β5-P2β12層玄武巖及各層上部的角礫集塊熔巖組成,巖石堅硬,新鮮完整。地下廠區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)地層產(chǎn)狀平緩,無斷層分布,主要結(jié)構(gòu)面為層間錯動帶和節(jié)理裂隙巖流層產(chǎn)狀總體走向為N20°-30°E,傾向SE。主廠房排風(fēng)洞平洞段樁號O 0.0-30.0m為弱風(fēng)化上段、卸荷巖體,巖體松弛,完整性差,加之P2β12層柱狀節(jié)理發(fā)育,圍巖類別為Ⅳ類;樁號O 3O - 0 60m段為弱風(fēng)化下段無卸荷巖體,圍巖類別為Ⅲ類;樁號0 60 - 0 88.23m圍巖新鮮完整,以Ⅱ類圍巖為主,局部為Ⅲ類。
    廠房通風(fēng)斜并在左右岸各一條,長度約213m,開挖直徑5.4m通風(fēng)井和水平夾角75°。施工工藝采用反井鉆機,先鉆井直徑14m的導(dǎo)井,然后再由上向下,采用爆破的方法擴大到所需斷面,并進(jìn)行相應(yīng)的臨時和永久支護(hù)。
    2.2 斜井鉆進(jìn)施工
根據(jù)工程條件選用BMC300型反并鉆機,該機是在LM-200型反井鉆機基礎(chǔ)上研制的,用于水電系統(tǒng)硬巖和煤礦深井設(shè)計,考慮一次擴孔直徑1.4 ? 1.52m,設(shè)計需要在滿足鉆進(jìn)能力的條件下盡量使其體積小、重量輕。
    BMC300型反井鉆機由泵站、油箱、操作臺、主機、鉆具5部分構(gòu)成。采用全液壓驅(qū)動,雙馬達(dá)動力結(jié)構(gòu)。導(dǎo)孔鉆進(jìn)時,動力頭施加向下的壓力和旋轉(zhuǎn)扭矩,經(jīng)鉆桿傳遞給導(dǎo)孔鉆頭,破碎的巖屑沿鉆桿外壁環(huán)形空間由泥漿提升到地面。導(dǎo)孔鉆進(jìn)時鉆桿是不斷接長,一直鉆透到下水平巷道。
 
 2.3 最終鉆孔偏斜情況
    在完成的兩條斜井中,第一條最終實際透孔位置較設(shè)計透孔中心向下偏斜2.O4m,向右偏斜0.98m,綜合偏斜2.26m,鉆孔長度212.62m,綜合偏斜率1.06%;第二條最終實際透孔位置較設(shè)計透孔透孔中心向下偏斜O(jiān).78m,向右偏斜O(jiān).6Om,綜合偏斜0.98m,鉆孔長度212.76m,綜合偏斜率0.46%.兩條斜并在鉆孔較深、巖層較硬的條件下,偏斜度的控制均取得了良好的效果。。
 
3 斜并鉆孔偏斜的原因研究
    溪洛渡電站通風(fēng)斜井工程的BMC300型反井鉆機施工,在導(dǎo)孔鉆進(jìn)偏斜控制萬面采取了多項措施,才取得較好的鉆進(jìn)精度。這些研究成果和糾偏措施為下一步繼續(xù)推廣應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。
    3.1 鉆桿軸向載荷造成的偏斜
    反井鉆機鉆鑿豎井,鉆壓、鉆桿的重力方向和鉆進(jìn)方向一致,理論上不會彎曲,但由于鉆機安裝和鉆桿加工精度原因,導(dǎo)孔鉆頭和巖石共同作用,這些外力也會對鉆頭產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩,隨著鉆孔延深,鉆桿就會逐漸彎曲,由鉆桿彎曲導(dǎo)致了鉆進(jìn)方向變化,結(jié)果使鉆頭沿傾斜上部方向向下或者向上偏斜形成鉆孔偏斜,總的來講,向下偏斜趨勢較大。
    3.2 巖層反作用力對鉆孔偏斜的影響
    在無層理、節(jié)理或斷層的堅硬、均質(zhì)巖層中鉆鑿導(dǎo)孔時,雖然巖層反作用造成的導(dǎo)孔偏斜趨勢較小,但是不均質(zhì)的巖石各向異性則會引起導(dǎo)孔偏斜。
    3.3鉆頭移步對鉆孔偏斜的影響
鉆頭移步是指三牙輪鉆頭在的旋轉(zhuǎn)中心不圍繞鉆孔中心旋轉(zhuǎn)鉆頭移步將引起鉆孔偏斜、鉆孔不是圓形、鉆孔斜直徑加大。
    3.4 鉆孔內(nèi)巖屑對鉆孔偏斜的影響
    采用反井鉆機鉆進(jìn)導(dǎo)孔時,鉆頭破碎下來的巖屑是利用清水或泥漿直接沖出鉆孔?,F(xiàn)已發(fā)表的研究成果表明,沉積在孔底0.5 - 5mm厚的鉆屑可將鉆進(jìn)速度降低40%左右,特別在斜井鉆進(jìn)中,巖屑受重力作用容易在鉆桿的下部聚集,會使直接接觸巖石底部的穩(wěn)定鉆桿受到向上托起力,使鉆孔發(fā)生向上的偏斜。
 
    4 鉆井鉆進(jìn)偏斜控制
    4.1 偏斜的糾偏處理
    獲知鉆孔偏斜的主要控制手段是及時對鉆孔進(jìn)行偏斜的測量如果發(fā)現(xiàn)鉆? 灼?保?匭臚V棺杲?,對鉆孔進(jìn)行糾偏處理。最常用的有以下幾種方法:
    (1)鉆孔偏斜程度和方向非常有規(guī)律,可采取偏置鉆機的方法來糾正預(yù)計的偏斜。移動鉆機安裝的距離和方向可根據(jù)本地以前施工獲得的經(jīng)驗而定。在鉆進(jìn)中,如遇到巖層向更硬巖層過渡,同時降低鉆壓和轉(zhuǎn)速將有助于鉆頭以直線的方式鉆進(jìn)堅硬巖層,避免出現(xiàn)偏斜轉(zhuǎn)折點。當(dāng)穩(wěn)定鉆桿進(jìn)入新巖層后,即可恢復(fù)原來的鉆壓和轉(zhuǎn)速。
    (2)在鉆進(jìn)中發(fā)生不規(guī)則或意外的偏斜,可采用變化鉆具組和變化鉆壓的方法來糾偏,也可以利用潛孔馬達(dá)和一個彎接頭來糾偏,還可以采用堵塞偏孔,重新鉆孔的方法解決偏斜。堵塞鉆孔指用純水泥將變向點至孔底一段進(jìn)行充填,并使之凝固。
    (3)對于從地面開鉆的深孔和鉆孔精度較高的鉆孔,常采用定向鉆井法鉆導(dǎo)并,如采用戴納鉆具。采用戴納鉆具鉆進(jìn)時,鉆具組不旋轉(zhuǎn),鉆壓也很低,潛孔馬達(dá)靠液能驅(qū)動,并帶動轉(zhuǎn)子,短接頭和鉆頭一起旋轉(zhuǎn),控制鉆進(jìn)方向的元件加在潛孔鉆具的上部,這樣定向控制裝置就能比較容易地控制鉆孔精度。
    4.2 鉆壓的控制
    在鉆進(jìn)中鉆壓的調(diào)整是控制偏斜的方法之一。鉆壓過大則很容易導(dǎo)致鉆孔的偏斜,鉆壓較小會降低鉆機的工作效率。合適的鉆壓需要根據(jù)巖石硬度、鉆桿自重、鉆孔傾斜角度及鉆機能力等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算,原則上開孔時盡量采用小鉆壓,在穩(wěn)定鉆桿全部進(jìn)孔后再恢復(fù)正常鉆壓作業(yè)。為了提高鉆孔精度,應(yīng)采用低于最佳鉆進(jìn)速度的低鉆壓鉆進(jìn)。
    4.3轉(zhuǎn)速的控制
    在鉆進(jìn)導(dǎo)向孔時,保持恒定的鉆進(jìn)速度是控制偏斜最常用的方法。鉆壓與轉(zhuǎn)速的調(diào)整一般是通過試驗獲得,也可通過計算獲得,選擇轉(zhuǎn)速一般是采用鉆頭制造廠產(chǎn)品樣本中的推薦值。無論采用哪種確定鉆壓和轉(zhuǎn)速的方法,都必須注意一個重要的問題,即隨著鉆壓的增加,轉(zhuǎn)速應(yīng)減少;反之,鉆壓減小時,轉(zhuǎn)速增加。
    4.4穩(wěn)定鉆桿的選擇及合理布置
    穩(wěn)定鉆桿是避免鉆孔偏斜最有效的工具。穩(wěn)定鉆桿的抗斜效果與穩(wěn)定段的直徑和長度有密切聯(lián)系。如果穩(wěn)定鉆桿直徑小于導(dǎo)孔直徑,鉆頭在孔內(nèi)將發(fā)生輕微的晃動,這種晃動將導(dǎo)致孔徑增大,孔徑增大使穩(wěn)定鉆桿與孔壁的間距加大,直至使穩(wěn)定鉆桿作用減小。但是穩(wěn)定鉆桿直徑過大會增大鉆進(jìn)摩擦阻力。鉆具的剛性越大、長度越長,則抑制穩(wěn)定段上部的鉆桿彎曲的效果越好。
    另外,穩(wěn)定鉆桿的合理布置對偏斜度的控制也很重要,通常將兩個或更多的穩(wěn)定鉆桿連在一起使用,以便在鉆孔底部形成一段剛性的、與孔壁多處? 喲サ淖昃咦椋?⑶乙?悸塹階旮說鬧亓Ψ峙洌?暈榷ㄗ旮私?行合理布局。
    4.5 洗井液的選擇
    在巖石較完整的情況下采用清水洗井,當(dāng)巖石較破碎或存在裂隙、巖屑不易被沖出時,可采用泥漿洗井。無論采用哪種洗并液都應(yīng)盡量增大其攜帶能力,以便盡量減小鉆桿底端巖屑聚集對鉆桿偏斜產(chǎn)生的影響
 
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