CN104196442A - 一种反井钻机在竖井或斜井施工中的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种反井钻机在竖井或斜井施工中的方法，该施工方法为利用反井钻机在上弯段上水平面扩挖区沿斜井轴线方向往下钻一直径为216mm的导孔，导孔形成后在下弯段将Ф216mm钻头更换成Ф1400mm扩挖刀盘，然后通过自下而上反拉扩挖形成直径Ф1400mm的溜渣导井。该反井钻机在竖井或斜井施工中的方法通过在水电站工程中采用反井钻机施工导井，施工过程中安全事故为零；在节点工期内顺利完成竖井、缓斜井的开挖与支护，减少人员、设备的投入，加快施工进度的同时保证工程质量，为项目增加经济效益；掌握竖井、缓斜井施工中控制角度偏差的经验措施，为以后利用反井钻机施工斜井、缓竖井时控制孔向的偏差提供借鉴和参考。

Description

一种反井钻机在竖井或斜井施工中的方法

技术领域

本发明涉及采取反井钻机在竖井、斜井开挖中导井的施工方法，具体涉及完全可以替代传统的人工反导井或爬罐斜井施工工艺。

背景技术

水电站多处于深山峡谷中，其引水发电系统多布置于地下，地下竖井、斜井布置很是普遍，而竖(斜)井不仅长度长且直径大，往往是整个电站施工中危险最高，难度最大，工期最长，资源配置最多的施工项目，俗称卡脖子工程。地下竖井、斜井开挖基本依靠传统的人工反导井或爬罐斜井施工工艺，这种工艺安全风险大、工期长、效率低。

地下竖井、斜井开挖基本依靠传统的人工反导井或爬罐斜井施工工艺，存在以下不足：

(1)安全风险大；

(2)工期长、效率低；

(3)超欠挖难以控制；

(4)缓倾角斜井施工中角度难控制。

采用反井钻机施工导井，是一种安全、高效、经济、工期短、资源配置少的施工工艺。解决以下问题：

(1)反井钻机机身实际操作角度不小于60°，通过调整基础混凝土面的角度，来增加机身实际操作角度，从而解决了钻机在缓倾角斜井施工中的操作角度问题。

(2)采用膨润土优质泥浆、水泥膨润土混合泥浆作为洗井液，进行护壁和清渣，解决预防塌孔问题。

(3)不良地质段出现塌孔和漏水严重现象时，及时采取了灌注水泥浆、水泥砂浆进行回填兼固结，等强后再进行导孔二次钻进，预防卡钻问题。

(4)缓倾角斜井导井施工速度不宜过快，最好保持连续钻进，这样产生上下偏差的几率较小。钻孔一但出现偏斜，采用扫孔纠偏的方法效果不明显。

(5)反井钻机的工作原理较为先进，能适用于缓倾角斜井施工，与其他导井施工方法相比较，具有一定的进度优势和明显的安全优势。

(6)施工中要注意钻进速度，不能盲目追求高进尺，否则容易造成导孔偏斜率偏高而难以控制，甚至扭断钻杆。

上述钻竖井斜井中的技术问题，有待本领域技术人员采用新的施工方法予以克服。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术存在的问题，解决反井钻机在竖井或斜井施工中的方法。

本发明解决问题的技术方案是：提供一种反井钻机在竖井或斜井施工中的方法，其特征在于，所述施工方法为采用反井钻机，在上弯段上水平面扩挖区沿斜井轴线方向往下钻一直径为216mm的导孔，导孔形成后在下弯段将Ф216mm钻头更换成Ф1400mm扩挖刀盘，然后通过自下而上反拉扩挖形成直径Ф1400mm的溜渣导井。

其中优选的技术方案是，所述反井钻机为LM-200型。

进一步优选的技术方案是，所述钻机每钻进2m时加设1根钻杆，钻进8～10m时再加设1根钻杆，然后每钻进15m加设1根钻杆。

进一步优选的技术方案还有，在所述导孔钻进前先钻进一个开孔，开孔钻进时使用了开孔扶正器；开孔钻进时开孔扶正器和开孔钻杆配合慢速开孔，并启动泥浆泵供浆，进行护壁和排渣。

进一步优选的技术方案还有，所述导孔钻进工艺还包括：

(1)导孔钻进转速高于开孔钻进转速，当导孔钻进时调节动力头转速，采用Ⅱ档或Ⅲ档，对于松软地层和过渡地层采用低钻压，导孔钻进时对于硬岩和稳定地层采用高钻压；

(2)离钻透下平段3m左右时，逐渐降低钻压；

(3)对于导孔钻进返出的岩渣及时清理；

(4)一根钻杆完成后，等孔内的岩屑全部排出后，再停泵接卸钻杆；

(5)导孔钻透后，停止泥浆循环，但钻机不停转，开始向孔内加清水，直到钻机转动平稳，扭矩变化不大时再停钻机；

(6)钻进导向孔时，发现钻具旋转变化时，应把钻具边旋转边提高高度，再慢速向下扫孔。

进一步优选的技术方案还有，所述Ф1400mm扩挖工艺为导孔钻透后，将扩孔钻头和导孔钻头拆卸工具运到斜井下口，拆下导孔钻头接上扩孔钻头，形成出渣系统后再向上扩。

进一步优选的技术方案还有，所述扩孔开始前，检查处理距孔中心1.5m范围内扩孔工作面的平整和有无锚杆，对工作面凸起的岩石用风镐找平，有锚杆要先行取掉。

进一步优选的技术方案还有，所述扩孔钻头接好后，慢速上提钻具；直到滚刀开始接触岩石，然后停止上提，用5～9rpm转速旋转，等刀齿将凸出的岩石破碎掉，再继续给进，当钻进至5m以上，即可正常扩孔钻进；扩孔钻进时，发现排渣不畅，钻头激烈晃动，压力不稳，钻进困难时，将刀具下放高速旋转。

进一步优选的技术方案还有，在所述扩孔过程中，依据岩石硬度增加钻压，或减少钻压；扩孔钻进中要及时清理扩孔破碎下来的岩屑；扩孔过程也是拆钻杆的过程，拆下的钻杆要进行清理，上油后带好保护帽。

进一步优选的技术方案还有，用于刀具的水冷却的供水量要求不小于7.8m³/h。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该反井钻机在竖井或斜井施工中的方法通过在水电站工程中采用反井钻机施工导井，取得如下效果：

(1)施工过程中安全事故为零；

(2)在节点工期内顺利完成竖井、缓斜井的开挖与支护，减少人员、设备的投入，加快施工进度的同时保证工程质量，为项目增加经济效益；

(3)掌握了竖井、缓斜井施工中控制角度偏差的经验措施，为以后利用反井钻机施工斜井、缓竖井时控制孔向的偏差提供借鉴和参考；

(4)掌握反井钻机在竖井、缓斜井施工中的应用技术，积累竖井、斜井安全、快速、高质量的施工经验，为类似工程施工提供参考。

反井钻机在未来水电工程施工应用中前景广阔，特别是在保证施工安全方面作用尤为突出。推广了反井钻机在竖井、缓斜井施工中的应用。

附图说明

图1为本发明反井钻机在竖井或斜井施工中的方法示意图。

具体实施方式

本发明是一种反井钻机在竖井或斜井施工中的方法，所述施工方法为采用反井钻机，在上弯段上水平面扩挖区沿斜井轴线方向往下钻一直径为216mm的导孔，导孔形成后在下弯段将Ф216mm钻头更换成Ф1400mm扩挖刀盘，然后通过自下而上反拉扩挖形成直径Ф1400mm的溜渣导井。

本发明中优选的实施方案是，所述反井钻机为LM-200型。

本发明中进一步优选的实施方案是，所述钻机每钻进2m时加设1根钻杆，钻进8～10m时再加设1根钻杆，然后每钻进15m加设1根钻杆。

本发明中进一步优选的实施方案还有，在所述导孔钻进前先钻进一个开孔，开孔钻进时使用了开孔扶正器；开孔钻进时开孔扶正器和开孔钻杆配合慢速开孔，并启动泥浆泵供浆，进行护壁和排渣。

本发明中进一步优选的实施方案还有，所述导孔钻进工艺还包括：

(1)导孔钻进转速高于开孔钻进转速，当导孔钻进时调节动力头转速，采用Ⅱ档或Ⅲ档，对于松软地层和过渡地层采用低钻压，导孔钻进时对于硬岩和稳定地层采用高钻压；

(2)离钻透下平段3m左右时，降低钻压；

(3)对于导孔钻进返出的岩渣进行清理；

(4)一根钻杆完成后，等孔内的岩屑全部排出后，再停泵接卸钻杆；

(5)导孔钻透后，停止泥浆循环，但钻机不停转，开始向孔内加清水，直到钻机转动平稳，扭矩变化不大时再停钻机；

(6)钻进导向孔时，发现钻具旋转速度变化时，应把钻具边旋转边提升高度，再慢速向下扫孔。

本发明中进一步优选的实施方案还有，所述Ф1400mm扩挖工艺为导孔钻透后，将扩孔钻头和导孔钻头拆卸工具运到斜井下口，拆下导孔钻头接上扩孔钻头，形成出渣系统后再向上扩。

本发明中进一步优选的实施方案还有，所述扩孔开始前，检查处理距孔中心1.5m范围内扩孔工作面的平整和有无锚杆，对工作面凸起的岩石用风镐找平，有锚杆要先行取掉。

本发明中进一步优选的实施方案还有，所述扩孔钻头接好后，慢速上提钻具；直到滚刀开始接触岩石，然后停止上提，用5～9rpm转速旋转，待刀齿将凸出的岩石破碎掉，再继续给进，当钻进至5m以上，即可正常扩孔钻进；扩孔钻进时，发现排渣不畅，将刀具下放，使其高速旋转。

本发明中进一步优选的实施方案还有，在所述扩孔过程中，依据岩石硬度增加或减少钻压。

本发明中进一步优选的实施方案还有，在所述钻进施工中要求水冷却钻具，水冷却钻具的供水量不小于7.8m³/h。

实施例1

一种反井钻机在地下井施工中的方法，所述方法采用反井钻机完成斜井段导井施工，先利用LM-200型反井钻机在上弯段上水平面扩挖区沿斜井轴线方向往下钻一直径为Ф216mm的导孔，导孔形成后在下弯段将Ф216mm钻头更换成Ф1400mm扩挖刀盘，然后通过自下而上反拉扩挖形成直径Ф1400mm的溜渣导井。施工流程如下：

上弯段扩挖支护→基础及循环水池施工→冷却循环水池→反井钻机安装调试→导孔施工→扩孔施工→钻机拆除。反井钻机施工的具体工艺如下：

1、采用Ф216mm的导孔钻孔钻头进行的导孔施工：

(1)反井钻机施工的关键在于先进行导孔钻孔的质量，钻通后的偏离误差大小在开钻后无法进行中间检测和控制，针对不同的围岩类别，实施不同的钻进压力、转速和适时装配稳定钻杆进行控制。反井钻机的钻杆分为普通钻杆(1m)和稳定钻杆(0.5m)，差别在于后者比前者外周多了均匀分布的3cm厚的钢肋板，其作用是导向，防止钻杆随深度的增加旋转产生过大弯曲、过大摆幅，起到稳定的作用，同时保护钻杆与孔壁的接触磨损。采用的稳定钻杆的加设方法如下：每钻进2m时必须加设1根，钻进8～10m时再加设1根，然后每钻进15m加设1根。先导孔开始施工时采用副泵提供均匀的动力，以免孔口周壁因振动过大开裂而难以成型。

根据本发明施工工艺，优化设计的导孔钻进参数见表1。

表1

钻进位置或岩石情况	钻压(kN)	转速(rpm)	预计钻速(m/h)
				导孔开孔	50	10～20	0.3～0.6
钻透到下水平前	50～70	20	0.5
				砂岩、板岩、灰岩	15～25	20	2～3
泥岩、炭质板岩、破碎带	10～15	20	3～4

(2)开孔钻进使用开孔扶正器。开孔钻进时开孔扶正器和开孔钻杆配合慢速开孔，并启动泥浆泵供浆，进行护壁和排渣。

(3)采用导孔钻进124m及以下的的施工，导孔钻进转速应高于开孔钻进转速，对于松软地层和过渡地层采用低钻压，对于硬岩和稳定地层宜采用高钻压，离钻透下平段3m左右时，应降低钻压，一根钻杆完成后，必须等孔内的岩屑全部排出后，才能停泵接卸钻杆，导孔钻透后，停止泥浆(水)循环，但钻机不能停转，开始向孔内加清水，直到钻机转动平稳，扭矩变化不大时才能停钻，钻进导向孔时，如发现钻具旋转速度改变时，应使钻具边旋转边提高高度，再慢速向下扫孔。

2、采用Ф1400mm扩孔钻头，扩孔施工工艺：

(1)拆导孔钻头接扩孔钻头，导孔钻透后，将扩孔钻头和导孔钻头拆卸工具运到斜井下口，通过对通信设备上下联系，上下配合拆下导孔钻头接上扩孔钻头，形成出渣系统后，就可以向上扩孔。

(2)扩孔钻进的扩孔开始前，检查处理距孔中心1.5m范围内扩孔工作面的平整和有无锚杆，对工作面凸起的岩石用风镐等找平，有锚杆要先行取掉。

当扩孔钻头接好后，慢速上提钻具。直到滚刀开始接触岩石，然后停止上提，用最低转速(5～9rpm)旋转。当钻进至5m以上，即可正常扩孔钻进。

(3)开始扩孔时钻头全部均匀接触岩石后，才能正常扩孔钻进。为保证钻机和滚刀的使用寿命，一般将系统压力限制在17MPa之内。在扩孔过程中，当岩石硬度较大，可增加钻压，反之减少钻压。

(4)钻进施工中施工钻具要及时进行水冷却，水冷却钻具供水量不小于7.8m³/h。

3、当钻头钻至距钻机基础2.5m时，要降低钻压慢速钻进，直至钻头露出地面。

4、拆机，将扩孔钻头卡固在钢轨上、拆掉钻机的前后斜拉杆和各种油管，将主机从钻架上拆掉，将钻架主机车和一些辅助设备拆下。

本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种反井钻机在竖井或斜井施工中的方法，其特征在于，所述施工方法为采用反井钻机，在上弯段上水平面扩挖区沿斜井轴线方向往下钻一直径为216mm的导孔，导孔形成后在下弯段将Ф216mm钻头更换成Ф1400mm扩挖刀盘，然后通过自下而上反拉扩挖形成直径Ф1400mm的溜渣导井。

2.如权利要求1所述的反井钻机在竖井或斜井施工中的方法，其特征在于，所述反井钻机为LM-200型。

3.如权利要求2所述的反井钻机在地下井施工中的方法，其特征在于，所述钻机每钻进2m时加设1根钻杆，钻进8～10m时再加设1根钻杆，然后每钻进15m加设1根钻杆。

4.如权利要求3所述的反井钻机在竖井或斜井施工中的方法，其特征在于，在所述导孔钻进前先钻进一个开孔，开孔钻进时使用了开孔扶正器；开孔钻进时开孔扶正器和开孔钻杆配合慢速开孔，并启动泥浆泵供浆，进行护壁和排渣。

5.如权利要求4所述的反井钻机在竖井或斜井施工中的方法，其特征在于，所述导孔钻进工艺还包括：

(1)导孔钻进转速高于开孔钻进转速，当导孔钻进时调节动力头转速，对于松软地层和过渡地层采用低钻压，导孔钻进时对于硬岩和稳定地层采用高钻压；

(2)离钻透下平段3m左右时，逐渐降低钻压；

(3)对于导孔钻进返出的岩渣予以清理；

(4)一根钻杆完成后，等孔内的岩屑全部排出后，再停泵接卸钻杆；

(5)导孔钻透后，停止泥浆循环，但钻机不停转，开始向孔内加清水，直到钻机转动平稳，扭矩变化不大时再停钻机；

(6)钻进导向孔时，发现钻具转速变化时，应把钻具边旋转边提升高度，再慢速向下扫孔。

6.如权利要求1所述的反井钻机在竖井或斜井施工中的方法，其特征在于，所述Ф1400mm扩挖工艺为导孔钻透后，将扩孔钻头和导孔钻头拆卸工具运到斜井下口，拆下导孔钻头接上扩孔钻头，形成出渣系统后再向上扩孔。

7.如权利要求6所述的反井钻机在竖井或斜井施工中的方法，其特征在于，所述扩孔开始前，检查处理距孔中心1.5m范围内扩孔工作面的平整和有无锚杆，对工作面凸起的岩石用风镐找平，有锚杆要先行取掉。

8.如权利要求7所述的反井钻机在竖井或斜井施工中的方法，其特征在于，所述扩孔钻头接好后，慢速上提钻具；直到滚刀开始接触岩石，然后停止上提，用5～9rpm转速旋转，当钻进至5m以上，即可正常扩孔钻进。

9.如权利要求8所述的反井钻机在竖井或斜井施工中的方法，其特征在于，在所述扩孔过程中，依据岩石硬度增加钻压，或减少钻压。

10.如权利要求1-9之一所述的反井钻机在竖井或斜井施工中的方法，其特征在于，对所述钻施工钻具进行水冷却，水冷却的供水量不小于7.8m³/h。