CN111441718A - 大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法、系统及应用 - Google Patents

大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法、系统及应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于水利水电地下工程技术领域，公开了一种大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法、系统及应用，采用全断面钻爆法开挖形成上平洞及下平洞，以上平洞和下平洞作为施工通道；在上平洞形成后，利用上平洞作为施工通道，定向钻机安装调试，定向钻机正向钻进开挖直径216mm高精度导孔；在步骤步骤二中直径216mm高精度导孔形成后，定向钻孔与下部平洞贯通，拔出钻杆，更换钻头将导孔刷大处理成直径250mm的孔，定向钻机拆除；上述工作完成后，反井钻机安装调试，正向钻进开挖直径270mm钻孔；步骤四中工作完成后，反井钻机在下部安装扩挖钻头后，导孔自下而上扩挖成直径2.2m导井。本发明机械化水平高，施工效率高。

Description

大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法、系统及应用
技术领域
本发明属于水利水电地下工程技术领域，尤其涉及一种大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法、系统及应用。
背景技术
目前，最接近的现有技术：陡倾角、大断面、长斜井具有施工精度要求高、施工难度大、安全风险高、技术复杂等特点，斜井导井一般为直径2-3m，其主要作用是解决整条斜井开挖爆破渣料的溜渣通道。长斜井导井的开挖方式主要有爬罐法、反井钻机钻井法2种。导井施工是决定斜井开挖施工成败的关键。
现有技术中采用反井钻机施工形成导井法，在长斜井施工中，钻杆产生偏斜无法纠偏，反井导孔偏斜率不易控制，限制了导孔钻进深度，反井钻机独立完成导井施工是难以实现。现有技术中采取爬罐施工形成导井法，随着导井施工高度的增加，施工效率降低，通风散烟也将极为困难，存在诸多安全隐患，施工成本大的。因此，如何克服现有技术的不足是目前水利水电长斜井工程施工技术领域亟需解决的问题。
综上所述，现有技术存在的问题是：（1）现有技术中采用反井钻机施工形成导井法在长斜井施工中，钻杆产生偏斜无法纠偏，反井导孔偏斜率不易控制，限制了导孔钻进深度。
（2）现有技术中采取爬罐施工形成导井法，随着导井施工高度的增加，施工效率降低，通风散烟也将极为困难，存在诸多安全隐患，施工成本大的。
解决上述技术问题的难度和意义：普通反井钻技术是通过导孔钻进、扩孔钻进完成一个小直径的井筒 (1-3m)， 不能满足井筒功能要求。而现有竖井掘进机在有导井的情况下仍需要纠偏设备来对井筒的偏斜度进行校正，但是具体如何进行偏斜度的校正、利用什么方法实现是亟需解决的问题。若解决上述纠正问题，则可节省购置竖井掘进机纠偏设备的费用，降低竖井井筒钻进的成本，有利于缩短竖井井筒钻进施工的工期，节省施工时间，对于确保高精度、低成本施工具有重要意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法、系统及应用，采用定向钻和反井钻双钻机进行斜井导井开挖施工，可控制导孔偏斜率在5‰以内，确保了高精度施工。同时本发明对斜井导井开挖施工工艺进行了改进，提高了施工效率高，能够使反井导孔偏斜易于控制，提高成孔精度，施工过程的稳定性，安全系数。本发明解决了大断面陡坡长斜井导井开挖的施工效率低、安全风险高、导井的偏斜率大等技术难度高的问题。
本发明是这样实现的，一种大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法，包括以下步骤：
步骤一，采用全断面钻爆法开挖形成上平洞及下平洞，以上平洞和下平洞作为施工通道。
步骤二，在上平洞形成后，利用上平洞作为施工通道，定向钻机安装调试，定向钻机正向钻进开挖直径216mm高精度导孔。
步骤三，在步骤二中直径216mm高精度导孔形成后，定向钻孔与下部平洞贯通，拔出钻杆，更换钻头将导孔刷大处理成直径250mm的孔，定向钻机拆除。
步骤四，上述工作完成后，反井钻机安装调试，正向钻进开挖直径270mm钻孔。
步骤五，步骤四工作完成后，反井钻机在下部安装扩挖钻头后，导孔自下而上扩挖成直径2.2m导井。
进一步，所述步骤二中，在定向钻机正向钻进开挖直径216mm高精度导孔5施工过程中，开孔钻具组合选用Ф216mm牙轮钻头+Ф172mm钻铤+Ф127mm短钻杆；钻压：0.3～0.5t；钻速：30～40r/min；泵量：1200L/min。
进一步，所述步骤二中，在定向钻机正向钻进开挖直径216mm高精度导孔施工过程中，定向钻进钻具组合选用216mm牙轮钻头+172螺杆+212mm扶正器+165mm定位短节+165mm无磁钻铤1根+165mm钻铤3根+127mm加重钻杆根；钻压：1.5～3.5t；钻速：50～60r/min（硬岩段）；泵量：1200L/minn。
进一步，所述步骤二中，在定向钻机正向钻进开挖直径216mm高精度导孔施工过程中，钻进硬岩段时，要求泥浆比重控制在1.03～1.15，粘度控制在20～35＂，并根据钻孔情况及时加入泥浆添加剂调整泥浆。
进一步，所述步骤二中，在定向钻机正向钻进开挖直径216mm高精度导孔施工过程中，采用MWD无线随钻测斜仪对钻孔进行孔斜监测及定向纠偏；结合磁导向装置进行监测，主要依靠角度及方位进行位置判定；每钻进30m测斜一次，5～10m一个测点；孔斜超偏时，加密测点，并制定定向纠偏设计。
进一步，所述步骤二中，在定向钻机正向钻进开挖直径216mm高精度导孔施工过程中，根据制定的纠偏设计利用Ф172mm弯螺杆，以及随钻测斜仪进行纠偏。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述的大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法的施工系统，所述大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法的施工系统设置有大断面陡坡，大断面陡坡钻有压力管道上平洞和压力管道下平洞，压力管道上平洞上方安装有定向钻机，定向钻机钻挖直径216mm高精度导孔；
直径216mm高精度导孔与压力管道下平洞贯通，直径216mm高精度导孔刷大成直径250mm孔；
压力管道上平洞上方安装固定反井钻机，反井钻机正向钻进开挖直径270mm钻孔，直径270mm钻孔扩挖成直径2200mm导井。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述的大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法的斜井导井开挖定向钻机。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述的大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法的斜井导井开挖反井钻双钻机。
本发明的另一目的在于提供一种所述的大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法在水利水电地下工程中的应用。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明采用定向钻和反井钻双钻机进行斜井导井开挖施工，机械化水平高，施工效率高。本发明斜井导井开挖施工工艺先进，施工过程稳定，安全系数高。同时本发明与常规施工技术相比，由于采用定向钻，MWD无线随钻测斜仪对钻孔进行孔斜监测及定向纠偏，可控制导孔偏斜率在5‰以内，确保了高精度施工。
附图说明
图1是本发明实施例提供的大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法流程图。
图2是本发明实施例提供的直径216mm高精度导孔示意图。
图3是本发明实施例提供的直径250mm孔示意图。
图4是本发明实施例提供的直径270mm孔示意图。
图5是本发明实施例提供的反拉直径2200mm导井示意图。
图中：1、压力管道上平洞；2、压力管道下平洞；3、定向钻机；4、钻杆；5、直径216mm高精度导孔；6、直径250mm孔；7、直径270mm孔；8、反井钻机；9、直径2200mm导井。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法、系统及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法包括以下步骤：
S101，采用全断面钻爆法开挖形成上平洞及下平洞，以上平洞和下平洞作为施工通道。
S102，在上平洞形成后，利用上平洞作为施工通道，定向钻机安装调试，定向钻机正向钻进开挖直径216mm高精度导孔。
S103，在S102中直径216mm高精度导孔形成后，定向钻孔与下部平洞贯通，拔出钻杆，更换钻头将导孔刷大处理成直径250mm的孔，定向钻机拆除。
S104，上述工作完成后，反井钻机安装调试，正向钻进开挖直径270mm钻孔。
S105， S104工作完成后，反井钻机在下部安装扩挖钻头后，导孔自下而上扩挖成直径2.2m导井。
本发明实施例提供的S102中，在定向钻机正向钻进开挖直径216mm高精度导孔5施工过程中，开孔钻具组合选用Ф216mm牙轮钻头+Ф172mm钻铤+Ф127mm短钻杆（2m）。钻压：0.3～0.5t；钻速：30～40r/min；泵量：1200L/min。
本发明实施例提供的S102中，在定向钻机正向钻进开挖直径216mm高精度导孔施工过程中，定向钻进钻具组合选用216mm牙轮钻头+172螺杆+212mm扶正器+165mm定位短节+165mm无磁钻铤1根+165mm钻铤3根+127mm加重钻杆根；钻压：1.5～3.5t；钻速：50～60r/min（硬岩段）；泵量：1200L/minn。
本发明实施例提供的S102中，在定向钻机正向钻进开挖直径216mm高精度导孔施工过程中，钻进硬岩段时，要求泥浆比重控制在1.03～1.15，粘度控制在20～35＂，并根据钻孔情况及时加入泥浆添加剂调整泥浆。
本发明实施例提供的S102中，在定向钻机正向钻进开挖直径216mm高精度导孔施工过程中，采用MWD无线随钻测斜仪对钻孔进行孔斜监测及定向纠偏；结合磁导向装置进行监测，主要依靠角度及方位进行位置判定；每钻进30m测斜一次，5～10m一个测点；孔斜超偏时，加密测点，并制定定向纠偏设计。
本发明实施例提供的S102中，在定向钻机正向钻进开挖直径216mm高精度导孔施工过程中，根据制定的纠偏设计利用Ф172mm弯螺杆，以及随钻测斜仪进行纠偏。
如图2-图5所示，本发明实施例提供的大断面陡坡长斜井高精度导井施工系统包括：压力管道上平洞1、压力管道下平洞2、定向钻机3、钻杆4、直径216mm高精度导孔5、直径250mm孔6、直径270mm孔7、反井钻机8、直径2200mm导井9。
大断面陡坡钻有压力管道上平洞1和压力管道下平洞2，压力管道上平洞1上方安装有定向钻机，定向钻机钻挖直径216mm高精度导孔5。
直径216mm高精度导孔5与压力管道下平洞2贯通，直径216mm高精度导孔5刷大成直径250mm孔6。
压力管道上平洞1上方安装固定反井钻机，反井钻机正向钻进开挖直径270mm钻孔7，直径270mm钻孔7扩挖成直径2200mm导井。
本发明采用全断面钻爆法开挖形成压力管道上平洞1和压力管道下平洞2，以压力管道上平洞1和压力管道下平洞2作为施工通道。在压力管道上平洞1形成后，利用压力管道上平洞1作为施工通道，定向钻机3安装调试，定向钻机3正向钻进开挖直径216mm高精度导孔5。直径216mm高精度导孔5形成后，定向钻孔与压力管道下平洞2贯通，拔出钻杆，更换钻头将导孔刷大处理成直径250mm的孔6，定向钻机3拆除。上述工作完成后，反井钻机8安装调试，正向钻进开挖直径270mm钻孔7。开挖直径270mm钻孔7完成后，反井钻机8在下部安装扩挖钻头后，导孔自下而上扩挖成直径2200mm导井9。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法，其特征在于，所述大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法包括：
第一步，在上平洞形成后，利用上平洞作为施工通道，定向钻机安装调试，定向钻机正向钻进开挖直径216mm导孔：（1）定向钻进钻具组合选用216mm牙轮钻头+172螺杆+212mm扶正器+165mm定位短节+165mm无磁钻铤1根+165mm钻铤3根+127mm加重钻杆根；钻压：1.5～3.5t；硬岩段钻速：50～60r/min；泵量：1200L/minn；
（2）钻进硬岩段时泥浆比重控制在1.03～1.15，粘度20～35＂，并加入泥浆添加剂调整泥浆；
（3）采用MWD无线随钻测斜仪对钻孔进行孔斜监测及定向纠偏；结合磁导向装置监测，每钻进30m测斜一次，5～10m一个测点；孔斜超偏时，加密测点，并制定定向纠偏设计；
（4）根据制定的纠偏利用Ф172mm弯螺杆，以及随钻测斜仪纠偏,
第二步，在直径216mm高精度导孔形成后，定向钻孔与下部平洞贯通，拔出钻杆，更换钻头将导孔刷大处理成直径250mm的孔，定向钻机拆除。
2.如权利要求1所述的大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法，其特征在于，在第一步前，需进行：
采用全断面钻爆法开挖形成上平洞及下平洞，以上平洞和下平洞作为施工通道。
3.如权利要求1所述的大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法，其特征在于，第二步后，进行：反井钻机安装调试，正向钻进开挖直径270mm钻孔。
4.如权利要求3所述的大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法，其特征在于，正向钻进开挖直径270mm钻孔后，反井钻机在下部安装扩挖钻头后，导孔自下而上扩挖成直径2.2m导井。
5.一种实施如权利要求1~4任意一项所述大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法的大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工系统，其特征在于，所述大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工系统设置有大断面陡坡，大断面陡坡钻有压力管道上平洞和压力管道下平洞，压力管道上平洞上方安装有定向钻机，定向钻机钻挖直径216mm高精度导孔。
6.如权利要求5所述的大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工系统，其特征在于，所述直径216mm高精度导孔与压力管道下平洞贯通，直径216mm高精度导孔刷大成直径250mm孔。
7.如权利要求5所述的大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工系统，其特征在于，所述压力管道上平洞上方安装固定反井钻机，反井钻机正向钻进开挖直径270mm钻孔，直径270mm钻孔扩挖成直径2200mm导井。
8.一种实施权利要求1~5任意一项所述的大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法的斜井导井开挖定向钻机。
9.一种实施权利要求1~5任意一项所述的大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法的斜井导井开挖反井钻双钻机。
10.一种如权利要求1~5任意一项所述的大断面陡坡长斜井高精度导井开挖施工方法在水利水电地下工程中的应用。
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