CN112012751B - 一种缓坡斜井精准开挖方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种缓坡斜井精准开挖方法。包括：下平洞、上平洞扩挖，定向钻机进行导孔钻孔，钻头定位采用MWD测斜仪及RMRS旋转磁场测距系统，反井钻机进行导孔正向扩孔，再采用反井钻机进行导井反向扩挖，导井用于溜渣并平行于斜井底板设计轮廓线底部，导井贯通后正向控制爆破开挖，最后溜渣完成。本发明方法针对30～45度缓坡斜井采用定向钻孔、反井扩井加正向爆破开挖的方法，将导井置于斜井底板，有效的提高扒渣效率，将开挖掌子面与水平夹角20°～30°，有利于爆破石渣堆积与底部，并顺导井溜至下平洞；分段爆破减小最大爆破工程量，降低石渣堵井风险；正向一次爆破开挖，减小爆破工序施工时间；本发明方法有效提升施工效率降低了施工安全风险。

Description

一种缓坡斜井精准开挖方法
技术领域
本发明属于地下工程施工技术领域，涉及水利水电工程斜井开挖施工 技术，特别涉及30°～45°缓坡斜井精准开挖方法。
背景技术
水利水电工程建设中，电缆洞既是输电通道又可作为人员逃生通道， 因此，通常设计为缓坡斜井，但由于缓坡斜井施工技术不成熟、施工难度 大、安全风险高，经常被迫改为电缆竖井，无法满足逃生通道设置需求。
通常斜井倾角α介于90°～60°之间宜采用反井钻机法施工，当斜井 倾角在60°～45°之间采取适当措施可采用反井钻机法施工，但当斜井倾 角低于45°时，受散粒材料自然休止角(一般认为散粒材料自然休止角为 45°)的影响，若采用反井钻机法开挖，二次正向扩挖爆渣可能无法通过 反导井自然溜送，从而发生堵井的安全风险。且30°～45°缓坡斜井受反 井钻机设备导孔定位精度限制难以准确贯通。若采用正向扩挖配矿车出渣 施工安全风险高、施工成本大、施工效率低，若采用反向开挖配人工扒渣， 施工安全风险极高。
发明内容
本发明根据现有技术的不足公开了一种缓坡斜井精准开挖方法。本发 明提供一种用于30°～45°缓坡斜井开挖时采用反导井正向开挖的方法， 解决缓坡斜井溜渣困难、提高缓坡斜井导孔定位控制精度、降低斜井施工 安全风险，提升斜井施工效率。
本发明通过以下技术方案实现：
缓坡斜井精准开挖方法，其特征在于包含以下步骤：
A.选择确定定向钻机和反井钻机设备；
B.将斜井下平洞掘进至斜井内部，根据设备需求将斜井上平洞进行 扩挖；
C.上平洞放样出导孔入钻点及方向点，定向钻机就位进行导孔钻 孔；
D.导孔钻孔采用定向钻机进行，钻头定位采用MWD测斜仪及RMRS 旋转磁场测距系统进行定位；
E.导孔贯通后拆除定向钻机，安装反井钻机，采用反井钻机进行导 孔正向扩孔，扩孔完成后再采用反井钻机进行导井反向扩挖；溜渣导井利 用上述反井钻机反向扩挖形成的导井，溜渣导井平行于斜井底板，并置于 斜井设计轮廓线底部；
F.导井贯通后正向控制爆破开挖，最后溜渣完成。
导井贯通后正向控制爆破开挖，掌子面与水平倾角控制在20°～30°； 掘进进尺控制在2.0m以内，最大爆破工程量控制在60m3以内，单次开挖循 环分上、下两区进行一次性控制爆破，先下部区域爆破，再上部区域爆破， 两区爆破时间间隔880ms。
导井贯通后正向控制爆破开挖形成的爆破石渣最大直径控制在60cm 以下，爆破溜渣过程采用5L/min助溜剂进行助溜，助溜剂组成为0.1％的植 物油，99.9％的水。
下平洞掘进扩挖至斜井1倍洞高的距离。
本发明反井钻机安装采用组合锚杆提吊安装，锚杆为三组，每组双点 式布置，第一组距入钻点前1.5m，第二组距入钻点后1.5m，第三组距入钻 点后3.0m。
本发明导孔钻孔采用定向钻机与反井钻机结合的方向进行；导孔定位 采用MWD与RMRS双重定位结合的方法。
本发明导孔定位方法为钻孔入钻后前30m每3m进行一次测斜定位，将 前30m测得的定位数据加权平均作为入钻点的实际位置数据；此后，每3m 进行一次测斜并记录数据，当导孔偏差超过0.5m时，则采用定向钻机配 0.75°单弯螺杆钻具进行纠偏。
本发明定向钻机导孔钻孔形成直径为169mm导孔，反井钻机进行导孔 正向扩孔，正向扩孔沿导孔采用更大的钻头从上往下进行扩孔，扩孔直径 240～395mm。
本发明的优点：
1、本发明改变了缓坡斜井只能采用正向开挖或反向开挖的施工工艺， 极大的降低了施工成本及斜井施工安全风险；
2、本发明针对30°～45°斜井采用反井钻机与定向钻机结合工艺， 并采用多重定位方法进行导孔钻孔，改变了传统反井钻机定位精度差的弊 端；
3、本发明将导井置于斜井底板，有效的提高扒渣效率；
4、本发明将开挖掌子面与水平夹角20°～30°，有利于爆破石渣堆 积与底部，并顺导井溜至下平洞；
5、本发明采用分段爆破的方式，减小最大爆破工程量，有效降低石渣 瞬间同时入导井工程量，降低堵井风险。
6、本发明采用先下部区域、再上部区域爆破开挖方式，有效提高单次 爆破循环石渣入导井工程量，减小扒渣工程量，提升施工效率。
7、本发明采用正向一次爆破开挖，减小爆破工序施工时间，有效提升 施工效率。
附图说明
图1是本发明导孔钻孔施工斜井剖面示意图；
图2是本发明导井反扩施工斜井剖面示意图；
图3是本发明斜井开挖施工剖面示意图；
图4是本发明斜井扒渣施工剖面示意图；
图5是本发明斜井掌子面剖面示意图。
图中，1是定向钻机，2是斜井下平洞堆渣区，3是斜井上平洞超挖区， 4是导孔，5是上平洞，6是下平洞，7是斜井底板，8是斜井，9是导井， 10是吊顶锚杆，11是入钻中心线，12是反井钻机，13是反井导孔，14是 掌子面a，15是掌子面b，16是下部开挖区，17是上部开挖区，18是爆渣， 19是助溜剂。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发 明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技 术均没有超出本发明保护的范围。
结合附图。
如图所示，本发明缓坡斜井精准开挖方法包含以下步骤为：
A.根据斜井8特性选择适合的定向钻机1及反井钻机12等设备；
B.将斜井下平洞6掘进至斜井8内部，根据设备需求将斜井上平洞5 进行一定扩挖；
C.上平洞5放样出导孔4入钻点及方向点，定向钻机1就位进行导孔 4钻孔；
D.导孔4钻孔采用定向钻机1进行，钻头定位采用MWD测斜仪及RMRS 旋转磁场测距系统进行定位；
E.导孔4贯通后拆除定向钻机1，安装反井钻机12，反井钻机12采用 三组式吊顶锚杆10进行安装；采用反井钻机12进行导孔4正向扩孔，扩 孔完成后再采用反井钻机12进行导井9反向扩挖；
F.导井9贯通后正向控制爆破开挖，最后溜渣完成。
步骤A中的斜井8特性主要指斜井8长度、倾角、岩石强度。
步骤B中，掘进至斜井8内部，优选沿斜井8掘进一倍洞高的距离， 满足正向开挖一次性爆破堆渣需求；步骤B中，设备需求指设备高度、钻 杆存储空间、设备大小，为扩挖高度优选5～7m。
步骤C中，上平洞5中放样出导孔4轴线，轴线平行于斜井8底板， 并距底板1.0m，导孔直径169mm。导孔4定位放样将出钻点、入钻点、后 视点连成一条直线，固定好定向钻机1。
步骤D中，斜井导孔4从入钻点至出钻点50m之前仅采用MWD测斜仪 对钻头进行定位，导孔4距出钻点小于50m时在下平洞6设置RMRS旋转磁 场测斜系统对钻头进行闭合定位。钻孔入钻后前30m每3m进行一次测斜定 位，将前30m测得的定位数据加权平均作为入钻点的实际位置数据。此后， 每3m进行一次测斜并记录数据，当导孔4偏差超过0.5m时，则采用定向 钻机配0.75°单弯螺杆钻具进行纠偏。
步骤E中，反井钻机12安装，当反井钻机12运输至上平洞5，采用 组合吊顶锚杆10提吊，锚杆为三组，每组双点式布置，如图2所示，由左 至右布置三组锚杆，第一组距入钻点前1.5m，第二组距入钻点后1.5m，第 三组距入钻点后3.0m。反井钻机12进行导孔4正向扩孔，正向扩孔沿导孔 4(直径169mm)采用更大的钻头从上往下进行扩孔，扩孔直径根据斜井特 性选择，一般扩孔直径240～395mm。正向扩挖完成后反井钻机12进行导井 9反向扩挖，扩挖直径为1.4m。导井9沿斜井8底板设置，作为爆破后的 溜渣通道。
步骤F中，导井9贯通后正向控制爆破开挖，掌子面与水平倾角控制 在20°～30°；掘进进尺控制在2.0m以内，最大爆破工程量控制在60m3以内，单次开挖循环分上、下两区进行一次性控制爆破，先下部开挖区域 16爆破，再上部开挖区域17爆破，两区爆破时间间隔880ms，减小最大爆 炸堆积量，利于爆破溜渣。爆破石渣最大直径控制在60cm以下，爆破溜渣 过程采用5L/min助溜剂进行助溜，助溜剂组成为0.1％的植物油，99.9％的 水。
本发明通过通过定向钻机配两种定位方法进行相互校正，提高定位精 度；反井钻机+定向钻机的组合型式完成1.4m溜渣导井开挖，反井钻机反 扩形成的光面导井直接作为溜渣井，摩擦系数较小利于溜渣；将导井置于 斜井底板，掌子面保持最优钻孔及溜渣角度，减小扒渣工程量，提升施工 效率；分两区一次性爆破，控制爆破粒径及爆破石渣最大工程量；并采用 少量水协助溜渣完成开挖。
工程实例：
某电站高压电缆斜井倾角36°，斜井长度263m，开挖直径断面6.0m ×5.5m，开挖过程采用该方法进行掘进，大大降低斜井施工安全风险。

Claims (6)

1.一种缓坡斜井精准开挖方法，其特征在于：缓坡斜井是30°～45°倾角的斜井，开挖方法包含以下步骤：
A.选择确定定向钻机和反井钻机设备；
B.将斜井下平洞掘进至斜井内部，根据设备需求将斜井上平洞进行扩挖；
C.上平洞放样出导孔入钻点及方向点，定向钻机就位进行导孔钻孔；
D.导孔钻孔采用定向钻机进行，钻头定位采用MWD测斜仪及RMRS旋转磁场测距系统进行定位；
E.导孔贯通后拆除定向钻机，安装反井钻机，采用反井钻机进行导孔正向扩孔，扩孔完成后再采用反井钻机进行导井反向扩挖；溜渣导井利用上述反井钻机反向扩挖形成的导井，溜渣导井平行于斜井底板，并置于斜井设计轮廓线底部；
F.导井贯通后正向控制爆破开挖，掌子面与水平倾角控制在20°～30°；掘进进尺控制在2.0m以内，最大爆破工程量控制在60m3以内，单次开挖循环分上、下两区进行一次性控制爆破，先下部区域爆破，再上部区域爆破，两区爆破时间间隔880ms；正向控制爆破开挖形成的爆破石渣最大直径控制在60cm以下，爆破溜渣过程采用5L/min助溜剂进行助溜，助溜剂组成为0.1%的植物油，99.9%的水，最后溜渣完成。
2.根据权利要求1所述的缓坡斜井精准开挖方法，其特征在于：下平洞掘进扩挖至斜井1倍洞高的距离。
3.根据权利要求1所述的缓坡斜井精准开挖方法，其特征在于：反井钻机安装采用组合锚杆提吊安装，锚杆为三组，每组双点式布置，第一组距入钻点前1.5m，第二组距入钻点后1.5m，第三组距入钻点后3.0m。
4.根据权利要求1所述的缓坡斜井精准开挖方法，其特征在于：导孔钻孔采用定向钻机与反井钻机结合的方向进行；导孔定位采用MWD与RMRS双重定位结合的方法。
5.根据权利要求1所述的缓坡斜井精准开挖方法，其特征在于：导孔定位方法为钻孔入钻后前30m每3m进行一次测斜定位，将前30m测得的定位数据加权平均作为入钻点的实际位置数据；此后，每3m进行一次测斜并记录数据，当导孔偏差超过0.5m时，则采用定向钻机配0.75°单弯螺杆钻具进行纠偏。
6.根据权利要求1所述的缓坡斜井精准开挖方法，其特征在于：定向钻机导孔钻孔形成直径为169mm导孔，反井钻机进行导孔正向扩孔，正向扩孔沿导孔采用更大的钻头从上往下进行扩孔，扩孔直径240～395mm。
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斜井反井法导井施工精度操控技术;王峻等;《四川建筑》;20190428;全文 *
江边水电站引水隧洞斜井段开挖施工;王红玲;《广西水利水电》;20131230;全文 *
缓倾角长斜井开挖施工技术及应用;王凯等;《水资源开发与管理》;20190225;正文第3章-第4章 *

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