一種反井鉆機在豎井或斜井施工中的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種反井鉆機在豎井或斜井施工中的方法，該施工方法為利用反井鉆機在上彎段上水平面擴挖區(qū)沿斜井軸線方向往下鉆一直徑為216mm的導孔，導孔形成后在下彎段將Ф216mm鉆頭更換成Ф1400mm擴挖刀盤，然后通過自下而上反拉擴挖形成直徑Ф1400mm的溜渣導井。該反井鉆機在豎井或斜井施工中的方法通過在水電站工程中采用反井鉆機施工導井，施工過程中安全事故為零；在節(jié)點工期內(nèi)順利完成豎井、緩斜井的開挖與支護，減少人員、設備的投入，加快施工進度的同時保證工程質(zhì)量，為項目增加經(jīng)濟效益；掌握豎井、緩斜井施工中控制角度偏差的經(jīng)驗措施，為以后利用反井鉆機施工斜井、緩豎井時控制孔向的偏差提供借鑒和參考。
【專利說明】一種反井鉆機在豎井或斜井施工中的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及采取反井鉆機在豎井、斜井開挖中導井的施工方法，具體涉及完全可以替代傳統(tǒng)的人工反導井或爬罐斜井施工工藝。
【背景技術】
[0002]水電站多處于深山峽谷中，其引水發(fā)電系統(tǒng)多布置于地下，地下豎井、斜井布置很是普遍，而豎(斜)井不僅長度長且直徑大，往往是整個電站施工中危險最高，難度最大，工期最長，資源配置最多的施工項目，俗稱卡脖子工程。地下豎井、斜井開挖基本依靠傳統(tǒng)的人工反導井或爬罐斜井施工工藝，這種工藝安全風險大、工期長、效率低。
[0003]地下豎井、斜井開挖基本依靠傳統(tǒng)的人工反導井或爬罐斜井施工工藝，存在以下不足:
[0004](I)安全風險大；
[0005](2)工期長、效率低；
[0006](3)超欠挖難以控制；
[0007](4)緩傾角斜井施工中角度難控制。
[0008]采用反井鉆機施工導井，是一種安全、高效、經(jīng)濟、工期短、資源配置少的施工工藝。解決以下問題:
[0009](I)反井鉆機機身實際操作角度不小于60°，通過調(diào)整基礎混凝土面的角度，來增加機身實際操作角度，從而解決了鉆機在緩傾角斜井施工中的操作角度問題。
[0010](2)采用膨潤土優(yōu)質(zhì)泥漿、水泥膨潤土混合泥漿作為洗井液，進行護壁和清渣，解決預防塌孔問題。
[0011](3)不良地質(zhì)段出現(xiàn)塌孔和漏水嚴重現(xiàn)象時，及時采取了灌注水泥漿、水泥砂漿進行回填兼固結(jié)，等強后再進行導孔二次鉆進，預防卡鉆問題。
[0012](4)緩傾角斜井導井施工速度不宜過快，最好保持連續(xù)鉆進，這樣產(chǎn)生上下偏差的幾率較小。鉆孔一但出現(xiàn)偏斜，采用掃孔糾偏的方法效果不明顯。
[0013](5)反井鉆機的工作原理較為先進，能適用于緩傾角斜井施工，與其他導井施工方法相比較，具有一定的進度優(yōu)勢和明顯的安全優(yōu)勢。
[0014](6)施工中要注意鉆進速度，不能盲目追求高進尺，否則容易造成導孔偏斜率偏高而難以控制，甚至扭斷鉆桿。
[0015]上述鉆豎井斜井中的技術問題，有待本領域技術人員采用新的施工方法予以克服。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0016]本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有技術存在的問題，解決反井鉆機在豎井或斜井施工中的方法。
[0017]本發(fā)明解決問題的技術方案是:提供一種反井鉆機在豎井或斜井施工中的方法，其特征在于，所述施工方法為采用反井鉆機，在上彎段上水平面擴挖區(qū)沿斜井軸線方向往下鉆一直徑為216mm的導孔,導孔形成后在下彎段將Φ216_鉆頭更換成Φ1400_擴挖刀盤，然后通過自下而上反拉擴挖形成直徑Φ1400_的溜渣導井。
[0018]其中優(yōu)選的技術方案是，所述反井鉆機為LM-200型。
[0019]進一步優(yōu)選的技術方案是,所述鉆機每鉆進2m時加設I根鉆桿,鉆進8?1m時再加設I根鉆桿，然后每鉆進15m加設I根鉆桿。
[0020]進一步優(yōu)選的技術方案還有，在所述導孔鉆進前先鉆進一個開孔，開孔鉆進時使用了開孔扶正器；開孔鉆進時開孔扶正器和開孔鉆桿配合慢速開孔，并啟動泥漿泵供漿，進行護壁和排渣。
[0021]進一步優(yōu)選的技術方案還有，所述導孔鉆進工藝還包括:
[0022](I)導孔鉆進轉(zhuǎn)速高于開孔鉆進轉(zhuǎn)速，當導孔鉆進時調(diào)節(jié)動力頭轉(zhuǎn)速，采用II檔或III檔，對于松軟地層和過渡地層采用低鉆壓，導孔鉆進時對于硬巖和穩(wěn)定地層采用高鉆壓；
[0023](2)離鉆透下平段3m左右時，逐漸降低鉆壓；
[0024](3)對于導孔鉆進返出的巖渣及時清理；
[0025](4) 一根鉆桿完成后，等孔內(nèi)的巖屑全部排出后，再停泵接卸鉆桿；
[0026](5)導孔鉆透后，停止泥漿循環(huán)，但鉆機不停轉(zhuǎn)，開始向孔內(nèi)加清水，直到鉆機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，扭矩變化不大時再停鉆機；
[0027](6)鉆進導向孔時，發(fā)現(xiàn)鉆具旋轉(zhuǎn)變化時，應把鉆具邊旋轉(zhuǎn)邊提高高度，再慢速向下掃孔。
[0028]進一步優(yōu)選的技術方案還有，所述Φ 1400mm擴挖工藝為導孔鉆透后，將擴孔鉆頭和導孔鉆頭拆卸工具運到斜井下口，拆下導孔鉆頭接上擴孔鉆頭，形成出渣系統(tǒng)后再向上擴。
[0029]進一步優(yōu)選的技術方案還有，所述擴孔開始前，檢查處理距孔中心1.5m范圍內(nèi)擴孔工作面的平整和有無錨桿，對工作面凸起的巖石用風鎬找平，有錨桿要先行取掉。
[0030]進一步優(yōu)選的技術方案還有，所述擴孔鉆頭接好后，慢速上提鉆具；直到滾刀開始接觸巖石，然后停止上提，用5?9rpm轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，等刀齒將凸出的巖石破碎掉，再繼續(xù)給進，當鉆進至5m以上，即可正常擴孔鉆進；擴孔鉆進時，發(fā)現(xiàn)排渣不暢，鉆頭激烈晃動，壓力不穩(wěn)，鉆進困難時，將刀具下放高速旋轉(zhuǎn)。
[0031]進一步優(yōu)選的技術方案還有，在所述擴孔過程中，依據(jù)巖石硬度增加鉆壓，或減少鉆壓；擴孔鉆進中要及時清理擴孔破碎下來的巖屑；擴孔過程也是拆鉆桿的過程，拆下的鉆桿要進行清理，上油后帶好保護帽。
[0032]進一步優(yōu)選的技術方案還有，用于刀具的水冷卻的供水量要求不小于7.8m3/h。
[0033]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:該反井鉆機在豎井或斜井施工中的方法通過在水電站工程中采用反井鉆機施工導井，取得如下效果:
[0034](I)施工過程中安全事故為零；
[0035](2)在節(jié)點工期內(nèi)順利完成豎井、緩斜井的開挖與支護，減少人員、設備的投入，力口快施工進度的同時保證工程質(zhì)量，為項目增加經(jīng)濟效益；
[0036](3)掌握了豎井、緩斜井施工中控制角度偏差的經(jīng)驗措施，為以后利用反井鉆機施工斜井、緩豎井時控制孔向的偏差提供借鑒和參考；
[0037](4)掌握反井鉆機在豎井、緩斜井施工中的應用技術，積累豎井、斜井安全、快速、高質(zhì)量的施工經(jīng)驗，為類似工程施工提供參考。
[0038]反井鉆機在未來水電工程施工應用中前景廣闊，特別是在保證施工安全方面作用尤為突出。推廣了反井鉆機在豎井、緩斜井施工中的應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1為本發(fā)明反井鉆機在豎井或斜井施工中的方法示意圖。
【具體實施方式】
[0040]本發(fā)明是一種反井鉆機在豎井或斜井施工中的方法，所述施工方法為采用反井鉆機，在上彎段上水平面擴挖區(qū)沿斜井軸線方向往下鉆一直徑為216mm的導孔，導孔形成后在下彎段將Φ216πιπι鉆頭更換成Φ 1400mm擴挖刀盤，然后通過自下而上反拉擴挖形成直徑Φ 1400mm的溜洛導井。
[0041]本發(fā)明中優(yōu)選的實施方案是，所述反井鉆機為LM-200型。
[0042]本發(fā)明中進一步優(yōu)選的實施方案是，所述鉆機每鉆進2m時加設I根鉆桿，鉆進8?1m時再加設I根鉆桿，然后每鉆進15m加設I根鉆桿。
[0043]本發(fā)明中進一步優(yōu)選的實施方案還有，在所述導孔鉆進前先鉆進一個開孔，開孔鉆進時使用了開孔扶正器；開孔鉆進時開孔扶正器和開孔鉆桿配合慢速開孔，并啟動泥漿泵供漿，進行護壁和排渣。
[0044]本發(fā)明中進一步優(yōu)選的實施方案還有，所述導孔鉆進工藝還包括:
[0045](I)導孔鉆進轉(zhuǎn)速高于開孔鉆進轉(zhuǎn)速，當導孔鉆進時調(diào)節(jié)動力頭轉(zhuǎn)速，采用II檔或III檔，對于松軟地層和過渡地層采用低鉆壓，導孔鉆進時對于硬巖和穩(wěn)定地層采用高鉆壓；
[0046](2)離鉆透下平段3m左右時，降低鉆壓；
[0047](3)對于導孔鉆進返出的巖渣進行清理；
[0048](4) 一根鉆桿完成后，等孔內(nèi)的巖屑全部排出后，再停泵接卸鉆桿；
[0049](5)導孔鉆透后，停止泥漿循環(huán)，但鉆機不停轉(zhuǎn)，開始向孔內(nèi)加清水，直到鉆機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，扭矩變化不大時再停鉆機；
[0050](6)鉆進導向孔時，發(fā)現(xiàn)鉆具旋轉(zhuǎn)速度變化時，應把鉆具邊旋轉(zhuǎn)邊提升高度，再慢速向下掃孔。
[0051]本發(fā)明中進一步優(yōu)選的實施方案還有，所述Φ 1400mm擴挖工藝為導孔鉆透后，將擴孔鉆頭和導孔鉆頭拆卸工具運到斜井下口，拆下導孔鉆頭接上擴孔鉆頭，形成出渣系統(tǒng)后再向上擴。
[0052]本發(fā)明中進一步優(yōu)選的實施方案還有，所述擴孔開始前，檢查處理距孔中心1.5m范圍內(nèi)擴孔工作面的平整和有無錨桿，對工作面凸起的巖石用風鎬找平，有錨桿要先行取掉。
[0053]本發(fā)明中進一步優(yōu)選的實施方案還有，所述擴孔鉆頭接好后，慢速上提鉆具；直到滾刀開始接觸巖石，然后停止上提，用5?9rpm轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，待刀齒將凸出的巖石破碎掉，再繼續(xù)給進，當鉆進至5m以上，即可正常擴孔鉆進；擴孔鉆進時，發(fā)現(xiàn)排渣不暢，將刀具下放，使其高速旋轉(zhuǎn)。
[0054]本發(fā)明中進一步優(yōu)選的實施方案還有，在所述擴孔過程中，依據(jù)巖石硬度增加或減少鉆壓。
[0055]本發(fā)明中進一步優(yōu)選的實施方案還有，在所述鉆進施工中要求水冷卻鉆具，水冷卻鉆具的供水量不小于7.SmVh0
[0056]實施例1
[0057]一種反井鉆機在地下井施工中的方法，所述方法采用反井鉆機完成斜井段導井施工，先利用LM-200型反井鉆機在上彎段上水平面擴挖區(qū)沿斜井軸線方向往下鉆一直徑為Φ216mm的導孔,導孔形成后在下彎段將Φ216mm鉆頭更換成Φ 1400mm擴挖刀盤,然后通過自下而上反拉擴挖形成直徑Φ1400_的溜渣導井。施工流程如下:
[0058]上彎段擴挖支護一基礎及循環(huán)水池施工一冷卻循環(huán)水池一反井鉆機安裝調(diào)試一導孔施工一擴孔施工一鉆機拆除。反井鉆機施工的具體工藝如下:
[0059]1、采用Φ216mm的導孔鉆孔鉆頭進行的導孔施工:
[0060](I)反井鉆機施工的關鍵在于先進行導孔鉆孔的質(zhì)量，鉆通后的偏離誤差大小在開鉆后無法進行中間檢測和控制，針對不同的圍巖類別，實施不同的鉆進壓力、轉(zhuǎn)速和適時裝配穩(wěn)定鉆桿進行控制。反井鉆機的鉆桿分為普通鉆桿(Im)和穩(wěn)定鉆桿(0.5m)，差別在于后者比前者外周多了均勻分布的3cm厚的鋼肋板，其作用是導向，防止鉆桿隨深度的增加旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生過大彎曲、過大擺幅，起到穩(wěn)定的作用，同時保護鉆桿與孔壁的接觸磨損。采用的穩(wěn)定鉆桿的加設方法如下:每鉆進2m時必須加設I根，鉆進8?1m時再加設I根，然后每鉆進15m加設I根。先導孔開始施工時采用副泵提供均勻的動力，以免孔口周壁因振動過大開裂而難以成型。
[0061]根據(jù)本發(fā)明施工工藝，優(yōu)化設計的導孔鉆進參數(shù)見表I。
[0062]表I
[0063]
鉆進位置或巖石情況鉆壓(kN) 轉(zhuǎn)速(rpm) 預計鉆速(m/h)
導孔開孔5010?200.3?0.6
鉆透到下水平前50?702005
砂巖、板巖、灰?guī)r15?25 202?3
泥巖、炭質(zhì)板巖、破碎帶 10?15 203?4
[0064](2)開孔鉆進使用開孔扶正器。開孔鉆進時開孔扶正器和開孔鉆桿配合慢速開孔，并啟動泥漿泵供漿，進行護壁和排渣。
[0065](3)采用導孔鉆進124m及以下的的施工，導孔鉆進轉(zhuǎn)速應高于開孔鉆進轉(zhuǎn)速，對于松軟地層和過渡地層采用低鉆壓，對于硬巖和穩(wěn)定地層宜采用高鉆壓，離鉆透下平段3m左右時，應降低鉆壓，一根鉆桿完成后，必須等孔內(nèi)的巖屑全部排出后，才能停泵接卸鉆桿，導孔鉆透后，停止泥漿(水)循環(huán)，但鉆機不能停轉(zhuǎn)，開始向孔內(nèi)加清水，直到鉆機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，扭矩變化不大時才能停鉆，鉆進導向孔時，如發(fā)現(xiàn)鉆具旋轉(zhuǎn)速度改變時，應使鉆具邊旋轉(zhuǎn)邊提聞聞度，再慢速向下掃孔。
[0066]2、采用Φ 1400mm擴孔鉆頭，擴孔施工工藝:
[0067](I)拆導孔鉆頭接擴孔鉆頭，導孔鉆透后，將擴孔鉆頭和導孔鉆頭拆卸工具運到斜井下口，通過對通信設備上下聯(lián)系，上下配合拆下導孔鉆頭接上擴孔鉆頭，形成出渣系統(tǒng)后，就可以向上擴孔。
[0068](2)擴孔鉆進的擴孔開始前，檢查處理距孔中心1.5m范圍內(nèi)擴孔工作面的平整和有無錨桿，對工作面凸起的巖石用風鎬等找平，有錨桿要先行取掉。
[0069]當擴孔鉆頭接好后，慢速上提鉆具。直到滾刀開始接觸巖石，然后停止上提，用最低轉(zhuǎn)速(5?9rpm)旋轉(zhuǎn)。當鉆進至5m以上，即可正常擴孔鉆進。
[0070](3)開始擴孔時鉆頭全部均勻接觸巖石后，才能正常擴孔鉆進。為保證鉆機和滾刀的使用壽命，一般將系統(tǒng)壓力限制在17MPa之內(nèi)。在擴孔過程中，當巖石硬度較大，可增加鉆壓，反之減少鉆壓。
[0071](4)鉆進施工中施工鉆具要及時進行水冷卻，水冷卻鉆具供水量不小于7.8m3/h。
[0072]3、當鉆頭鉆至距鉆機基礎2.5m時，要降低鉆壓慢速鉆進，直至鉆頭露出地面。
[0073]4、拆機，將擴孔鉆頭卡固在鋼軌上、拆掉鉆機的前后斜拉桿和各種油管，將主機從鉆架上拆掉，將鉆架主機車和一些輔助設備拆下。
[0074]本發(fā)明不限于上述實施方式，本領域技術人員所做出的對上述實施方式任何顯而易見的改進或變更，都不會超出本發(fā)明的構思和所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種反井鉆機在豎井或斜井施工中的方法，其特征在于，所述施工方法為采用反井鉆機，在上彎段上水平面擴挖區(qū)沿斜井軸線方向往下鉆一直徑為216mm的導孔，導孔形成后在下彎段將Φ216πιπι鉆頭更換成Φ1400πιπι擴挖刀盤，然后通過自下而上反拉擴挖形成直徑Φ 1400mm的溜洛導井。
2.如權利要求1所述的反井鉆機在豎井或斜井施工中的方法，其特征在于，所述反井鉆機為LM-200型。
3.如權利要求2所述的反井鉆機在地下井施工中的方法，其特征在于，所述鉆機每鉆進2m時加設I根鉆桿，鉆進8?1m時再加設I根鉆桿，然后每鉆進15m加設I根鉆桿。
4.如權利要求3所述的反井鉆機在豎井或斜井施工中的方法，其特征在于，在所述導孔鉆進前先鉆進一個開孔，開孔鉆進時使用了開孔扶正器；開孔鉆進時開孔扶正器和開孔鉆桿配合慢速開孔，并啟動泥漿泵供漿，進行護壁和排渣。
5.如權利要求4所述的反井鉆機在豎井或斜井施工中的方法，其特征在于，所述導孔鉆進工藝還包括: (1)導孔鉆進轉(zhuǎn)速高于開孔鉆進轉(zhuǎn)速，當導孔鉆進時調(diào)節(jié)動力頭轉(zhuǎn)速，對于松軟地層和過渡地層采用低鉆壓，導孔鉆進時對于硬巖和穩(wěn)定地層采用高鉆壓； (2)離鉆透下平段3m左右時，逐漸降低鉆壓； (3)對于導孔鉆進返出的巖渣予以清理； (4)一根鉆桿完成后,等孔內(nèi)的巖屑全部排出后,再停泵接卸鉆桿； (5)導孔鉆透后，停止泥漿循環(huán)，但鉆機不停轉(zhuǎn)，開始向孔內(nèi)加清水，直到鉆機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，扭矩變化不大時再停鉆機； (6)鉆進導向孔時，發(fā)現(xiàn)鉆具轉(zhuǎn)速變化時，應把鉆具邊旋轉(zhuǎn)邊提升高度，再慢速向下掃孔。
6.如權利要求1所述的反井鉆機在豎井或斜井施工中的方法，其特征在于，所述Φ 1400mm擴挖工藝為導孔鉆透后，將擴孔鉆頭和導孔鉆頭拆卸工具運到斜井下口，拆下導孔鉆頭接上擴孔鉆頭，形成出渣系統(tǒng)后再向上擴孔。
7.如權利要求6所述的反井鉆機在豎井或斜井施工中的方法，其特征在于，所述擴孔開始前，檢查處理距孔中心1.5m范圍內(nèi)擴孔工作面的平整和有無錨桿，對工作面凸起的巖石用風鎬找平，有錨桿要先行取掉。
8.如權利要求7所述的反井鉆機在豎井或斜井施工中的方法，其特征在于，所述擴孔鉆頭接好后，慢速上提鉆具；直到滾刀開始接觸巖石，然后停止上提，用5?9rpm轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，當鉆進至5m以上，即可正常擴孔鉆進。
9.如權利要求8所述的反井鉆機在豎井或斜井施工中的方法，其特征在于，在所述擴孔過程中，依據(jù)巖石硬度增加鉆壓，或減少鉆壓。
10.如權利要求1-9之一所述的反井鉆機在豎井或斜井施工中的方法，其特征在于，對所述鉆施工鉆具進行水冷卻，水冷卻的供水量不小于7.8m3/h。
【文檔編號】E21B7/00GK104196442SQ201410336594
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權日:2014年4月11日
【發(fā)明者】郭彥明, 盧代權, 潘大飛, 王世軍, 許化棟, 王孝勝, 周瑞, 龔婦容, 凌衛(wèi)軍, 張卿, 陳衛(wèi)華 申請人:中國水利水電第十一工程局有限公司