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反井鉆機(jī)施工技術(shù)資料
施工方案比較及確定
本工程兩條發(fā)電引水隧洞斜井段分四個(gè)施工段進(jìn)行開挖，施工時(shí)包括上下彎段與斜井段銜接部分，每個(gè)施工段長(zhǎng)度近200m，施工難度較大。
對(duì)斜井段施工考慮了正井鉆爆法、反井鉆機(jī)施工形成導(dǎo)井再鉆爆擴(kuò)挖法、爬罐施工形成導(dǎo)井再正井鉆爆擴(kuò)挖法三種施工方案，通過方案對(duì)比選擇切實(shí)可行的方案。
（1）正井鉆爆法
正井鉆爆法施工優(yōu)點(diǎn)：
A．不受下平段施工約束，上部施工面具備條件，即可施工。
B．可全斷面直接由上至下貫通，不需導(dǎo)井施工。
正井鉆爆法施工缺點(diǎn)：
A．由于豎井施工高度過大，沒有形成施工通風(fēng)的回路，施工通風(fēng)困難。
B．出渣施工由上部吊運(yùn)，井內(nèi)無法布置效率高的機(jī)械設(shè)備，且斜井?dāng)嗝婷娣e大，因此出渣工序的效率非常低，不能保證豎井施工進(jìn)度。
C．出渣需由上部吊裝，及井口二次倒運(yùn)，且運(yùn)距較遠(yuǎn)，施工費(fèi)用高。
D．長(zhǎng)時(shí)間井下作業(yè)，施工安全難以保障。
（2）反井鉆機(jī)成導(dǎo)井再鉆爆擴(kuò)挖法
反井鉆機(jī)施工形成導(dǎo)井再正井鉆爆擴(kuò)挖法施工優(yōu)點(diǎn)：
A．導(dǎo)井貫通后形成自然通風(fēng)回路，通風(fēng)條件好。
B．出渣渣料由導(dǎo)井溜下，從下部通道運(yùn)出，較為方便且施工效率高，施工進(jìn)度能夠得到保障。
反井鉆機(jī)施工形成導(dǎo)井再正井鉆爆擴(kuò)挖法施工缺點(diǎn)：
A．對(duì)于小于60°的斜井采用反井鉆機(jī)開挖導(dǎo)井，偏斜率比較難控制。
B．對(duì)巖石普氏堅(jiān)固系數(shù)大于12以上的硬巖采用反井鉆機(jī)開挖導(dǎo)井，對(duì)設(shè)備的要求很嚴(yán)格，高于14級(jí)的硬巖很少有合適國(guó)產(chǎn)反井鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)井開挖，國(guó)外反井鉆機(jī)成本又高。
C．受下部施工通道開挖及支護(hù)施工制約，在其未貫通之前無法開挖導(dǎo)井。
D．導(dǎo)井溜渣可能發(fā)生堵井，堵井處理較困難。
E．施工成本高。
（3）爬罐鉆爆法
爬罐施工形成導(dǎo)井再正井鉆爆擴(kuò)挖法施工優(yōu)點(diǎn)：
A．導(dǎo)井從下往上掘進(jìn)，石碴從下部運(yùn)出，出渣容易。
B．爬罐沿軌道上下，使工作人員能很快抵達(dá)工作面。
C．爬罐可固定在工作面前的軌道上，給工作人員提供了施工用臨時(shí)作業(yè)平臺(tái)。
D．特制軌道中的管路，不但把壓縮空氣和水送給鉆機(jī)工作，而且在爆破后還起通風(fēng)換氣和除塵的作用。
爬罐施工形成導(dǎo)井再正井鉆爆擴(kuò)挖法施工缺點(diǎn)：
A．用風(fēng)鉆鉆孔，勞動(dòng)強(qiáng)度大。
B．本工程下部通風(fēng)由6#施工支洞及廠房交通洞、4#施工支洞、2#施工支洞、引水隧洞下平段延伸接入，通風(fēng)管路長(zhǎng)，隨施工高度增加，通風(fēng)困難，施工效率降低。
C．風(fēng)鉆排出的油氣對(duì)人體有害。
方案比較與分析：
（1）正井鉆爆法雖有可取之處，但由于斜井施工長(zhǎng)200m，斷面面積達(dá)70.88m2，其出渣將成為其致命問題，施工進(jìn)度無法保證，且通風(fēng)困難。
（2）反井鉆機(jī)施工形成導(dǎo)井再正井鉆爆擴(kuò)挖法，施工效率高，反井鉆機(jī)施工技術(shù)較為成熟，經(jīng)驗(yàn)較豐富，經(jīng)過我局多年反井鉆機(jī)施工經(jīng)驗(yàn)和設(shè)備調(diào)研，并聘用設(shè)備廠家技術(shù)人員作現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，其缺點(diǎn)也較易解決。
（3）爬罐施工形成導(dǎo)井再正井鉆爆擴(kuò)挖法，導(dǎo)井施工地下通道較長(zhǎng)，隨著導(dǎo)井施工高度的增加，施工效率降低，風(fēng)水電、軌道等設(shè)施的延伸工作占用時(shí)間較長(zhǎng)，通風(fēng)也將極為困難。
經(jīng)上述方案綜合比較與分析，施工考慮采用北京中煤礦山工程有限公司專門為硬巖深井開挖設(shè)計(jì)制造的ZFY2.0/400（又名LM-400）型反井鉆機(jī)，同時(shí)為減小硬巖施工難度和施工成本，采取反井鉆機(jī)開挖Φ1.4m直徑的導(dǎo)井，再反井法擴(kuò)挖導(dǎo)井為Φ2.6m，最后再正井?dāng)U挖成形的施工方案，導(dǎo)井開挖完成后施工區(qū)形成自然通風(fēng)回路，為正井?dāng)U挖施工提供了良好的施工環(huán)境。
7.5.3.3 反井鉆機(jī)性能指標(biāo)及配套設(shè)施
（1）反井鉆機(jī)性能指標(biāo)
ZFY2.0/400型反井鉆機(jī)技術(shù)性能 表7.7
|
導(dǎo)孔直徑 mm |
擴(kuò)孔直徑 m |
深度 m |
轉(zhuǎn)速 r/min |
扭矩 kN·m |
推/拉力 kN |
總功率 kW |
運(yùn)輸外形尺寸 m |
工作外形尺寸 m |
|
270 |
1.4～2.0 |
400 |
0～32 |
100 |
2000/3000 |
118.6 |
3.81×1.75×1.95 |
4.85×1.75×5.25 |
ZFY2.0/400型反井鉆機(jī)主要部件尺寸及重量 表7.8
|
名稱 |
外形尺寸（mm） |
數(shù)量 |
重量（t） |
總重（t） |
|
主機(jī) |
4600×3100×1600 |
1 |
11.6 |
11.6 |
|
操作臺(tái) |
1400×1350×1250 |
1 |
0.5 |
0.5 |
|
泵站 |
2350×1300×1500 |
1 |
2.2 |
2.2 |
|
油箱車 |
1800×850×1500 |
1 |
0.7 |
0.7 |
|
擴(kuò)孔鉆頭 |
φ1400×1600 |
1 |
2.8 |
2.8 |
|
鉆桿 |
φ228×1550 |
200 |
0.295 |
59 |
|
泥漿泵 |
3275×1020×1210 |
1 |
3.5 |
3.5 |
（2）主要輔助設(shè)備
TBW850/50型泥漿泵：90kW
冷卻水泵：3kW
（3）供電
鉆機(jī)電壓380/660伏，總功率不小于230kW，施工時(shí)使用接至工作面的電源。
使用開挖施工敷設(shè)的供水管路供水，水量不小于15～20m3/h。
7.5.3.4 反井鉆機(jī)施工準(zhǔn)備
（1）反井鉆機(jī)安裝基礎(chǔ)澆筑
反井鉆機(jī)基礎(chǔ)要求平整，砼基礎(chǔ)澆筑在完整基巖上�；A(chǔ)采用C25混凝土分二期澆筑而成，一期形成基礎(chǔ)并預(yù)留反井鉆機(jī)地腳螺栓坑，待機(jī)體到位并進(jìn)行初校后，回填二期混凝土，以確保反井鉆機(jī)與基礎(chǔ)牢固銜接，不發(fā)生移位。
（2）反井鉆機(jī)安裝
斜井上段反井鉆機(jī)施工時(shí)，將反井鉆機(jī)安裝在上平段與斜井相交的▽334m高程左右部位，主機(jī)起鉆孔口與斜井中心線延長(zhǎng)線吻合，該高程洞寬可滿足設(shè)備布設(shè)要求。斜井下段反井鉆機(jī)施工時(shí)，將反井鉆機(jī)安裝在6#施工支洞與斜井中心線相交的0+334.82位置。
反井鉆機(jī)的主機(jī)由載重能力15t的載重汽車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，并且上平段洞徑可滿足使用25t汽車吊卸車要求。在經(jīng)測(cè)量放好線的位置安放反井鉆機(jī)后，采用手拉葫蘆輔助人工校正安裝位置。操作臺(tái)、泵站停放在反井鉆機(jī)附近的通道內(nèi)兩側(cè)，操作臺(tái)距起鉆孔口有大于1m的安全距離。
（3）反井鉆機(jī)的冷卻循環(huán)系統(tǒng)
反井鉆機(jī)的冷卻循環(huán)系統(tǒng)由：洗井泵(泥漿泵)、水池、水溝組成。距反井鉆機(jī)基礎(chǔ)約15m處設(shè)置一個(gè)5m3水池，水池中間設(shè)一隔墻,將水池分隔成清水池和沉淀池。反井鉆機(jī)混凝土基礎(chǔ)和水池之間由一水溝連接，導(dǎo)孔施工出現(xiàn)的回水、細(xì)沙沿此溝回流至沉淀池。洗井泵設(shè)置在鉆機(jī)車與水池之間，盡量循環(huán)使用沉淀池內(nèi)的水。
7.5.3.5 反井鉆機(jī)斜導(dǎo)井施工
（1）導(dǎo)孔施工
反井鉆機(jī)施工的關(guān)鍵在于導(dǎo)孔鉆孔質(zhì)量，本型號(hào)反井鉆機(jī)導(dǎo)孔直徑為Φ270mm。最終導(dǎo)孔能否鉆通，鉆通后的偏離誤差大小在開鉆后無法進(jìn)行中間檢測(cè)和控制，只能依靠經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)不同的圍巖類別，實(shí)施不同的工作壓力、轉(zhuǎn)速和適時(shí)裝配穩(wěn)定鉆桿進(jìn)行控制。
反井鉆機(jī)的鉆桿分為開孔鉆桿、普通鉆桿和穩(wěn)定鉆桿，開孔鉆桿與導(dǎo)孔鉆頭相接，用扶正器約束，穩(wěn)定鉆桿比普通鉆桿外周多了均勻分布的鋼肋板，其作用是承受徑向負(fù)荷，防止鉆桿隨深度的增加旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生過大彎曲、過大擺幅，保證鉆孔垂直度，同時(shí)保護(hù)鉆桿與孔壁的接觸磨損。因此穩(wěn)定鉆桿的布置合理與否將影響鉆孔偏斜率。
根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，穩(wěn)定鉆桿加設(shè)方法如下：鉆進(jìn)2m時(shí)必須加設(shè)1根，鉆進(jìn)8～10m時(shí)再加設(shè)1根,然后每鉆進(jìn)20m加設(shè)1根。鉆桿加設(shè)時(shí)一般采用副泵提供的較小動(dòng)力運(yùn)行，鉆桿絲扣之間力度適中，過緊容易損傷絲扣，過松鉆桿容易脫落。為了便于拆卸鉆桿，可在鉆桿套接前于絲扣處加設(shè)少量10號(hào)鉛絲。先導(dǎo)孔開始施工時(shí)一般采用副泵提供較小的、均勻的動(dòng)力，以免孔口周壁因振動(dòng)過大開裂而難以成型。
（2）反井鉆機(jī)導(dǎo)井開挖（擴(kuò)孔施工）
導(dǎo)孔施工完畢后，在對(duì)應(yīng)底部施工通道安裝Φ1.4m擴(kuò)孔鉆頭。
A.擴(kuò)孔開孔：擴(kuò)孔開始施工時(shí)一般圍巖破壞嚴(yán)重，鉆頭周圈難以均勻受力，因此，一般采用副泵提供較小的、均勻的動(dòng)力。當(dāng)Φ1.4m擴(kuò)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)，并慢慢給進(jìn)，進(jìn)尺控制在10cm/h，保證鉆頭滾刀不受過大的沖擊而破壞，防止鉆頭偏心受力過大而扭斷鉆桿。給進(jìn)一些停下，等刀齒把凸出的巖石破碎掉，再繼續(xù)給進(jìn)。
B.開始擴(kuò)孔時(shí)：下邊要有人觀察，將情況及時(shí)通知操作人員，等鉆頭全部均勻接觸巖石，才能正常擴(kuò)孔鉆進(jìn)。在擴(kuò)孔過程中，當(dāng)巖石硬度較大，可適當(dāng)增加鉆壓，反之可以減少鉆壓。擴(kuò)孔時(shí)，要及時(shí)出渣，防止堵孔。擴(kuò)孔過程，也是拆鉆桿的過程，拆下的鉆桿進(jìn)行必要的清理，上油帶好保護(hù)帽。
鉆進(jìn)施工中要求有較為穩(wěn)定供水量，以使刀具能得到水冷卻，供水量要求不小于7.8m3/h。擴(kuò)孔施工時(shí)，鉆桿的拆卸要特別注意鉆桿卡瓦正確擺放及自身的完好程度，以免出現(xiàn)卡瓦突然斷裂，造成擴(kuò)孔鉆頭、鉆桿脫落。
C.完孔：當(dāng)鉆頭距基礎(chǔ)2.5m時(shí)，要降低鉆壓慢速鉆進(jìn)，并且要認(rèn)真觀察基礎(chǔ)周圍是否有異�，F(xiàn)象，如果有，要及時(shí)采取措施處理。慢慢的擴(kuò)孔，直至鉆頭露出地面。
D.出渣：導(dǎo)井開挖施工中，適時(shí)利用3m3側(cè)卸式CAT966F裝載機(jī)在導(dǎo)井下部通道裝20t自卸汽車進(jìn)行出渣。
完孔后，將擴(kuò)孔鉆頭牢固懸掛，將鉆架主機(jī)和一些輔助設(shè)備拆下。然后將鉆頭提出孔外，運(yùn)到井上；再將泵車、油箱等拆裝整理、運(yùn)輸。清理現(xiàn)場(chǎng)后，全部鉆孔工作結(jié)束。
反井鉆井偏斜就是反井施工的技術(shù)關(guān)鍵，為此，采取以下措施：
（1）進(jìn)行精確的測(cè)量控制，發(fā)現(xiàn)偏斜較大時(shí)反復(fù)掃孔糾正偏斜度。
（2）施工設(shè)備：選用經(jīng)檢修完好的反井鉆機(jī)和泥漿泵，保證其性能良好。
（3）鉆機(jī)安裝定位：鉆機(jī)安裝牢固，定位準(zhǔn)確，混凝土澆筑密實(shí)。
（4）合理布置鉆具：選用螺旋、直條等多種鑲齒穩(wěn)定鉆桿和硬巖導(dǎo)孔鉆頭，并根據(jù)地質(zhì)條件合理布置。
（5）正確選擇鉆進(jìn)參數(shù):鉆進(jìn)參數(shù)主要是根據(jù)地質(zhì)條件和不同的鉆進(jìn)位置選擇不同的鉆壓、轉(zhuǎn)速和確定相應(yīng)的鉆進(jìn)速度，并根據(jù)實(shí)際鉆進(jìn)過程進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
（6）精心操作：挑選有多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的操作人員，按照施工組織設(shè)計(jì)和反井鉆機(jī)操作規(guī)程進(jìn)行操作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理鉆進(jìn)中的問題和事故。
