300m级长斜井反井钻导井施工技术

300m级长斜井反井钻导井施工技术300m级长斜井反井钻导井施工技术1 工程概况及地质条件1.1 概况惠蓄电站共有4条长斜井，分A、B两厂布置，均由上弯段、直线段、下弯段构成，倾角均为50，两厂的中、下斜井长度分别为341.00m和302.00（300.00）m，开挖成型断面直径为9.90m，该4条长斜井采用RHIN0-400H型进口反井钻机施工。A/B厂中斜井沿洞轴线总长均为340.93m，其中，直线段长281.59m，上、下弯段长均为29.67m，弯段半径R=34.00m，圆心角50.00。A厂下斜井沿洞轴线总长为299.75 m，其中，直线段长241.08m，上弯段长为29.67m，弯段半径R=34.00m，圆心角50.00，下弯段长为28.99m，弯段半径R=34.00m，圆心角48.85；B厂下斜井沿洞轴线总长为301.60m，其中，直线段长242.94m，上弯段长为29.67m，弯段半径R=34.00m，圆心角50.00，下弯段长为28.99m，弯段半径R=34.00m，圆心角48.85。采用反井钻机施工导井，各条斜井钻孔深度分别为：A厂中斜井303.70m，A厂下斜井269.30m，B厂中斜井303.60m，B厂下斜井270.00m。1.2 工程地质条件惠蓄电站位于罗浮山山脉东南端象头山，象头山最高点蟹眼顶高程为1023.7m。输水发电系统经过山体属于中低山，山体由东往西，地形逐级下降，分别跨越700800m、300500m二级夷平面。地层岩性主要为燕山四期（53（1）花岗岩、其次为（M3）混合岩，局部分布有下古生界（Pz1）深变质石英岩。燕山四期（53（1）花岗岩主要为细粒、中细粒花岗岩，局部为中粗粒花岗岩；（M3）混合岩，有条带状混合岩、条痕状混合岩、眼球状混合岩、混合花岗岩等。花岗岩单轴抗压强度最大为233.5MPa。A厂中斜井为类围岩：类围岩长133.00m，占斜井总长的39.01，类围岩长207.93m，占斜井总长的60.99；B厂中斜井为类围岩：、类围岩长112.00m，占斜井总长的32.85，、类围岩长228.93m，占斜井总长的67.15；A厂下斜井为类围岩：、类围岩长103.85m，占斜井总长的34.65，、类围岩长195.90m，占斜井总长的65.35；B厂下斜井为类围岩：、类围岩长109.63m，占斜井总长的36.35，、类围岩长191.91m，占斜井总长的63.65。各条斜井围岩类别变化见下图。1.3 水文地质条件惠蓄电站输水系统地下水类型有全风化带、第四系松散堆积层中的孔隙性潜水以及基岩裂隙水。孔隙性潜水具有自由水面，能够形成统一的地下水位，运动符合达西定律，主要受大气降雨补给，地下水位随季节变化；基岩裂隙水主要储存在岩石裂隙和断层破碎带中，根据岩石裂隙发育和风化状况，岩石透水性从地表向深部逐渐减弱。2 RHIN0-400H进口反井钻机主要性能及参数2.1 概述RHINO-400H型反井钻机由芬兰汤姆洛克公司生产，主要运用于煤矿和水利水电工程的竖井和斜井施工。技术参数指标为：钻孔直径1.42m1.82m，钻孔偏斜率斜井1.00%、竖井0.50%。在岩石级别为12级的花岗岩岩层中,导孔钻进速度约20m/天，扩孔速度812m/天，成井速度快，施工安全性好，应用较为广泛。与传统钻爆法相比，使用反井钻机的最大优势是安全、快捷。2.2 设备组成全套设备由:主机、泵站及PLC电脑控制箱、可移动控制操作台、钻杆、导孔钻头及扩孔钻头、高精度RHINO300-2型测斜仪、导孔循环排屑水泵、冷却水箱等组成。设备组成见表2。 主要设备运输尺寸及重量表 表2设备名称运输尺寸(mm)重量(kg)备注主机高3235宽1507长3053 mm8500液压泵站高1490宽1440长2770 mm3850钻杆1219203 mm160随机配置365m扩孔钻头体18501420mm3800随机配置一个扩孔钻头体19501820mm5200选购件（未配置）RHINO300-2型测斜仪185038mm15配数据处理软件冷却水箱200015001200 mm14002m3水箱3.3 性能及参数全套设备主要性能参数煤气见表3。钻机的主要性能参数 表3序号项目名称规格或尺寸备注1钻杆直径及有效长度203 (8)1219mm2导孔直径229 (9)mm3扩孔直径1420 (岩石抗压强度大于1000kPa) 1820(岩石抗压强度小于1000 kPa)4钻井深度400m5转速（r/min）导孔:低速:037r/min；高速:048r/min扩孔:低速:011r/min；高速:017r/min6扭矩（kN.m）额定: 75kN.m；最大: 99kN.m7导孔推力（kN）350kN8扩孔拉力（kN）19202000kN9主机功率（千瓦）110kw10循环排屑水泵功率8.5kwRHINO-400H型反井钻机施工照片如下： 3 300m级长斜井反井钻导井施工技术3.1 施工步骤RHINO-400H型进口反井钻机施工步骤为：施工准备 测量放线钻机基础及循环水池施工安装循环水泵站安装钻机并调试自上而下进行229mm导孔施工 导孔孔斜测量及纠偏 导孔贯通更换1400mm滚刀自下而上进行扩孔施工 扩孔结束拆除钻机拆除滚刀井口防护。3.2 工艺流程RHINO-400H型进口反井钻机工艺流程如下框图所示。反井钻机施工工艺流程测斜送 水基础定位基础开挖、清理及水池开挖、抹面底座安装、垫板安装、锚杆造孔 先导孔施工扩孔施工结束水池蓄水放样、立模，砼浇筑钻机冷却系统排 水输水管道钻机安装、调平锚杆注安、地脚螺栓安装3.3 施工布置3.3.1 施工准备测量放线确定开孔位置后，首先进行反井钻机基础、沉淀池及冷却循环水池的施工。3.3.2 施工供水、用电施工用水量为2.004.00m3/h，施工用电容量不小于180KW，同时做好现场的照明及抽排水设施安装。3.3.3 施工场地及道路布置施工场地及道路应有足够的空间和宽度，满足该反井钻机最大件的运输（8.40t）和安装(高3235宽1507长3053mm)。一般露天场地可在2530m2以上，隧洞内洞径不小于5m,底宽能够满足10t以上运输车的通行。3.3.4 钻机安装反井钻机的安装，露天场地可用16t以上的吊车进行安装；隧洞内可用起吊8.4t以上的装载机进行吊装（本工程采用沃尔沃150L型装载机），在没有吊装设备时,可利用洞顶锚杆采用手拉葫芦进行吊装。3.4 施工方法3.4.1 先导孔施工反井钻机安装就位后，经测量放线，钻头对准设计开孔中心点，调整钻杆角度至设计开孔角度，即可进行先导孔施工，在施工过程中，导孔钻进取钻一至二次（100m150m深取钻一次），采用RHINO300-2型测斜仪进行测量，根据实测孔斜变化曲线规律及时调整稳定钻杆和钻进参数，确保先导孔贯通点在设计开挖线范围内。3.4.2 扩孔施工先导孔施工结束后，采用钻爆法将先导孔下口扩孔范围开挖成平面，与斜井轴线垂直，即可进行1400mm扩孔施工。具体施工方法如下：1） 1400mm扩孔钻头连接导孔钻穿后，在斜井底部用卸扣器将导孔钻头换下，采用钻爆法修平顶拱扩孔钻进范围，使之与导孔轴线垂直。扩孔钻头用5t汽车运至斜井底部，利用5t吊车将扩孔钻头吊起，人工辅助将扩孔钻头对准钻杆，利用对讲机通知上井口反井钻机操作手开启钻机，转动钻杆，将钻杆与扩孔钻头连接，开始慢速提升钻头至岩面。2） 将动力水龙头出轴转速调为慢速挡，钻压调至最小值，进行岩体扩孔。3） 在扩孔钻头还未全部进入钻孔时，为防止钻头剧烈晃动而损坏刀具，应使用低钻压、低转速，待钻头全部钻进时，方可加压钻进。4） 围岩整体完整的斜井段，钻压和回转扭矩随孔深增加而加大；在遇断层破碎带或更换新滚刀后，钻压和回转扭矩减小。5） 在扩孔结束前3m范围内，应减小钻压和回转扭矩，直至扩孔结束。3.5 各条斜井造孔统计记录惠蓄电站A/B厂中、下斜井先导孔和扩孔时间和进尺统计见表4。A/B厂中、下斜井先导孔和扩孔时间及进尺统计表 表4序号工程部位开钻日期完工日期施工时间间（d）导孔用时及平均进尺（m/d）扩孔用时及平均进尺（m/d）1A厂中斜井2005.08.312005.10.29592711.22711.22A厂下斜井2005.11.132005.12.27451715.82710.03B厂中斜井2006.04.062006.06.07622412.62611.74B厂下斜井2006.06.232006.08.28661222.52013.55平均进尺（算术平均）2328015.510011.66平均进尺（加权平均）2328014.310011.5注：表内平均进尺计算时间为纯施工时间，未计设备故障等影响的时间。A厂中斜井施工因设备故障、测斜仪测斜和换滚刀影响5天，A厂下斜井施工因测斜仪测斜和换滚刀影响1天，B厂中斜井因设备故障、停电和换滚刀影响12天，B厂下斜井因设备故障和换滚刀影响34天。3.6 各条斜井施工过程分析3.6.1 先导孔施工1）A厂中斜井由于A厂中斜井是第一次采用反井钻机施工，其钻孔参数根据生产厂家提供的参数进行施工，拟订的施工参数及施工过程分析如下：（1）开孔位置及角度的设定开孔位置设定在斜井的中心，但由于反井钻机安装误差，开钻后经测量实测，开孔位置后移轴线0.40m，开孔角度为50.00。（2）稳定钻杆的配置第一阶段开孔钻具采用钻头后连续安装6根稳定钻杆，随后4根普通钻杆，1根稳定钻杆，再放4根普通钻杆，1根稳定钻杆。全部共8根稳定钻杆，构成开孔钻具组，稳定钻杆主要是在钻孔过程中使钻头沿开孔方向起导向作用，以保证钻孔的直线性。第二阶段为取钻测斜后稳定钻杆配置3根。（3）钻进参数控制开孔：推进压力为100150KN；转速为1015r/min，平均钻进速度为1.001.20m/h，待稳定钻杆钻完；回转扭矩为2.505.00KN.m。正常钻进：推进压力为200250KN；转速为1520r/min，平均钻进速度为1.001.20m/h；回转扭矩为5.0015.00 KN.m。由于是第一口井，主要是以钻进速度来控制钻进参数，故推进压力和转速波动较大。导孔钻进过程和稳定钻杆的调整开孔钻到73m时，由于钻头直径磨损过快（钻头直径小于稳定钻杆57mm），稳定钻杆受阻，无法钻进。起钻后更换钻头继续钻进，钻到192m时再次出现钻头直径小于稳定钻杆，无法钻进。此时起钻后，对孔斜进行了测量，结果往下偏离设计轴线近4.00m。为在以后的100.00m内使孔斜纠正过来，纠偏措施为：减少稳定钻杆数量（只留三根稳定钻杆），适当增大推进压力，推进压力由210kN调整为250kN。尽管采取了纠偏措施，最终钻到313.00m，还是未能在中平洞内贯通，在中平洞内向前开挖了3排炮（5.70m）才找到钻孔，经实测，往下偏离轴线7.66m，水平向左偏1.10m。（4）导孔偏斜过大原因的分析 通过对全孔测量比较，前73m往下偏离洞轴线1.64m、水平向左偏离0.65m，平均下偏角度为3/m；192.00m时往下偏离洞轴线约4.00m、水平向左偏离1.20m，平均下偏角度也为3/m；从192.00m至终孔尽管采取了纠偏措施，最终向下偏离洞轴线7.66m,水平向左偏1.10m, 平均下偏角度为1/m。 先导孔三牙轮钻头外径磨损较快，导致钻孔直径与后面的稳定钻杆不同径，造成稳定钻杆控制性差，钻孔过早的向下偏斜。 钻压过小、转速过快也是一个原因。该钻头的工作原理，主要是以挤压破碎为主获得进尺、旋转修整孔壁为辅助的钻进方式。在斜井中过快的转速造成了钻头直径过早的磨损，再加上钻压过小获得的进尺较短，钻头过早的失效。由于钻杆在重力的作用下，如不采取任何纠偏措施，钻孔的孔向总是向下偏斜。 由于前期钻孔未配高精度RHINO300-2型测斜仪，未能及时了解钻孔的偏斜量。73.00m时钻孔已向下偏斜1.64m,在钻进方法和参数上也未进行调整。待钻孔到192.00m时，才利用测斜仪进行测量，此时钻孔偏斜过大,采取的纠偏措施也不理想,导致钻孔偏离轴线较大。 A厂中斜井先导孔孔深与转速、钻压、回转扭矩关系曲线见图1，先导孔贯通后的偏斜情况见图2。36中国水利水电第十四工程局图2 A厂中斜井先导孔贯通布置图2）A厂下斜井通过第一口井的施工情况进行分析，得出以下4点结论：由于钻压过小、转速过快，导致钻头磨损严重，进尺短。测量孔斜过晚，直至192.00m时才进行测斜，发现下偏过大（大于4.00m），尽管采取了减少稳定钻杆和增大推进力，也未能纠正过来，导致导孔钻进总体向下偏斜。导孔轴线与斜井轴线做到尽量平行，是比较理想的情况，否则，由于导孔轴线与斜井轴线偏离过大，将给后续的扩挖人工扒渣带来极大的难度。对钻具进行改进，减少磨损。通过对A厂中斜井施工过程总结、分析，A厂下斜井首先对导孔钻头进行了重新选配，采用国产定做的带有保径功能的三牙轮钻头；钻孔参数、开孔角度等也进行了相应的调整。并根据钻孔过程情况，分阶段采用高精度RHINO300-2型测斜仪跟踪测斜，及时修正钻孔方法和参数，确保导孔在预定范围内贯通。具体施工参数和过程如下：（1）开孔位置及角度的设定开孔位置定在轴线上,开孔角度为4930。（2）稳定钻杆的配置第一阶段开孔钻具采用钻头后连续安装4根稳定钻杆，随后3根普通钻杆，1根稳定钻杆，再安装3根普通钻杆，1根稳定钻杆。全部共6根稳定钻杆，构成开孔钻具组。第二阶段稳定钻杆配置2根。 （3）钻进参数控制开孔：推进压力为50150KN；转速为15r/min；平均钻进速度为1.001.20m/h，直至全部稳定钻杆入孔。正常钻进：推进压力为240260KN；转速为1518r/min；平均钻进速度为1.201.50m/h。（4）导孔钻进过程和稳定钻杆的调整通过调整参数，第一个钻头钻到156.00m时才出现钻头直径小于稳定钻杆直径，经起钻测量孔斜，比开孔轴线下偏了2.20m。随后采用了2根稳定钻杆和增大推进力，进行后100 m的钻进，导孔在269.30m时贯通，经测量检查与斜井轴线下偏0.82m，左偏4.15m，基本满足扩孔要求。（5）过程总结分析A厂下斜井在第一口井（A厂中斜井）的基础上有了较大的提高，除向左边偏斜过多外，轴线上下方向偏差较小，其钻孔方案的拟定基本达到预定要求。钻孔方案的拟定依据如下：首先选用国产定做带有保有径功能的三牙轮钻头，可以提高单钻进尺深度，保证钻孔孔径和稳定钻杆的配合，利于稳定钻杆的导直作用。大钻压和低转速时，可减少钻头的磨损。从而钻头在额定寿命内获得较深的钻孔进尺，对钻孔的直线性有一定的提高。由于钻孔过程中，在钻杆的重力作用下，总的钻孔趋势为向下偏的，通过第一口井的下偏斜率情况，开孔角度采用了49.50,上抬0.50的开孔角度，以消除钻孔过程中部份向下的偏斜量，为后一段的钻孔纠偏提供条件。根据钻孔过程中的扭矩情况，判断钻孔的大约偏斜情况，采用高精度RHINO300-2型测斜仪进行检测，以指导后面钻孔方法的选择。前200m左右应尽可能的使钻头位置偏离轴线最小，钻孔深度尽量深，为后100m的钻进提供条件。当钻进到一定深度，通过高精度RHINO300-2型测斜仪进行检测，如偏离轴线不大时（小于3m），可采用减少稳定钻杆，增大钻压，让钻头沿轴线方向钻进，该措施能很好的控制导孔下偏，但应合理的选择钻压，注意左右的偏斜。如果在测斜时发现孔底偏离轴线太大（大于3m），将难以纠偏。存在问题：后100.00m由于钻机安装偏差的影响，出现向左偏移4.15m，接近设计开挖线，需在后续施工中加以注意。A厂下斜井先导孔孔深与转速、钻压、回转扭矩关系曲线见图3，先导孔贯通后的偏斜情况见图4。图4 A厂下斜井先导孔贯通布置图3）B厂中斜井从第二口井（A厂下斜井）贯通的情况来分析，钻孔的方法及参数基本是合理的，除后100m由于钻机安装偏差，造成左偏过大。对第三口井（B厂中斜井）的施工，以第二口井的参数为基础，结合该斜井的情况，作了部份修改，施工参数的拟定如下：（1）钻孔分阶段检查深度根据前两口斜井施工中的实际情况和本着经济满足施工的原则，导孔钻进初拟取钻12次（100m150m取钻一次），每次进行一次测量，取钻次数可根据钻孔过程中回转扭矩情况确定，取钻后并根据测量结果及时调整推进参数。（2）开孔位置和角度的设定开孔位置仍在斜井中心，实际开孔角度设置为4915，小于斜井轴线角度45。（3）稳定钻杆的配置开孔采用连续6根稳定钻杆,随后放3根普通钻杆，1根稳定钻杆，再放3根普通钻杆，1根稳定钻杆，共8根稳定钻杆,进行第一阶段导孔的钻进，根据钻孔过程中的扭矩情况，判断钻孔的大约偏斜情况，确定在合适的孔深位置取钻测量偏斜情况。第二阶段可根据钻孔的偏斜情况，剩余导孔钻进长度采取23根稳定钻杆和适当的钻进参数。（4）钻进过程参数的控制开孔：推进力为20150KN；转速为1218r/min；平均钻进速度为0.500.80m/h。稳定钻杆段钻进：待第一根稳定钻杆进入孔内后，随后的67根稳定钻杆推进力为150KN250KN从小逐渐增加到正常钻进的最大值；转速为1218r/min；平均钻进速度为1.001.50m/h。正常钻进：推进力为250270KN；转速为1520r/min；平均钻进速度为1.001.50m/h。特殊地层钻进：当进入软弱破碎地层时，应及时的减小钻进力和回转速度，注意观察钻进速度及回水情况，钻进速度宜小于1.00m/h。当穿过软弱破碎地层进入硬岩时宜用小钻压钻进，待进入相对完整的硬岩2030cm后在逐渐增加到正常钻进参数。（5）过程总结分析B厂中斜井贯通后结果较为理想，偏差较小。比开孔轴线上偏0.28m，左偏1.84m,左右偏斜率为0.61%，上下偏斜率为0.09%。除左边偏斜稍大，轴线上下方向偏差较小，其钻孔方案的拟定达到了预定要求。钻孔方案的过程分析如下：根据前两口井的偏斜规律，钻孔的前100.00m偏差较小。100.00200.00m时总是向下偏，以3/m的累加向下偏，钻孔在100.00m后为向下的一个弧线轨迹，偏差在1.502.50m范围。根据这一特性，把100.00m200.00m的偏差，由开孔角度上来消除。开孔完成后，尽可能的用大钻压和低转速，可减少钻头的磨损。从而在钻头额定寿命内获得较深的钻孔进尺，对钻孔的直线性有一定的提高，应注意钻孔过程中扭矩的变化情况，及时的对钻进参数进行调整。该导孔到196.00m时，比前两口井同等深度时的钻进负荷都小，说明钻孔的直线性优于前两口井。此时导孔的位置应在轴线的上方，接近轴线（由于RHINO300-2型测斜仪有故障，未能及时检测证明，为经验判断），达到了预定方案的要求，是调整钻进方式的最佳深度。 由于RHINO300-2型测斜仪故障，为保证施工工期，根据经验判断，调整稳定钻杆为2根，采用适中的钻压，使钻头沿轴线方向钻进。此时左右方向会有一定的偏差，但剩下的导孔长度不长，左右方向的偏差能满足偏斜的要求。B厂中斜井先导孔孔深与转速、钻压、回转扭矩关系曲线见图5，先导孔贯通后的偏斜情况见图6。图6 B厂中斜井先导孔贯通布置图4）B厂下斜井根据B厂中斜井导孔偏斜规律，同时考虑到全断面扩挖时，由于设计开挖线底部与导井底部之间台阶较大，爆破后大量渣存留在底部台阶上，而扒渣时间是控制斜井开挖进度的最关键因素，扒渣时间长，而且安全隐患大，由于基本掌握了钻进参数，对导孔成孔规律有了较大的认识，因此，对B厂下斜井导井开孔位置和钻压、扭矩、稳定钻杆等参数进行了调整，调整的施工参数如下：（1）开孔位置的调整B厂下斜井开孔位置由前几条斜井采用的斜井中心位置改为由中心向上游方向平移3.92m，即径向向下偏移3.00m，使导井位置尽量靠近断面下部，为全断面扩挖创造条件。（2）钻压、扭矩和稳定钻杆的调整稳定钻杆的配置与B厂中斜井相同，第一阶段配置8根，第二阶段配置2根。开孔采用50100KN钻压，开孔后钻压为150200KN钻完稳定钻杆，钻到158.00m时回转扭矩增大较快，取钻后检查钻头，调整稳定钻杆为2根，钻压调在230250KN，回转扭矩均匀增加。由于B厂中斜井结果比较理想，B厂下斜井钻进过程采用B厂中斜井使用参数，先导孔贯通后，经测量，与平移3.92m后的轴线偏差向上偏0.96m，向右偏1.52m，左右偏斜率为0.56%，上下偏斜率为0.36%。B厂下斜井先导孔孔深与转速、钻压、回转扭矩关系曲线见图7，先导孔贯通后的偏斜情况见图8。图8 B厂下斜井先导孔贯通布置图根据A/B厂中、下斜井先导孔施工孔深与转速、钻压、扭矩关系曲线，总结出以下变化规律：导孔施工时，转速随孔深增加，基本处于均衡状态；钻压随孔深增加而增大，增幅较大；回转扭矩随孔深增加而增大，增幅较小；遇断层破碎带或更换新钻头后，钻压和回转扭矩有所减小。第一阶段配置8根稳定钻杆，第二阶段配置2根稳定钻杆较为合适。3.6.2 扩孔施工A/B厂中、下斜井1400mm扩孔孔深与转速、钻压、回转扭矩关系曲线见图912。根据A/B厂中、下斜井扩孔施工孔深与转速、钻压、扭矩关系曲线，总结出以下变化规律：随孔深增加，转速和钻压基本处于稳定状态，而回转扭矩随孔深增加而增加，遇断层破碎带和更换新滚刀后，钻压和回转扭矩略有减小。4 进口反井钻机导井施工精度控制4.1 长斜井施工精度控制要点在长斜井施工中，先导孔精度控制是反井钻机导井施工成功与否的关键。通过惠蓄电站4条长斜井施工，先导孔精度主要从测量、合理配置稳定钻杆、合理控制钻压、钻孔速度、回转扭矩、合理调整钻孔倾角等几方面进行精度控制。4.1.1 通过测量手段控制精度首先是反井钻机基础必须坐落在基岩上，确保钻进过程中基础的稳固，基础砼浇筑前由测量放出基础砼面高程，用红油漆在模板上标示，砼浇筑时根据模板上高程点拉施工线进行人工抹面、找平。待基础砼强度达到70后将反井钻机底座放在反井钻基础上，由测量定位后手风钻对应着反井钻机底座40孔钻孔，施作插筋,反井钻机底座采用M24连接螺栓与反井钻机机身底座连接，接着安装反井钻机。钻机安装就位，机身倾斜后的下部支撑及上部牵拉的螺栓一定要拧紧，按拟定的开孔倾角通过全站仪定出导线，最后通过调节螺栓来固定，钻机机身的安装精度是保证钻孔精度的首要条件，必须准确无误。钻机钻进12m后采用全站仪重新校核开钻角度，钻机造孔过程中可通过RHINO300-2型测斜仪进行孔内测斜，测量钻孔偏斜情况，控制钻孔偏差，为避免因反复取钻影响进度和损伤设备，先导孔钻进取钻12次（100m150m取钻1次）。反井钻机基础布置见下图。 说明：图中尺寸单位以mm计。4.1.2 通过稳定钻杆的配置控制精度稳定钻杆的作用主要是控制钻头在钻进过程中顺开孔方向尽量直线钻进，所以稳定钻杆和钻头直径的配置合理是保证钻孔精度的又一重要条件。RHINO-400H型进口反井钻机随机配置的稳定钻杆直径与先导孔钻头直径（229mm）相同，以减小钻杆由于推进力影响而产生过大的挠度，使导孔钻进尽量不偏离轴线。稳定钻杆配置是控制造孔精度的重要措施，如稳定钻杆配置过多，则会影响导孔钻进过程中的排渣甚至会导致堵孔，而配置过少或不合理均会影响造孔精度，通过惠蓄电站4条长斜井的实际应用，配置8根稳定钻杆最合理。钻头后连续安装6根稳定钻杆，随后3根普通钻杆，1根稳定钻杆，再放3根普通钻杆，1根稳定钻杆。全部共8根稳定钻杆，构成开孔钻具组。所用稳定钻杆应选用磨损较少的钻杆，如果磨损较大，应增加12根。稳定钻杆主要是在钻孔过程中使钻头沿开孔方向起导直作用，以保证钻孔的直线性。4.1.3 通过合理控制钻压、钻孔速度和回转扭矩等手段控制精度钻杆是个钢性体，具有一定的挠度，在造孔过程中其挠度与长度及所施加的钻压成正比，钻压越大，长度越长，挠度也越大，这样钻杆偏离轴线的机率也越大，精度越难以保证，而钻压较小，钻孔速度就会下降，钻头磨损大，因此正确使用钻压是保证导孔精确度的重要条件之一。A/B厂中、下斜井先导孔施工稳定钻杆配置以及转速、钻压、回转扭矩的选择对比见表5。A/B厂中、下斜井先导孔钻孔参数对比表 表5序号工程部位稳定钻杆（根）转速（r/min）钻压（kN）扭矩（kN.m）备注1A厂中斜井815252002505152A厂下斜井612162003004143B厂中斜井814182002804164B厂下斜井81420200250618A/B厂中、下斜井扩孔施工转速、钻压、回转扭矩的选择对比见表6。A/B厂中、下斜井扩孔钻孔参数对比表 表6序号工程部位转速（r/min）钻压（kN）扭矩（kN.m）备注1A厂中斜井6840012004006002A厂下斜井7840012003505503B厂中斜井7.58.5800120035554B厂下斜井7870012004050钻进参数选择还要依据地质条件，钻进深度等多方面因素确定，通过4条长斜井实际施工，对钻压、造孔速度和回转扭矩的控制参数进行分析、总结，得出与花岗岩岩性相匹配的钻孔参数。先导孔施工钻孔速度在开孔时控制在0.50.8m/h，正常钻孔过程中钻孔速度为1.01.5m/h，钻压为250270KN，转速为1520r/min，回转扭矩515kN.m，在造孔精度上易控制，同时在地质条件较好时取上限，在不良地质段取下限，实际施工中可根据不同岩层的坚硬程度通过调整钻压和转速使造孔速度控制在有效范围内。正常钻孔过程中，扩孔施工钻孔速度为0.50.7m/h，钻压为8001200KN，转速为78r/min，回转扭矩5060kN.m。4.2 长斜井施工精度控制分析通过对A/B厂中、下斜井229mm先导孔的施工，掌握了该反井钻机的性能，根据反井钻机施工参数、施工记录和实际先导孔在下弯段出露位置偏差情况，对花岗岩的匹配性钻孔参数进行了分析、总结，其偏差统计如表7。A/B厂中、下斜井反井钻施工孔深与偏差统计表 表7序号工程部位钻孔深开孔位置开孔角度贯通位置偏差偏斜率1A厂中斜井303.70m往上游距斜井中心40cm5000右偏1.10m、下偏7.66m、径向7.74m上下：2.52%左右：0.36%径向：2.52%2A厂下斜井269.30m斜井中心4930左偏4.15m、下偏0.82m、径向4.23m上下：0.30%左右：1.54%径向：1.57%3B厂中斜井303.60m斜井中心4915左偏1.84m、上偏0.28m、径向1.86m上下：0.09%左右：0.61%径向：0.61%4B厂下斜井270.00m往上游平移3.916m4915距平移后轴线右偏1.52m、上偏0.96m、径向1.79m上下：0.36%左右：0.56%径向：0.66%从表7中统计分析：1）由于A厂中斜井是第一次采用进口反井钻机施工，其钻孔参数根据生产厂家提供的参数进行施工，开孔位置定在斜井的中心，钻孔过程中钻压过小，转速过快，钻头磨损较大，导致先导孔贯通后上下偏差较大，该偏斜率较大。2）A厂下斜井在第一口井（A厂中斜井）的基础上对开孔角度、稳定钻杆的配置进行了调整，开孔角度设定为4930，稳定钻杆调整为6根，钻孔的方法及参数基本是合理的，但由于钻机运行过程中机身固定螺栓松动，机身发生微小偏移，同时在钻到最后100m时，由于稳定性钻杆的减少和钻压过大，造成左偏过大。3）B厂中斜井先导孔施工时，对开孔角度、稳定钻杆的配置重新进行调整，开孔角度设定为4915，稳定钻杆调整为8根，其余钻进参数基本与A厂下斜井相同，先导孔偏斜率在允许偏差（1%）范围内。4）B厂下斜井先导孔施工时，为下一步全断面扩挖创造条件，在B厂中斜井施工经验基础上，将开孔位置调整至斜井轴线以下径向3.00m位置，即往上游平移3.916m，其余钻孔参数与B厂中斜井相同，先导孔偏斜率仍在允许偏差（1%）范围内。 由以上分析可知，B厂中、下斜井先导孔施工参数是合理的，为今后长斜井利用反井钻机施工导井提供理论依据。4.2.1 导孔施工A/B厂中、下斜井导井施工结束后，总结出该反井钻机在花岗岩地区先导孔的钻孔参数如下：1）导孔钻孔检查深度的确定根据A/B厂中斜井、下斜井反井钻施工中孔斜的控制情况，避免因反复取钻影响进度和损伤设备，先导孔钻进取钻12次（100m150m取钻1次），采用RHINO300-2型测斜仪进行测量，取钻次数可根据钻孔过程中回转扭矩情况确定，取钻后并根据实测孔斜变化曲线规律及时调整稳定钻杆和推进参数。2）开孔位置及角度的设定 A厂中斜井和下斜井开孔位置均为隧洞中心，A厂中斜井开孔角度为5000，A厂下斜井开孔角度为4930，下弯段先导孔出露位置偏下； B厂中斜井开孔位置仍为隧洞中心，开孔角度为4915，B厂下斜井开孔位置由前几条斜井采用的斜井中心位置改为向下距斜井中心径向距离3.0m，底边线径向距离1.85m，开孔角度为4915。根据结果分析，在花岗岩地区，300m左右的长斜井采用比设计角度小45作为开孔角度是合适的。3）稳定钻杆的配置开孔采用连续6根稳定钻杆（准确数量视稳定钻杆磨损情况确定），随后隔3根普通钻杆放置1根，再隔3根普通钻杆放1根，进行第一钻的导孔钻进，稳定钻杆数量为8根。第二钻（即进行第一次孔斜测量后）根据钻孔孔斜情况，稳定钻杆数量由第一钻的8根减为2根进行导孔钻进，稳定钻杆数量根据钻孔孔斜情况和稳定钻杆新旧程度可作适当调整。4）钻进控制开孔：推进力为20150KN；转速为1218r/min；平均钻进速度为0.50.8m/h。稳定钻杆段钻进：待第一根稳定钻杆进入孔内后，随后的第67根稳定钻杆推进力为150KN250KN从小逐渐增加到设定的最大值；转速为1218r/min；平均钻进速度为1.01.5m/h。正常钻进：推进力为250270KN；转速为1520r/min；平均钻进速度为1.01.5m/h；回转扭矩为515kN.m。特殊地层钻进：当进入软弱破碎带时，应及时的减小钻进力和回转速度，注意观察钻进速度及回水情况，钻进速度宜小于1m/h。当穿过软弱破碎带进入硬岩时宜用小钻压钻进，待进入硬岩2030cm后再逐渐增加到正常钻进参数。4.2.2 扩孔施工经过4条斜井扩孔的实际施工，总结出扩孔参数如下：1） 01m范围钻进力为30100kN；回转扭矩为3050kN.m；回转速度为36 r/min；平均钻进速度为0.3m/h。2）1m终孔前3m范围钻进力为8001200kN；回转扭矩为5060kN.m；回转速度为78 r/min；平均钻进速度为0.50.7m/h。3）特殊情况穿越破碎及软弱地质带时平均钻进力为350450kN，回转扭矩为3045kN.m。5 进口反井钻机导井施工技术改进5.1 概述惠蓄电站高压隧洞的4条斜井的岩性均为花岗岩，围岩整体性较好，局部围岩破碎。花岗岩单轴抗压强度最大为233.5MPa。经过在4条斜井不断摸索、总结、分析和提炼，对在花岗岩地区，利用进