反井钻机导井法施工

1、目录第一章项目1的研究背景1.1导井法1施工现状1.2项目背景21.3本研究的主要内容31.4项目的主要创新点31.5项目应用前景4第二章各种导井施工方法的比较52.1概述52.2主导井5的开挖方法2.3反导井开挖方法52.4反井爬罐导井开挖方法62.5反井吊罐导井开挖方法62.6一次钻孔反井分段爆破开挖方法72.7反井钻机导井开挖方法72.8各种竖井导坑开挖方法的指标比较8第三章反井钻机的主要性能和参数93.1反井钻机的型号和制造商93.2设备组成93.3施工技术参数103.4辅助设备和相关设施11第四章反井钻机导井法施工技术4.1反井钻机的施工原则124.2施工程序124.3施工机械设备组

2、合及人员配备124.4施工准备144.5施工平面图144.6施工流程164.7施工方法17第五章工程案例分析195.1概述195.2各项目成孔统计记录195.3不同岩性可钻性分析22第六章是复杂地质条件下反井钻机导井法的精度控制要点6.1竖井施工精度控制要点236.2长斜井施工精度控制要点266.3竖井和斜井施工精度控制实例分析27第七章硬岩反井钻机先导井施工关键技术控制307.1硬岩施工难点分析307.2坚硬岩石的针对性施工措施30第八章不良地质地层钻孔施工技术控制要点348.1不良地质中导孔施工分析348.2常见情况的解决方案348.3关键技术的解决方案358.4不良地质地层的施工方法36

3、第九章反井钻机导井施工方法效益评价389.1导言389.2手风钻导井法施工成本及进度分析389.3反井钻机导井法施工成本及进度分析399.4反井钻机导井法施工效益分析429.5反井钻机先导施工法综合效益评价模型42。9.6反井钻井导向井施工和手动气动钻井导向井施工的效益评估46第十章施工总结49第一章项目研究背景1.1导井法施工现状在地下水利水电工程建设中，有许多带有竖井和斜井结构的水工建筑物，包括引水系统中的斜井或竖井、调压井、闸门井、出口井、通风井和交通井。由于工作面狭窄，竖井、斜井施工通风困难，存在许多不安全因素，如高空作业、被炮烟伤害、落岩、淋水、扬尘等。竖井和斜井的建设被称为“咽喉工

4、程，死亡之谷”。因此，竖井和斜井的施工一直是水电建设行业的难点和重点。斜井和立井的施工方法有两种：全断面一次开挖法和导坑开挖法，其中传统的导坑开挖方法有正井法、反井法或正反井结合法。反导井施工通常采用吊罐法、爬罐法或深孔分段爆破法。传统的先导井施工目前在水利水电工程中应用广泛，施工技术得到了很好的应用。然而，需要人员和设备在挖掘面钻孔和爆炸。因此，施工过程中不可避免地存在安全隐患，通风排烟困难，进度容易受到限制。据统计，深度约100米的隧道导坑平均日进尺约为1 1.5米，人工导坑的施工方法对井深有一定的限制。深度越深，缺点就越难反井钻井先导法于1950年首次在北美开发。20世纪60年代中期，这

5、种方法开始在欧洲流行，尤其是德国。当时，反井钻机的钻孔直径可达1.2米，深度为150 200米。到70年代初，钻孔直径可达2.02.4m，钻孔深度可达250 500米。到目前为止，世界上许多制造商已经生产了反井钻机，典型的是美国罗宾斯公司，它可以提供28种产品，钻孔直径从1.2米到6.0米，钻孔深度可达900米；德国威尔特公司生产的hg100、160、210、250、330sp系列，钻孔直径为1.4-6.0米，钻孔深度可达1000米。自20世纪70年代以来，中国开发了反井钻机，先后应用于木炭和冶金系统。大多数产品专注于小直径扩孔的反井钻机。典型产品有苏南煤机厂生产的lm-90、lm-120、l

6、m-200系列，长沙矿业研究院生产的tyz1000、tyz1200、tyz1500系列，西北有色冶金机械厂生产的af-2000等。1992年，水电系统首次引进反井钻机，并在十三陵抽水蓄能电站高压管道出口隧洞、调压井和斜井进行了试点施工，取得了良好的施工效果。此后，反井钻机在河南小浪底水利枢纽、山西万家寨引黄工程、云南大朝山水电站(4座，总长度486米)、贵州三板溪水电站、云南小湾水电站和湖北水布垭地下厂房的竖井和斜井施工中发挥了较大作用。虽然反井钻机导井施工法在水电工程竖井和斜井施工中的应用取得了许多成功实例，但国外反井钻机价格昂贵，难以被一般单位接受，目前尚未在国内水电行业应用。虽然国产反井

7、钻机价格适中，但目前在中、软岩中的应用尚可，在硬岩中仍存在技术问题有待改进。此外，在施工过程中，尤其是在钻井过程中的不良地质地段，经常会发生卡钻、埋钻等事故，严重影响钻井精度和速度，甚至造成钻井报废。因此，有必要进一步探索和实践反井钻机导井施工方法，总结施工经验，形成一套完整的施工工艺，并加以推广，为水利水电建设的发展做出贡献。1.2项目背景传统的竖井和斜井施工人工开挖小导坑的方法，具有地下水排放困难、结渣困难、通风条件差、难以保证垂直穿越作业施工安全的特点。这使得竖井和斜井的施工难度加大，尤其是高差或长度大于100米的竖井和斜井的施工。此外，通风排烟一直是地下工程施工的重点和难点。如果这个问

8、题能够得到很好的解决，一方面可以加快施工进度，另一方面可以为从事地下工程施工的人员提供一个良好的工作环境，减少通风不良和烟气扩散条件对工人健康造成的危害。传统的通风方式都采用在隧道外安装轴流风机连接管进行通风，运行成本高，尤其是隧道较长时。因此，可以考虑钻通风井来解决这个问题。如果人工开挖竖井，难度大，时间长，安全性难以保证。通常，它不用于设计和施工。因此，各设计和施工单位都在寻求一种快速、安全的施工方法，以满足施工质量、安全和进度的需要。在此基础上，提出了反井钻机导井施工方法。在总结以往应用研究的基础上，我局利用反井钻机成功完成了183米竖井的施工我局希望进一步推广这项技术，进一步拓宽竖井和

9、斜井的施工思路，更好地解决传统先导式竖井施工技术带来的一系列弊端，为水电建设带来更高的生产力，更好地促进水电建设的发展。目前，地下水利水电工程中竖井和斜井相对较多，反井钻机具有良好的应用前景。可以说，反井钻机井筒和斜井施工的成功应用，为地下洞室井筒和斜井的设计和施工提供了一个很好的思路，具有重要的理论意义和社会经济效益。1.3本研究的主要内容(1)系统比较先导井施工方法和其他施工方法；(2)全面系统地介绍反井钻机先导井施工方法的工艺流程；(3)不良地质条件和坚硬岩石条件下反钻机先导井法施工关键技术；(4)不良地质条件下成孔精度的控制措施；(5)反井钻机先导井施工与其他先导井施工方法的效益比较；

10、(6)成功工程案例分析。1.4项目的主要创新点(1)水电工程竖井、斜井施工引进了一套便捷的施工技术，这是竖井、斜井施工史上最具推动性的创新，解决了竖井、斜井施工中的安全隐患。(2)根据钻杆自重原理，通过合理稳定钻杆配置和适当调整斜井钻井的倾角，保证了反井钻机斜井钻井的钻井精度。斜井的精度控制有了重大突破。(3)对我国lm-200反井钻机的不同型号扩孔钻头进行了改进，使其适用于不同岩石等级(特别是硬岩)下的扩孔施工。(4)在一定条件下的不良地质中，总结了强制成孔法。(5)自行研发设计了钻杆打捞装置，在钻杆断裂后将钻具打捞入井内，解决了钻杆断裂后反井钻机在井筒和斜井施工中的难题。(6)本项目首次采

11、用层次分析法(ahp)数学模型，对反井钻机导井施工和人工钻井导井施工的效益进行了评价。(7)在我国lm-200反井钻机孔口重力流冷却扩孔钻头的基础上，在每个扩孔滚刀上增加了冷却系统，提高了扩孔钻头的使用寿命和成孔速度。1.5项目应用前景采用国产反井钻机导向竖井和斜井，具有施工进度快、安全性高、操作简单、成本低等优点。然而，由于该钻机最初仅用于中、软岩，在坚硬岩石和不良地质地段的应用中仍存在许多问题。如果能解决坚硬岩石和不良地质段施工中的一些关键技术，国产反井钻机可以在水电工程建设中推广应用。经过大朝山电站、水布垭电站、小湾电站、三板溪电站、广东徐辉电站等工程实践。在中硬岩(如石灰岩)、硬岩(玄

12、武岩和花岗岩)或不良地质地段(水布垭电站)的竖井和斜井施工方面，我局取得了重大突破。反井钻机有针对性地进行了改进，掌握了解决钻井过程中的难点、保证钻井精度等关键技术。相信通过掌握这些关键技术，我国反井钻机先导井施工将在水电建设行业全面推广，这对发展生产力、提高安全生产和文明施工管理水平、保证国民经济持续、快速、健康发展具有重要意义。第二章是各种导轴方法的比较2.1概述为了满足水工建筑物的不同条件和功能要求，水电站设置了地下竖井闸门井、调压井和垂直及倾斜压力管道。根据我国68个不同坝型和开发类型的大型水电站的统计，有28个水电站有地下竖井和斜井，占41%，每个电站有多个竖井和斜井。从规模上看，调

13、压井直径大于24m，井深大于90m，垂直压力管道深度大于300m。天生桥二级和二级斜井深度已达到754米，可以说竖井和斜井在水电建设中占有一定的比例。竖井和斜井开挖是其施工的重要组成部分，由于施工难度大，往往是电站施工期的控制项目之一。为了解决这一问题，水电建设者克服了许多困难，不断学习、借鉴、研究和应用新的施工方法和技术，从而推动了我国水电竖井和斜井开挖技术的发展。从开挖方法和施工设备的发展来看，已从主井人工抬碴开挖发展到反井人工滑碴法、反井提罐法和反井爬罐法。然后，发明了一次性钻孔反井分段爆破法和低劳动强度反井钻机开挖法。应该说，利用重力势能从正常的竖井开挖方式向反竖井开挖方式的转变是竖井

14、开挖技术的质的飞跃。一步钻爆是一项技术进步，反钻机的应用使竖井和斜井的开挖进入了一个新阶段。2.2正导坑开挖方法上马岭水电站调压井及压力管道上部开挖采用自上而下的主井开挖方法。为了加快天生桥调压井的施工进度，还采用了顶部挂碴的方法。永定河上马岭水电站压力管道倾角3311 26.5，开挖直径6.6m，全长179m。这是非常困难和缓慢的建设。后来，在中间增加了一条“七一”支洞，并开始了自下而上的反井开挖，初步解决了结渣问题。2.3反导井开挖方法云南大朝山水电站尾水有4口闸门井，开挖断面1216米，闸门井高度45米。反导弹井开挖断面为23米，反井施工采用人工搭建脚手架平台。施工过程中布置两台手风钻，

15、47天开挖导井45m，平均日进尺0.96m，最大日进尺2.5m云峰有4根压力管，倾角45，开挖直径6.3m，钢衬直径5.3m，倾斜长度74.37m。斜井采用上导井至反井移碴法开挖。导井宽3米，每行19个孔，孔深1.6米，进尺1.4米.这种开挖方法通风条件差，由于倾斜角度小，很难滑移道碴。2.4反井爬罐先导开挖法十三陵抽水蓄能电站竖井深54m，导井采用反井爬罐法开挖。采用葛洲坝工程局设计制造的pcd-4电动登高罐。主罐由罐笼、操作平台和传动装置组成，辅助设备由轨道、安全装置和风力、水力系统组成。使用两台手动风钻在22天内挖掘导井54米，平均日进尺为2.45米，最大日进尺为4米。上斜井长406.2

16、2米，下斜井长347.45米。开挖直径为9.7m，倾角为50。斜井开挖采用正反井结合的方法，先开挖下导井(底拱)2.42米，同时开挖上下工作面。上部向下挖掘以提升结渣，下部用于用alimak sth-500(柴油)和sth-588(电动)爬罐。它需要127榆次溪埋地竖井压力管道全长295.21米，包括竖井272.2米，开挖直径5.2米，钢衬直径3.4米，内部水压92兆帕。开挖采用红旗300钻机钻中心孔，直径100mm，最高移位进尺3m，实际偏差15 40 cm。竖井分三段开挖，每段约90m，导井采用从倒竖井提升罐的方法开挖，断面为3.24m2，折叠式吊罐重400kg，载重600kg。折叠尺寸为900毫米，900毫米900毫米1250毫米，展开尺寸为1760毫米14602100毫米。共有4名钻爆人员，使用01-43和01-45钻机，采用混合通风方式。导井平均日进尺2.88米，中心孔上部由华1号游动绞车牵引。2.6一次性钻孔反井分段爆破开挖法三门