硬巖中的反井鉆機導井法施工關鍵技術 控制

硬巖施工難點分析
目前，國際上的反井鉆機導井法施工發(fā)展速度較快，但由于昂貴的價格使得許多施工單位難以接受，而國內(nèi)的反井鉆機一般在煤炭、礦山中應用較多，對中軟巖較為適用，在花崗巖等硬巖中實施基本上屬于空白。水布埡電站豎井及斜井巖性為灰?guī)r，巖石級別為八級，屬于中硬巖，由于該工程地質(zhì)條件較差，在該階段的施工中，我們主要總結(jié)出了復雜地質(zhì)條件下及斜井施工的精度控制辦法。小灣電站、三板溪電站巖性為花崗巖，巖石級別為十二級，屬于硬巖，致使反井鉆機造孔難度加大。如果采用反井鉆機常規(guī)鉆進參數(shù)施工，將難以達到破巖成孔目的，而如果將施工參數(shù)調(diào)大，將會導致鉆機承受負荷過重。因此如何保證鉆機在硬巖中順利施工成了反井鉆機導井法施工的關鍵，在此情況下。我局廣大科技人員大膽創(chuàng)新，勇于償試，通過實踐對反井鉆機的進行了鉆壓調(diào)整、并對反井鉆機擴孔鉆頭、擴孔中心管、擴孔鉆頭中心管、擴孔鉆頭破巖滾刀等進行了積級有益的改良等一系統(tǒng)措施，取得了較好的效果，具備了國內(nèi)反井鉆機在硬巖中施工的條件，攻克了反井鉆機在硬巖中施工的難題。 7.2硬巖針對性施工措施 1、調(diào)整鉆進壓力 由于小灣電站、三板溪電站巖性為花崗巖，巖石級別為十二級，巖石硬度特別大，采用廠家目前提供的鉆進壓力基本上無法滿足破巖要求，因此首當其沖要增加鉆機的鉆進壓力，但鉆進壓力過大，會導致鉆機本身其它機械事故增加，我局經(jīng)過幾次調(diào)試，基本確定為十二級花崗巖要增加到70~90KN的鉆壓下能達到施工要求。并且機械故障較少，同時我局在增加設備保養(yǎng)及維護的同時又自行設計了一套擴孔鉆頭冷卻系統(tǒng)保證了鉆頭  

31  在提高鉆壓后的使用保障。    2、設備改良  （1）在12級花崗巖地層及破碎地層中擴孔鉆頭的改進  LM-200型反井鉆機擴孔鉆頭由6把對稱擴孔滾刀組成，其中2把在中心，另外4把在外側(cè)，呈對稱布置。在實際擴孔鉆進過程中，我們發(fā)現(xiàn)外面4把擴孔盤刀擴孔負荷較大，容易受磨損，需要經(jīng)常更換，而里面2把的負荷較小，基本不需要更換。這樣由于負荷不均勻?qū)е峦饷驺@頭盤刀更換頻繁，降低了造孔速度，同時也造成了里面擴孔盤刀閑置，在經(jīng)過反復驗證并仔細研究了各滾刀的運行軌跡后。我局將里面的其中1把擴孔盤刀改裝到了外面，這樣保證了每把擴孔盤刀均勻受力，在不增加任何投入的情況下，加快了施工進度，降低了施工成本。改裝前和改裝后的擴孔鉆頭布置見附圖7-1。   

擴孔盤刀

擴孔盤刀   a:由廠家提供的對稱擴孔盤刀   b: 經(jīng)改良的非對稱擴孔盤刀（按滾刀的工作量布刀）   附圖7-1：改裝前、后的擴孔鉆頭布置圖    （2）擴孔鉆頭中心管的改進  LM-200型反井鉆機擴孔鉆頭中心管主要作用為連接擴孔鉆頭與鉆桿，長度約為50cm。由于接頭部位離擴孔鉆頭較近且該部位所承受的扭矩較大，應力容易集中，在初期擴孔施工中經(jīng)常出現(xiàn)與其它鉆桿的連接部位斷裂。為此我局經(jīng)過研究后，將擴孔中心管長度加長至1.5m，并將擴孔中心管采用合金穩(wěn)定條加固，經(jīng)過加固后的擴孔鉆頭在后期施工中基本不出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。改裝前和改裝后的擴孔中心管布置見附圖7-2。 

 32 合金穩(wěn)定條 易斷裂部位   a:由廠家提供的擴孔鉆頭中心管   b: 經(jīng)改良的擴孔鉆中心管（加長并增加合金穩(wěn)定條）  附圖7-2：改裝前、后的擴孔鉆頭鉆頭中心管布置      （3）擴孔鉆頭冷卻系統(tǒng)的改進 LM-200型反井鉆機擴孔鉆頭擴孔施工期間的冷卻主要靠采用在孔口通過 自流形式落至鉆頭上進行冷卻。由于導孔較小，而擴孔鉆頭較大，通過自流的水僅能冷卻位于中間的擴孔滾刀，而外圍幾把滾刀無法冷卻，導致外圍滾刀在工作中因過熱容易損壞。鑒于此情況，我局將冷卻系統(tǒng)進行了改造，即在原利用孔口自流水冷卻的同時，從鉆機頂部連接一根2寸冷卻水管通過鉆桿中心孔， 然后在擴孔鉆頭底盤上各引一4分管進入    附圖7-3：改良后鉆頭冷卻系統(tǒng) 各滾刀。使各滾刀在運轉(zhuǎn)中均能受到冷卻，這樣不僅使?jié)L刀使用時間比原來增加了一倍，同時也加快了施工進度。改裝后所增加的擴孔冷卻系統(tǒng)見附圖7-3。    （4）擴孔鉆頭破巖滾刀的改進  合金穩(wěn)定條 4分管供水 外圍擴孔滾刀 外圍擴孔滾刀 4分管供水 接供水系統(tǒng)

 33  LM-200型反井鉆機擴孔鉆頭破巖滾刀一般為4齒滾刀，齒間距為6cm，采用4齒滾刀在八級以下的巖石基本能滿足破巖要求，我局在水布埡電站的豎井及斜井施工中就是采用由廠家提供的4齒滾刀進行破巖，在進入小灣電站和三板溪電站后，巖性為花崗巖，巖石級別十二級。在初期進行主排風洞的擴孔施工中，發(fā)覺擴孔速度相當緩慢，而鉆頭磨損較大。最初是認為合金鉆頭難以滿足造孔要求，于是先將合金鉆頭改為金鋼石鉆頭，但效果仍不是太明顯，后仔細分析滾刀破巖原理后，認為是齒間距過大，難以達到破巖效果，在將4齒滾刀調(diào)整為5齒滾刀、齒間距調(diào)整為5cm后，造孔速度明顯提高，最后將滾刀調(diào)整為6齒滾刀、齒間距調(diào)整為4cm后，在花崗巖中造孔速度基本能滿足要求。改裝前和改裝后的破巖滾刀見附圖7-4。

    a:由廠家提供滾刀（四齒）   b: 第一次改良的滾刀（五齒）  c: 第一次改良的滾刀（六齒） （適用于十級以下巖石）    （適用于十一～十三巖石）     （適用于十四以上巖石）  附圖7-4：改裝前、后的擴孔鉆頭擴孔鉆頭破巖滾刀       目前我局根據(jù)不同的巖石級別設計了三種擴孔鉆頭，擴孔鉆頭的滾刀布置 采用改良的布景形式。硬度八至十級的巖石采4齒合金滾刀、齒間距為6cm；十一至十三級的巖石采用5齒金剛石滾刀、齒間距調(diào)整為5cm；十四至十六級的巖石采用6齒金剛石滾刀、齒間距調(diào)整為4 cm。并委托鉆頭生產(chǎn)廠家按我局設計的鉆頭類型進行生產(chǎn)。同時希望在施工中進一步總結(jié)經(jīng)驗，設計出更加完美的擴孔鉆頭。