反井钻机施工.docx

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1、国产反井钻机在水电工程的应用谭金龙马绍龙摘要：反井钻机导井施工方法于195。年在北美首先发展，6 0年代中期，反井钻 机导井施工方法在欧洲，特别是德国开始受到欢迎。我国自70年代开始研制反井钻机，并先后在媒炭和冶金系统中应用,1992年水电系统第一次引进反井钻机，在十三 陵抽水蓄能电站的出线洞、调压井和高压管道斜井等工程上，使用反井钻机进行导 井法施工,并取得了高效、安全、优质、经济的效果.水电十四局是较早应用、探索反 井钻机导井施工的水电施工企业,5年来对反井钻机的应用，特别是国产反井钻机的 应用进行了深入、全面的探索，并取得了一定的经验。关键词国产反井钻机导井施工方法水电工程应用一、前言1

2、、反井钻机概述反井钻机导井施工方法于1 950年在北美首先发展,6 0年代中期，反井钻机导井施工方法在欧洲，特别是德国开始受到欢迎，当时反井钻机钻孔 直径为1 2m,深度为1 5 02 00 m;而到7 0年代初期，钻孔直径可达2。2. 4m ,钻孔深度可达2 5 05 0 0m;发展到今天，世界上已有众多厂家生产反 井钻机，典型的有美国罗宾斯公司，可提供2 8种型号的产品，钻孔直径为 1.26。0m，钻孔深度可达90 0 m,德国维尔特公司生产的 HG100、16 0、 210、250、3 3 0SP系列，钻孔直径从1。46。0 m，钻孔深度高达1 000m.我国自70年代开始研制反井钻机，

3、并先后在媒炭和冶金系统中应用，产 品多集中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 -90300系列、长沙矿山研究院生产的T YZ100 0150 0系列及西北有色 冶金机械厂生产的的 AF200 0等，钻孔直径为0 . 9 m2。4m,钻孔深 度可达2 5 0 m.1992年水电系统第一次引进反井钻机，在十三陵抽水蓄能电站的出线 洞、调压井和高压管道斜井等工程上，使用反井钻机进行导井法施工，并取得了高效、安全、优质、经济的效果.此后反井钻机又在河南小浪底水利枢 纽工程、山西万家寨引黄入晋工程、云南大朝山水电站等使用水力发电站为满足不同条件和对水工结构物功能上的要求，设立地下竖井

4、式闸门井、调压井和垂直与斜井压力管道。竖井、斜井施工素有“咽 喉工程、死亡之谷”之称。因此竖井及斜井施工历来都是水电施工行业的 难点和重点。而水电十四局在水电工程施工中享有“地下铁军”的荣誉称号，为了 满足水电站地下工程施工，水电十四局根据水电工程市场需要于20 0 2年7月购买了第一台LM-200型反井钻机，在湖北省水布垭电站成功应用，至 2 0 04年1 2月先后购买共4台反井钻，先后在贵州三板溪水电站、云南省 小湾水电站、云南省溪洛渡水电站、湖北省水布垭、三峡水电站等成功应 用。ML系列国产反井钻机由煤炭科学研究总院、北京建井研究所设计，由江苏 苏南煤矿机械厂制造。反井钻机设计主要用于煤

5、矿开采，设计施工的岩石硬度较 低，岩石硬度为12级以下。反井钻机由主机、油泵车、操作平台组成，施工时 配置泥浆泵、循环水输送的潜水泵、5t随车吊等。反井钻机结构见附图1。反井钻机结构示意图1-祜机辛 2-麟作辛 3 一系辛 4.帖具2、反井钻机在水电工程的竖井、斜井导井施工的应用2002年7月水电十四购买了第一台ML-2 0 0型反井钻机并在湖北水布垭 电站使用，水布垭电站的岩石为灰岩，岩石硬度为912级，共施工7条竖井（最长 竖井181m） ,4条斜井（倾角为6 0度，长15 0m），总计施工1400m。2 003年6月水电十四购买了第二台ML-2 0 0型反井钻机在贵州省三板溪 水电站使用

6、，三板溪水电站的岩石为花岗岩，岩石硬度为1416级，共施工6条 竖井（最长竖井18 6 m）,总计施工67 0 m。2004年8月水电十四购买了第三台ML-280型反井钻机在云南省小湾水电站 使用,小湾水电站的岩石为花岗岩，岩石硬度为141 6级，共施工11条竖井（最 长竖井212m）,总计施工1 52 5 m。2004年12月水电十四购买了第四台RHNO30 0型进口反井钻机在广州惠蓄 水电站使用，惠蓄水电站的岩石为花岗岩，岩石硬度为1416级，共施工3条竖 井（最长竖井177m）, 2条斜井（倾角为60度，最长3 03。7m），总计施工10 8 5m.2005年3月水电十四采用ML- 2

7、0 0型反井钻机在湖北省三峡水电站使用, 三峡水电站的岩石为花岗岩，岩石硬度为1416级，共施工2条竖井（最长竖井 82m）,总计施工164m.2006年3月水电十四采用ML200型、ML280型反井钻机分别在云南省 溪洛渡水电站右岸地下厂房、四川省锦屏二级水电站使用，溪洛渡水电站的岩石 为花岗岩，岩石硬度为1416级，共施工2条竖井（最长竖井215m。近期要 施工的竖井有20条，计2 54 0 m）;四川省锦屏二级水电站岩石为灰岩，岩石硬 度为12级，共施工1条竖井（长19 1 m）。总计施工6 0 0m。截至2 0 06年9月大理分局机械化项目部累计施工竖井3 2条,6条斜井。总 计施工竖

8、、斜井55 14 m。二、反井钻机施工的基本原理反井钻机施工原理:由电机带动主机液压马达驱动动动力水龙头，利用液压 动力将扭矩传递给钻具系统，带动钻具旋转,并向上、下升降，岩石产生挤压和剪 切作用，使其破碎.反井钻机施工分两个步骤进行,先采用0216mm小钻头从上至下钻进到钻下 平洞,在钻进过程中采用泥浆泵或高压水泵从泥浆池抽至动力水龙头，高压水沿钻 杆至钻头排水孔压出，将石碴从钻杆与孔壁间的环行空间排至排碴槽，最后进入 沉渣池。导孔贯通后（停止泥浆泵或高压水泵运行）然后卸下小钻头,改换成01.4m 镶齿盘形滚刀钻头，由下向上扩孔。再采用镰齿盘形滚刀在钻压的作用下沿井底 滚动，从而对从下至上滚

9、刀对岩石切削、挤压完成竖井及斜井开挖，扩孔时的石碴 经过冷却水的冲刷和自重坠落到下平洞.三、反井钻机竖、斜导井施工工法的特点1、反井钻机竖、斜井施工的特点反井钻机在施工竖、斜井的导孔过程中全部采用机械设备，只需要熟练的技 工操作就行,反井钻机操作简单、安全，对环境造成污染非常小，作业人员比较少。 每个班只需要45人但是反井钻机一次性投入相对较高，国产一台套LM-2 0 0 型钻机投入使用其费用约1 4 5万元。一台套进口 RHNO3 0 0型反井钻机投入费 用约1 4 00万元。四、传统人工竖、斜井导井施工特点斜井和竖井施工方法有全断面一次开挖法和导井开挖法两种方式，其中传统 导井法开挖方式有

10、正井、反井或正反井结合法.反导井施工通常采用吊罐法、爬 罐法或深孔分段爆破法,传统导井法施工目前在水利水电工程中应用比较普遍，施 工工艺应用得较为纯熟.一次性投入比较少，主要投入的设备：20m3空压机一台、 手风钻10把、通风设备一台、运输设备一台（卷扬机、吊罐爬罐），投入费用不 到40万元。如果采用阿立玛克爬罐则投入费用将增大，一台阿立玛克爬罐售价为 255万元。传统人工导井法施工无论采用正导井法、反导井法、吊罐法施工，均 需要人员及设备至开挖掌子面进行钻爆施工.因此在施工过程中均不可避免地存 在着安全隐患，而通风散烟困难，进度也容易受限制等.据统计,深度在100m左 右的洞室导井开挖一般日

11、平均进尺在11. 5m左右。人工导井施工方法对井深 有一定的限制，深度越深，施工难度越大、安全隐患更大。五、反井钻机与传统人工导井施工工艺的比较水力发电站为满足不同条件和对水工结构物功能上的要求，设立地下竖井式 闸门井、调压井和垂直与斜井压力管道。根据对我国6 8座不同坝型和不同开发 型式的大型水电站的统计，其中有地下竖井、斜井的电站就有28座，占41%，而 且每座电站都有数个竖井、斜井。从规模上看，调压井直径已达24m以上，井深 达9 0m以上，垂直压力管道深度已达3 00m以上。天生桥二级两段斜井深已达7 5 4m，可以说竖井、斜井在水电建设中占有一定的比重。竖井、斜井开挖又是其 施工的重

12、要环节,而且由于竖井、斜井施工难度很大，往往是电站建设工期的控 制项目之一。为了解决这个难题，水电建设者们克服了诸多困难，不断地学习、借 鉴、研究和应用新的施工方法和技术,推动了我国水电竖井、斜井开挖技术的发 展。从开挖方法和施工设备的发展来看，已从正井人工吊碴开挖发展到人工反井 溜碴法、人工配合机械的反井吊罐法、反井爬罐法。而后又发明了劳动强度较低 的一次钻孔反井分段爆破法和反井钻机开挖方法等。应该说，从正井开挖进入应 用重力势能的反井开挖法，是竖井开挖技术质的飞跃。一次钻孔分段爆破是一项 技术进步，而反井钻机的应用更使竖井、斜井开挖进入了一个新的阶段。1、传统人工导井施工法分析（1）正导井

13、开挖法上马岭电站调压井开挖和压力管道上部开挖，采用自上而下的正井开挖方 法。天生桥调压井为了加快施工进展，顶部也采用上部吊碴方法.永定河上马岭电 站压力管道倾角3 3。1 1 2 6.5，开挖直径6.6m,全长1 7 9m,开始从上弯段 向下开挖,施工十分困难，进展很慢,后来在中间增开一条“七、一”支洞，开始 从下而上的反井开挖，初步解决了出碴问题。（2）反导井开挖法云南大朝山电站尾水设4个闸门井，开挖断面为1 2X 16m，闸门井高45m， 都是采用2X3m断面开挖反导井,采用人工搭设脚手架平台进施工反井施工,施工 中配置2台手风钻,4 7天向上开挖导井45m,平均日进尺0. 96m，最高日

14、进尺 2.5m.（3）反井爬罐导井开挖法广蓄电站压力管道斜井，上斜井长406.22m，下斜井长3 4 745m.开挖直径9。 7m，倾角50。斜井开挖采用正、反井结合方法施工先开挖2.4X2m下导井 （底拱）,采用上、下对口四个工作面同时开挖。上部向下开挖提升出碴，下部向上 用阿立马克STH-500型（柴油）和STH-58 8型（电动）爬罐。上斜井导井用127天 完成，最高月进尺90m;下斜井导井用12 5天完成,月进尺77m。上斜井下口工作 面平均日进尺2。595m，下斜井下口平均日进尺1.974m。天生桥电站压力管道，长159. 5m（总计17 8.3m）。大井直径.7 m,竖井导井 用阿

15、立马克爬罐开挖，断面2。5mX2。5m，每个循环进尺115m,平均月 进尺5 5m，最高月进尺80 m。（4）反井吊罐导井开挖法反井吊罐开挖导井，是从冶金系统引进到水电六局的，而后在一些水电站施工 中推广应用。渔子溪埋藏式竖井压力管道竖井为2 72。2m,开挖直径5。2m，钢衬直径3。4m,内水压力。92MPa。开挖采用红旗300型钻机钻设6 1 0 0 mm中心孔，最高 班进尺3 m,实际偏差为1540cm。竖井分三段开挖,每段约90m,反井吊罐法开 挖导井，导井断面为3。24m2。折叠式吊罐重4 0 0kg,载重6 00kg，折叠尺寸为 900mmX 900mmX 1250mm，展开尺寸为

16、 1760mmX 1460X 2 100mm。钻爆 人员4人，采用0 143和0 1 45型钻机，混合式通风方式。导井开挖平均日 进尺2. 88m，中心孔上部用华1型游动卷扬机牵引。(5) 一次钻孔反井分段爆破开挖法三门峡改建工程排沙洞1号工作闸门井，深51m。采用一次钻孔、自下而上 分段爆破的方法开挖导井，导井断面1. 8mX1。8m,实际开挖成2.2 5mX1. 93 m。使用KA-2M3O0型钻机，钻6 1 50mm中心孔,爆破孔6 11 0120m m,钻机偏差小于1.7%。开挖布置6个孔，后来增加至10个孔，装药8。512 kg/孔，崩落孔7Hkg/孔,周边孔812 kg/孔.岩石竖

17、固系数为812。孔径 120mm,药卷直径10 5mm(内径95 mm)，采用毫秒爆破，并串并联法。放炮有效 天数10.33天，最高班进尺4.28m，最高日循环4次，进尺8.19m,平均日进尺4。 6m。如果把钻孔和准备工作时间包括在内，则日平均进尺仅为0.8 07m。天生桥二级调压井,024m，深90m,采用一次钻孔，分段自下而上爆破法开挖 导井，导井62. 4m,共钻7个孔，中间一个大孔，垂直偏差小于1%。每次进尺 1 m,月进尺2 0 m。2、反井钻机导井法施工分析(1) 湖北省水布垭电站地下厂房通风竖井长183m，竖井直径01。4m。 岩层为灰岩，岩石硬度1 2级，反井钻机为LM一20

18、0型.于2 0 02年8月2 0日开 始准备工作(含基础砼施工、设备就位调试及沉渣砌筑等),9月6日开钻,9月1 7日0216mm导孔贯通，9月18日导井01.4m扩孔，9月26日扩孔结束。其 中由于厂房施工停工8天，纯施工时间为47天，平均日钻进3.2m。(2)湖北省水布垭电站引水斜井长15 6m，倾角60，反井钻机为LM-200型. 于2003年8月26日开始准备工作(含基础砼施工、设备就位调试及沉渣砌筑等)， 9月10日开钻，9月14日02 16mm导孔贯通,1 0月1 4日导井01.4m扩孔结 束。历时4 4天，平均日钻进3.54m.(3) 贵州省三板溪水电站岩石为花岗岩，岩石硬度为1

19、416级，电缆竖井 长1 8 4m.反井钻机为LM2 0 0型。于2 0 03年6月26日开始准备工作(含基 础砼施工、设备就位调试及沉渣砌筑等），7月3日开钻,7月9日0216mm导孔 贯通,8月2 0日导井01。4m扩孔结束。其中由于主变室施工停工10无纯施 工时间为44天,平均日钻进2.7m。（4）云南省小湾水电站使用,小湾水电站的岩石为花岗岩，岩石硬度为14 1 6 级，地下厂房主变排风竖井长2 10m。反井钻机为LM280型。于200 4年5 月25日开始准备工作（含基础砼施工、设备就位调试及沉渣砌筑等），6月1日 开钻，6月11日0216mm导孔贯通,8月22日导井01。4m扩孔结

20、束。施工历 时为5 7天，平均日钻进3。7m。（5）云南省溪洛渡水电站右岸地下厂房主变排风竖井长2 15m，岩层为玄武 岩，岩石硬度1416级，反井钻机为LM-2O0型。于2 0 06年5月1 0日开 始准备工作（含基础砼施工、设备就位调试及沉渣砌筑等），5月26日开钻，6 月16日0216mm导孔贯通（外界影响停工10天），6月18日导井01。4m扩 孔,7月2 6日扩孔结束（外界影响停工1 2天）。施工历时为54天,平均日钻进3。9 8m。反井钻机在不同岩性的竖、斜井导井钻进情况统计表电站名称井深（m）岩石名称0 2 16 mm 钻进速度（m/天）01。4m扩孔 速度（m/天）备注水布垭电

21、站11518 3灰岩38401820竖井1563 23414 16斜井（60）三板溪电站43 120花岗岩1 93 2810竖井小湾电站88 21230 351316三峡电站8 222321 215溪洛渡电站19 4215玄武石202 6510从表中显示，随着岩石硬度及竖、斜井长度的增大，施工难度加大，其钻进速度减慢，灰岩可钻性最好。3、反井钻机与传统人工导井工期比较（1）反进钻机导孔施工时间统计 反井钻机开钻前的准备时间一般为1215天，主要是主机基础砼浇筑、主 机就位、二期砼浇筑、沉渣池砌筑等。 0 2 16mm导孔施工一般2 5 m/天，以100m长的竖、斜井为例,0 2 16mm导孔耗

22、时约4天。 0216mm钻头拆下至安装01.4m钻头结束耗时约1天。 0 1。4m导井扩挖速度约515 m/无平均10m/天，以100m长的竖、斜 井为例,01.4m导井扩挖耗时约10天。 反井钻拆除耗时约3天.根据统计显示，100m长的竖、斜井反井钻机从准备工作至设备拆除约耗时 约33天。(2) 传统人工导井施工时间统计 传统人工导井开钻前的准备时间一般为4 5天，主要是空压机的安装(卷 扬机或爬罐可不占用工期). 01。8m导孔施工一般0.81. 5m /天，以1 0 0 m长的竖、斜井为例， 01。8m导井耗时约9 1天。 井内风、水、电管线拆除耗时约5天。根据统计显示，100m长的竖、

23、斜井传统人工导井法施工从准备工作至设备 拆除约耗时约101天。从以上的反井钻机和传统人工导井法施工时间统计，反井钻机导井法施工耗 时只占传统人工导井法施工耗时32.6%.采用反井钻施工工期可提前约2/3。4、反井钻机与传统人工导井质量比较反井钻导井施工采用滚刀对岩石切削、挤压完成竖井及斜井导井开挖，形成 的导井井壁非常光滑，并能够形成预定要求的洞径。传统人工导井法施工则采用人工钻孔，人工控制周边孔位，不可避免的误差， 导井井壁不是很光滑.综上所述,反井钻导井施工比传统人工导井法施工质量要好得多。5、反井钻机与传统人工导井安全比较反井钻导井施工均采用设备操作，且反井钻机由电能传到液压系统，转变成

24、 液压驱动，操作安全，容易避免安全事故的发生。传统人工导井法施工则采用人工钻孔、爆破，施工人员必须到工作面进行操作,安全隐患较多，安全不易保证。四、工艺流程及操作要点1、竖井、斜井反井钻机施工工艺流程框图竖井、斜井反井钻机导井施工工艺流程框图2、施工方法（1）设备组合主要设备配置表设备名称型号重量功率数量备注反井钻机主机LM2 008。3t83kw1台套主机轨道（18#工字钢9m）操作车0。89 t油泵车2.5 t泥浆泵TBW 8 50 /5 05. 5 t90k w1台用于021 6 mm导孔施工潜水泵2。2kw2。2 kw3台油泵车冷却水循环水随车吊3t1辆吊运钻杆、操作车、油泵车沃尔沃装

25、载机150型1台主机、泥浆泵的吊装钢板水箱4 m3、5 m3各一个水箱大小按供、排水情况定0216mm钻头02 1 6mm0.05t一个一个钻头可施工300500m01。4m钻头01。4 m2。3t一个（2）施工方法钻机基础砼浇筑23天后，将主机轨道铺设在砼平台上，轨距为64c m,轨道下垫枕木（20 X 2 0cm,长12 0cm）或20#工字钢，每隔6080 cm，锁紧卡轨器，竖起钻架，垫一根，然后将主机吊至轨道上，调好钻机位置 安装后拉杆，调平钻机。钻机调平后，用螺栓将钢垫板连接在钻架上，安装前拉杆及埋设预埋 螺栓，再次调平钻机并浇筑II期砼。 02 1 6mm导钻进II期砼达到一定的强

26、度后，安装转盘吊和翻转架，开孔钻进，钻机调平后, 调整动力水龙头的转速为预定值，并将动力水龙头升到最高位置、把事先与异型钻杆相接的 导孔钻头移入钻架底孔并用下卡瓦卡住异型钻杆的下方卡位，然后将卡瓦放入卡座。用钻机 辅助设备连接钻杆。接好钻杆后，开启泥浆泵供洗井液和冷却用水，开始从上往下开孔钻进。导孔开始钻进时采用高转速低钻压，动力水龙头的转速使用快速挡， 钻压为25 Mp a, 一般情况下，对于松软地层和过渡地层应采用低钻压， 对于硬岩和稳定地层宜采用高钻压。稳定钻杆的布置，稳定钻杆的作用主要控制导孔钻进的偏斜率 ，在钻 头后连续布置68根，控制钻杆与导孔壁的间隙，从而减少钻杆摆动幅度， 确保

27、导孔钻进的垂直度。背压根据实际情况调整，背压过大动力水龙头不能向下推进，背压过 小时动力水龙头向下推进过快而容易卡钻，背压的调整原则是既能使动力水龙头向下推进也不能卡钻。洗孔，动力水龙头向下推进至最低位置时，停止向下推进，检查棘轮 套的插销是否往上顶出来，如果插销被顶出来，说明孔内石渣没有冲洗干 净，继续冲洗至插销回到原位。导孔石碴冲洗干净后，关闭泥浆泵，连接钻杆，钻杆连接完成后开启泥 浆泵，继续往下钻进。导孔在钻穿约有58m时，在预测钻穿位置设置围栏，禁止人员进入 ， 防止石块坠落伤人。 01。4m从下往上反向扩孔导孔贯通后，在下平洞用卸扣器将导孔钻头和异型钻杆换下，用吊车或装载机将01.4

28、m钻头运至导孔下方，将上下提吊块分别同钻头、导孔 钻杆固定，上下提吊块用钢丝绳连接，提升导孔钻杆，使钻头离开地面约20 cm，然后固定钻头，下放导孔钻杆，拆去上下提吊块，连接扩孔钻头。调节动力水龙头出轴转速调为慢速挡。在扩孔钻头未全进入钻孔时， 为防止钻头剧烈晃动而损坏刀具，使用低钻压、低转速，待钻头全部钻进后可加压钻进。扩孔钻压的大小根据地层的具体情报况而定，软岩低压、硬岩高压， 但是，主泵油压不得超过24. 0Mp a;副泵油压不得超过185Mpa。扩孔钻进结束后，拆去钻杆，采用钢丝绳将01。4m钻头固定在主机轨 道上，主机调离后再将钻头从导孔吊出。(3) 关键技术在导孔钻进过程中有时会出

29、现由于塌孔、水压力不够、停电等导致孔 内石碴滞留堆积后出现卡钻，或是导孔、扩孔施工过程中钻杆断裂后钻杆、 钻头滞留在孔内，这些情况处理起来相当困难，并且发生的频率也较多，属 于反井钻机导井法施工的难点及重点，在此我们根据经验谈几点体会。 导孔钻进过程中的卡钻我们采取了几种 方法进行处理，其中一种方法 是采取高压水强行 冲 孔，在冲孔过程中起动钻机转动钻杆，直至钻杆转动提升.另外一种方法是 导孔离下下平洞较近的情况下，从下往上人工打导井贯通导孔，贯通后用 高压水冲孔。 扩孔过程中的掉钻在扩孔过程中，由于钻杆断裂，如果扩孔钻头卡在已扩挖成形的孔内， 此时若从下面处理非常危险。所以我们考虑从上面导孔

30、中进行，第一种方法:将钻杆接上后采取钻杆对钻头施加压力使其自然坠落至下平洞。第二 种方法：在孔口通过钢丝绳将炸药送入钻头卡住部位，引爆后将钻头震落至下平洞.该方法每次炸药用量控制在58kg,对钻头不会构成大的损伤. 导孔施工过程中的钻杆断裂部份长期使用的钻杆在导孔钻进及扩孔过程中可能会发生断裂，反井钻机单根钻杆长度为1m，重达180Kg。在钻杆断裂后，如果不将钻杆取出， 那么一方面要丢失钻杆、钻头，造成经济。另一方面还得重新造孔，有些 特殊部位还不允许重新造孔。因此如何打捞钻具成了反井钻机导井法施工 的一个难题。为此我们发明了一种钻杆打捞器，钻杆打捞器的原理跟膨胀 螺栓原理相同，其上部与钻杆呈

31、直螺纹连接，下部为椎形套，前进过程中可 以直接进入已断裂钻杆的内壁，进入内壁后，在打捞器提升过程中椎形套 会张开，与断裂钻杆内壁紧紧连接，越拉越紧，然后通过打捞器将孔内钻杆提升到孔口用夹钎器固定后逐一取出钻杆。该打捞器一次能提升4 0吨以上的重量。即能提取200m以上的钻杆长度。基本能满足取钻要求.附图1：钻杆打捞器示意图 不良地质地层施工方法经过实践，我局总结出以下两种方法进行不良地质地层施工。a、循环钻灌成孔法我局在小湾左岸砂石系统遇2 #竖井、水布垭电站4#引水斜井、4# 母线竖井、交通电梯井及三板溪电站的2#、4#引水竖井在钻孔过程中遇到断层、裂隙、溶沟、溶槽或软弱夹层等地质不良段，在

32、钻进过程中不同 程度的出现孔口不返水排碴现象。均采用循环钻灌成孔法进行处理。具体 方法为在现场制备0。40。55水灰比的水泥砂浆或泥浆，通过灌浆设备 或人工自流输送浆液的方法进行灌注 ，利用浆液填充断层、裂隙、溶沟、 溶槽，灌注浆液24小时后即可进行钻孔施工。这个方法实施较为安全可 靠，但由于要反复取钻、灌浆，对施工进度影响较大。b、强行成孔法该方法适合于断层、裂隙带范围不大，且处于竖井及斜井的深孔带，该方法就是在竖井及斜井孔深超过 100m后，在遇到断层、裂隙后出现孔 口不返水时，继续钻进并不断的用泥浆泵向孔内压水，直至孔口返水.该方法的特点是利用水压力将钻孔时的积碴强行通过裂隙、断层或孔口

33、排除并 堵塞裂隙里的渗水通道。我局在三板溪电站、小湾电站竖井施工均采用过 该方法，对加快施工进度方面非常有效。在实际施工中，可根据情况两种方法均酌情采用. 反井钻在硬岩施工中的改良，其方法详见五、针对水电工程地质情 况施工对国产反井钻机的改良措施。五、针对水电工程地质情况施工对国产反井钻机的改良1、对01. 4m钻头进行改良，使之适应硬岩施工LM-2 00型反井钻机扩孔钻头由6把对称扩孔滚刀组成，其中2把在中心，称为中心刀，另外4把在外侧,称为边刀。呈对称布置。在实际扩孔 钻进过程中，发现外面4把扩孔边刀扩孔负荷较大，容易受磨损，需要经常更换,而里面2把的中心刀负荷较小，基本不需要更换。这样由

34、于负荷不均 匀导致外面钻头盘刀更换频繁，降低了造孔速度，同时也造成了里面扩孔中 心刀闲置，在经过反复验证并仔细研究了各滚刀的运行轨迹后。将里面的 其中1把扩孔盘刀改装到了外面，这样保证了每把扩孔盘刀均匀受力，在不 增加任何投入的情况下，加快了施工进度，降低了施工成本。改装前和改装 后的扩孔钻头布置见附图2.a:由厂家提供的对称扩孔盘刀b:经改良的非对称扩孔盘刀（按滚刀的工作量布刀）附图2：改装前、后的扩孔钻头布置图2、改变原来稳定钻杆的配置方法，更好的控制钻进精度在0216m导孔钻进时，原厂家设计连接钻头的第一、二根钻杆为稳定钻杆， 然后接一般钻杆，稳定根据地质情况布置，以此控制钻进偏斜.根据

35、施工经验该方 法存在一定的弊端，导孔产生偏斜一般前2030m发生，为了更好的控制钻进精 度，在0216m导孔钻进时连接钻头的第一八根钻杆均为稳定钻杆，按此布置 后,导孔钻进的偏斜均在1%以内。3、扩孔钻头中心管的改进LM-2 0 0型反井钻机扩孔钻头中心管主要作用为连接扩孔钻头与钻 杆,长度约为5 0 cm。由于接头部位离扩孔钻头较近且该部位所承受的扭 矩较大，应力容易集中，在初期扩孔施工中经常出现与其它钻杆的连接部位 断裂。为此我局经过研究后，将扩孔中心管长度加长至1。5m，并将扩孔中心管采用合金稳定条加固，经过加固后的扩孔钻头在后期施工中基本不出现断裂现象.改装前和改装后的扩孔中心管布置见

36、附图3。a：由厂家提供的扩孔钻头中心管b：经改良的扩孔钻中心管（加长并增加合金稳定条）mousl附图3：改装前、后的扩孔钻头钻头中心管布置4、扩孔钻头冷却系统的改进LM 2 00型反井钻机扩 孔钻头扩孔施工期间的冷却 主要靠采用在孔口通过自流 形式落至钻头上进行冷却。 由于导孔较小，而扩孔钻头较 大,通过自流的水仅能冷却位 于中间的扩孔滚刀，而外围几 把滚刀无法冷却,导致外围滚 刀在工作中因过热容易损 坏。鉴于此情况，我局将冷却系统进行了改造，即在原利用孔口自流水冷却的同时,从钻机顶部连接一根2寸冷却水管通过钻杆中心孔，然后在扩孔 钻头底盘上各引一 4管进入附图4:改良后钻头冷却系统各滚刀。使

37、各滚刀在运转中均能受到冷却，这样不仅使滚刀使用时间比 原来增加了一倍，同时也加快了施工进度。改装后所增加的扩孔冷却系统见 附图4。5、扩孔钻头破岩滚刀的改进LM200型反井钻机扩孔钻头破岩滚刀一般为4齿滚刀,齿间距为6cm,采用4齿滚刀在八级以下的岩石基本能满足破岩要求，我局在水布垭电站 的竖井及斜井施工中就是采用由厂家提供的4齿滚刀进行破岩，在进入小湾电站和三板溪电站后，岩性为花岗岩，岩石级别十二级。在初期进行主排 风洞的扩孔施工中，发觉扩孔速度相当缓慢，而钻头磨损较大。最初是认为 合金钻头难以满足造孔要求，于是先将合金钻头改为金钢石钻头，但效果仍不是太明显，后仔细分析滚刀破岩原理后，认为是

38、齿间距过大，难以达到破 岩效果，在将4齿滚刀调整为5齿滚刀、齿间距调整为5 cm后，造孔速度明 显提高，最后将滚刀调整为6齿滚刀、齿间距调整为4cm后,在花岗岩中造 孔速度能满足要求。改装前和改装后的破岩滚刀见附图5。a:由厂家提供滚刀（四齿）b:第一次改良的滚刀（五齿）c:第一次改良的滚刀（六齿） （适用于十级以下岩石）（适用于十一十三岩石）（适用于十四以上岩石）附图5：改装前、后的扩孔钻头扩孔钻头破岩滚刀目前我局根据不同的岩石级别设计了三种扩孔钻头，扩孔钻头的滚刀布置采 用改良的布景形式。硬度八至十级的岩石采4齿合金滚刀、齿间距为6cm;十 一至十三级的岩石采用5齿金刚石滚刀、齿间距调整为

39、5cm;十四至十六级的 岩石采用6齿金刚石滚刀、齿间距调整为4 c m。并委托钻头生产厂家按我 局设计的钻头类型进行生产。在以后施工中进一步总结经验，设计出更加完美的 扩孔钻头。六、效益分析1、经济效益竖井导井施工所采用的较为传统的施工方法就是手风钻导井施工，现 以开挖一条15 0m长断面为01. 4m的竖井导井（岩石为十二级）为例来 分析常规施工、反井钻机施工方法的成本及进度特点。（1）传统人工导井法施工分析手风钻竖井导井 施工采用正导井和反导井工法相 结合，设备配置为： 手持式风钻81 2台，卷扬机1台、1台阿立玛克爬罐,2 0 m3空压机2台。 人员配置：按三班作业，钻手15人，炮工3名

40、，卷扬机、爬罐操作工各 3 名，安全员6名，总计27人。正导井和反导井同时施工，平均每天共进尺2 .5m（反向开挖平均每天1。5m,正向开挖平均每天1 m）。施工总耗时60天。（2）反井钻机导井法施工分析反井钻机导井法施工是水电施工中的一种新技术、新工艺.根据施工 工艺，设备LM- 2 0 0型反井钻一台套.人员配置：操作工及换钻杆人员 每班4人，按三班计算总计1 2人。先采用021 6 mm的钻头自上而下钻孔，小孔贯通后再采用1。4 m的钻 头从下往上反向扩孔，钻进速度按2 5m/天，计6天；01. 4m导井反向扩时 钻进速度为8m /天，计19天。施工共耗时约为2 5天。（3）传统人工和反

41、井钻机竖井导井法施工分析 主要设备、工期及人员情况对照表施工方法设备设备价值人员工期材料消耗反井钻机反井钻机一台套140万元12人2 5天02 1 6mm钻头1个1万元随车吊一辆14 . 5万元01.4m钻头2个1 6万元人工导井开挖8t卷扬机一台3.8万元27人60天空压机电机功率计250KW,轨道安装90m阿立玛克爬罐一台255万元2 0 m3空压机2台17万元轴流风机2台1 2。8 万元37 KW040mm钻头、钻杆、炸药等3。7万元从上表中显示，15 0 m竖井传统人工导井法施工设备投入约2 89万元，设备电机功率共32 4 KW,电费约19。4万元（按0 .5元/KWh计），040m

42、m 钻头、钻杆、炸药等材料消耗 3。7万元，总计23. 1万元;反井钻机导井法 施工钻头材料消耗约17万元，设备功率约18 0 KW,电费约2。8万元（按 0。5元/KWh计），总计19.8万元。传统人工导井法施工的材料消耗约比 反井钻机导井法施工多约4万元。2、环境保护效益竖井传统人工导井法施工需要钻孔爆破，手风钻产生的噪音比较大，对钻工身体健康产生一定的损害；爆破产生的灰尘和气体对人体健康会产生一定的损害，严重时得职业病。反井钻机导井法施工产生的噪音比较小，对 作业人员身体健康产生一定的损害非常小，01。4m导井反向扩时作业人员不需要至工作面，产生的灰尘不会对作业人员身体健康产生损害。同此

43、可 见，反井钻机导井法施工比传统人工导井法施工对环境影响小得多。3、安全效益竖井传统人工导 井法施工需要钻孔爆破，施工人员必须到 工作面操 作，人工进行安装炸药、出渣等，安全隐患较多，安全不易保证。反井钻 机导井法施工作业人员不需要至工作面，安全隐患比较少，安全容易保证。 因此反井钻机导井法施工比传统人工导井法施工安全容易保证.七、应用实例1、湖北省水布垭电站施工（竖井、斜井施工）湖北省水布垭电站施工地下厂房通风竖井长183 m，洞径为01。4m；引水 隧洞斜井长1 5 6 m,洞径为06.9m。岩石以灰为主,局部为泥质生物碎屑灰岩、 泥质白云岩与灰岩呈软硬兼相间不等厚分布并有多条断层交错颁布

44、,硬度为8 12级。厂房通风竖井施工采用苏南煤机厂生产的 LM- 2 0 0型反井钻机进行 施工.LM- 2 0 0型反井钻机由主机、操作车、油泵车组成，主机为最大件， 尺寸为2。95x1. 3 7 x 1.57m.电机总功率为82. 5 k w，以液压为主动力， 运行操作简单、安全。在 0216mm导孔施工时配置 T B W8 5 0/50型泥浆 泵一台，作为导孔时排渣.厂房通风竖井、引水隧洞斜井反井钻机施工分两班作业，每个班作业人员为4人，驾驶员1人（随车吊），共9人。（1）厂房通风竖井反井钻机施工 施工条件施工用水较紧缺，由于厂房通风上井口布置在露天平台，施工期间为 枯水期，山体无渗水可

45、接至工作面，施工用水从清江抽至工作面比较困难。施工中采取的相应措施：距上井口 20m远的平台（该平台高出竖井上口 1 0 m）砌筑容量为3 0m3的浆砌石水池，施工用采9ms的水车运至水池内，以满足 施工期用水 厂房通风竖井反井钻机02 1 6mm导孔施工于2002年8月20日开始准备工作（含基础砼施工、设备就位调试及沉渣砌 筑等），9月6日开钻，9月12日0216 mm导孔贯通，平均钻进速度为30。5 m /天。 厂房通风竖井反井钻机01。4m导孔施工反井钻机01。4m导孔从2 002年9月1 3日开始扩孔，2002年9月26 日结束.历时13天，平均钻进速度为1 4 m /天.（2）4#引

46、水斜井反井钻机施工 引水隧洞斜井反井钻机02 16 mm导孔施工于2003年6月2 1日开始准备工作（含基础砼施工、设备就位调试及沉渣砌 筑等）,7月1 4日开钻,7月23日0216mm导孔贯通，历时9天，平均钻进速度为 18 m / 天。 引水隧洞斜井反井钻机0 1.4m导孔施工反井钻机0 1 .4m导孔从200 3年7月24日开始扩孔，20 0 3年8月 26日结束。历时28天,平均钻进速度为5。6 m /天.2、云南省溪洛渡电站竖井硬岩施工溪洛渡电站右岸地下厂房主变室排风竖井，深度为2 1 5。14m，开挖洞径 为8.2m,喷砼后净断面洞径为8m。主变室排风系统出露的岩体主要为P 2B4

47、层含斑玄武岩（约占80%）和 P2 B 5层致密状玄武岩（约占2 0%），岩体新鲜较完整，岩体以块体、层状 结构为主，主要为II类围岩，部分围岩受层内错动带和裂隙影响呈镶嵌结 构，属III1类围岩，主变室排风竖井走向基本垂直岩层，岩石硬度为1214 级。主变排风竖井施工程序：反井钻机施工（021 6 mm导孔施工01. 4 m 导井施工）03。8mAH反向扩挖0 8。2 m人工正向扩挖及支护。主变排风竖井01。4m导井施工采用苏南煤机厂生产的 LM - 200型反 井钻机进行施工。（1 ）主变排风竖井反井钻机02 16 mm导孔施工施工条件10m，有、施工干忧比较大，在距主变排风竖井反井钻机作业部位约