反井钻机施工方法.docx

反井钻机施工方法.docx

《反井钻机施工方法.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《反井钻机施工方法.docx（7页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

反井钻机施工方法

浅述反井钻机在水布垭电站的施工

摘要：

LM—200型反井钻机是由煤炭科学研究总院、北京建井研究所设计，江苏苏南煤矿机械厂制造，钻机由主机、操作车、泵车组成。

是钻凿暗井的高效施工设备，能施工孔径为1.4m、2.0m的竖井及倾角为0～60°的斜井，它能减小竖井、斜井施工难度，降低施工危险性，中国水利水电第十四工程第一次在湖北省巴东县水布垭电站使用反井钻机施工。

施工的第一口井为厂房通风竖井，井深181m，直径为1.4m。

导孔施工历时为54小时，扩孔施工历时128小时，竖井偏斜率为0.5%。

本文仅仅介绍反井钻机在竖井中施工方法。

1、机械设备简介

LM-200型反井钻机是由煤炭科学研究总院、北京建井研究所设计，江苏苏南煤矿机械厂制造，钻机由主机、操作车、泵车组成。

钻孔最深度为200m。

LM-200型反井钻机的施工特点：

（1）施工工艺简单；

（2）各种地质条件均能满足施工要求；（3）施工人员配置少；（4）施工效益高，成井速度快。

LM-200型反井钻机的技术参数：

（1）导孔孔径为216mm，扩孔孔径为1.4m，二次扩孔孔径为2m；

（2）钻井施工深度：

孔径为1.4m的深度为200m，孔径为2m的深度为150m；（3）钻机总功率为82.5KW；（4）钻孔偏斜率小于1%；（5）钻机最大构件（主机）运输尺寸（长×宽×高）为300×140×160cm，工作尺寸（长×宽×高）为300×140×390cm，重量为8.3吨；（6）LM-200型反井钻机总重量为58吨。

2、工程概述

LM—200型反井钻机在水布垭电施工的第一个竖井，是地下厂房的临时通风竖井，井口位于马崖边坡400m高程的施工平台，井底位于厂房下游侧边墙，距砼置换洞约1.8m，井深181m。

通风竖井的地质情况：

基岩以灰岩为主，高程在400～280m主要是灰黑色瘤状或团块状泥质生物碎屑灰岩、灰色厚层灰岩夹少量不规则泥钙质条带灰岩；280～200m高程为含灰、泥质生物碎屑灰岩、泥灰岩、泥质灰岩，局部为泥质白云岩与灰岩呈软硬相间不等厚分布，并有多条断层交错分布，但在施工过程中没有出现溶洞和大的裂隙。

3、施工机械设备组合及人员配置

（1）机械设备组合

反井钻机施工分为导孔施工、扩孔施工两个步骤。

导孔施工时用泥浆泵将水（或泥浆）压入孔内，作为排渣及冷却钻头用水，石渣经排渣槽进入沉渣池，沉淀后人工捞至堆放位置，在施工过程中，如果出现塌孔、返水较小、不返水等异常情况，则需要拌制泥浆，用泥浆护壁及堵塞溶洞和裂隙。

扩孔施工，使用自流水冷却钻头和冲渣，不再使用泥浆泵。

使用的机械设备有：

泥浆泵、循环水输送的潜水泵、泥浆拌制机等。

主要施工设备见《施工机械设备组合表》。

（2）人员配置

反井钻机作业主要有，主机、泥浆泵（导孔施工）的操作，换钻杆、接钻杆、搬运钻杆，导孔施工时捞渣等。

按12小时一班，每班6人计（1名值班人员），总共12人，其中机械操作手4人，电工2人，机修工2人，技术员2人。

施工机械设备组合表

序号

设备名称

设备型号

设备数量

备注

1

反井钻机

LM-200

1台套

2

泥浆泵

TBW850/50

1台套

在导孔施工时使用

3

电焊机

BX-300

1台

4

潜水泵

0.75kw

3～4台

循环水及冷却水输送

5

吊车

16T

1辆

最大构件重量为8.3T

6

砼搅拌机

0.35m3

1台

反井钻机的基础砼浇筑

7

氧焊

1套

8

泥浆搅拌机

1套

9

水车

16m3

1辆

运输施工用水

4、施工准备

（1）施工用水，主要用于钻机油泵冷却、导孔排渣、扩孔冷却钻头及冲渣，用水流量约15~17m3/小时，导孔施工时的耗水量根据基岩的溶洞、裂隙等地质情况确定（导孔施工时不能断水，否则会卡钻），扩孔时的耗水量为7.5~8m3/小时。

为了保证导孔施工用水，需要设置容量约30m3的蓄水池，再从水池接至各用水点。

水布垭电站地下厂房的通风竖井离水源较远，采用16m3的油罐车运水至蓄水池，单边运距约4公里，水池的容量为90m3。

（2）施工用电，施工设备的额定功率：

泥浆泵90kw、82.5kw、照明及潜水泵约10kw，共约183kw。

需要250KVA的变压器一台。

（3）钻机基础清理及砼浇筑，钻机基础必须清至完整的基岩，并在基岩上浇筑厚75cm、强度为200#的砼，在砼浇筑时预留机架固定螺栓、前拉杆螺栓槽，砼基础在离钻头中心70cm内严禁放置含金属物体，以防损坏钻头。

其结构详见附件1《钻机砼基础结构图》。

（4）沉渣池、泥浆池砌筑，沉渣池、泥浆池紧连钻机基础砼布置，以便导孔施工时排出的石渣进入沉渣池沉淀。

沉渣池（2m3）、泥浆池（5m3）之间用网栅（网眼为5×5mm）隔开。

施工布置见附件2《施工平面布置示意图》。

5、施工布置

施工用电布置，施工用电从500KVA接至配电柜，距离约150m。

施工用水布置，蓄水池布置在离钻机约90m的高程为406m平台，便于水池的水以自流的方式流入泵车冷却系统。

水循环布置，用2吋胶管以自流方式从蓄水池接至泵车冷却系统进水口，水流量约15m3/h，出水口用2吋胶管连接，胶管的另一端设置一个三通接头，三通接头的一头用胶管接入1m3的循环水箱，再用潜水泵抽回蓄水池；另一头，在导孔施工时根据耗水量补充泥浆池用水；扩孔施工时接至孔口，以自流的方式冷却扩孔钻头，为确保扩孔钻头的冷却效果，自流水流量不低于7.5m3/h。

沉渣池和泥浆池的水循环系统布置，导孔施工时的排渣，用泥浆泵抽取泥浆池内的水（或泥浆）从动力水龙头的洗井液接头沿钻杆内壁压入钻头底部，经钻头底部的排水孔将孔底的石渣沿孔壁排至孔口的排渣槽，最后排入沉渣池，石渣沉淀后捞至堆放位置，石渣水经滤网流入泥浆池，再用泥浆泵抽入导孔内，使之循环。

如果出现塌孔、导孔不返水情况，则在沉渣池内拌制泥浆，用泥浆泵将泥浆压入孔内，进行泥浆护壁、封堵裂隙和溶洞，泥浆的配比则根据实际情况确定。

施工布置详见《施工平面布置示意图》。

6、施工方法

（1）工艺流程

反井钻机工艺流程图

送水

送水或泥浆

送水

送水

（2）施工方法

钻机基础砼浇筑7天后，将轻型轨道铺设在砼平台上，轨距为64cm，轨道下垫枕木（20×20cm，长120cm）或20#工字钢，每隔60~80cm垫一根，然后将钻机吊至轨道上，调好钻机位置，锁紧卡轨器，竖起钻架，安装后拉杆，调平钻机。

钻机调平后，拆除钻架的下支撑（露天施工），将预埋螺栓固定钢垫板与钻架连接，安装前拉杆，并调整拉杆长度，埋设预埋螺栓，浇筑Ⅱ期砼。

①导孔施工

Ⅱ期砼达到一定的强度后，安装转盘吊和翻转架，调平钻机。

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；用转盘吊将开孔钻杆放入机械手，卡住钻杆，操作机械手，连接钻杆，接好钻杆后，收回机械手；上升动力水龙头，取出下卡瓦，下放动力水龙头，使钻杆进入卡座；操作手柄使动力水龙头正转并向下推进，操作调节阀达到钻进压力，开始开孔钻进的同时开启泥浆泵供洗井液和冷却用水。

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2~5Mpa，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。

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。

连接钻杆，导孔冲洗干净后，提升动力水龙头，使钻杆上卡位升至卡座上方约20cm，停止动力水龙头的转动和提升，将下卡瓦卡住钻杆的上方卡位，下降动力水龙头将卡瓦放入卡座，动力水龙头反转，边转边提升动力水龙头至最高位置；同时用转盘吊将待接钻杆放入机械手，卡住钻杆，操作机械手，连接钻杆，下降动力水龙头接好钻杆，收回机械手；上升动力水龙头，取出下卡瓦，再下降动力水龙头向下钻进。

稳定钻杆布置，稳定的作用主要控制导孔的偏斜率，开始钻进时放置一根，钻进30~40m、60~80m、12~13m、170~180m及地质情况变化大的部位各放置一根，确保导孔的垂直度，稳定钻杆不宜放置过多，否则在扩孔时容易出现卡钻现象。

导孔在钻穿约有5~8m时，防止石块坠落伤人，在预定钻穿位置设置围栏，禁止人员进入。

②1.4m扩孔钻进

a、1.4m扩孔钻头连接

导孔钻透地层后，在下平洞用卸扣器将导孔钻头和异型钻杆换下，修平平洞顶拱扩孔钻进范围，用吊车或装载机将钻头运至导孔下方，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20cm，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；

b、调节动力水龙头出轴转速调为慢速挡；

c、用一个三通将冷却水泵的水分出一部分供扩孔钻头，以冷却钻头、消尘；

d、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，应使用低钻压、低转速，待钻头全部钻进时，方可加压钻进；

扩孔钻压的大小根据地层的具体情报况而定，但是，主泵油压不得超过20.0Mpa；副泵油压不得超过18.5Mpa；

e、拆卸钻杆，第二根钻杆上方卡位升至卡座上方约20cm，将下卡瓦卡住第二根钻杆的上卡位，下降动力水龙头，使下卡进入卡座内，反转动力水龙头一圈；

如果第一根钻杆的上接头先松动，则将上卡环卡住第一钻杆的上卡位，下降动力水龙头使上卡瓦进入下齿圈固定，动力水龙头的转速调为快速档，动力水龙反转并提升约10cm，升起翻转架并将机械手抱住钻杆，动力水龙头反转并提升约10cm，取出上卡瓦，再将动力水龙头升至最高位置，下降翻转架并松开机械手，同时下降动力水龙头连接钻杆，取出下卡瓦，继续扩孔钻进；

如果第一根钻杆的下接头先松动，则将动力水龙头正转拧紧接头，升起动力水龙头，取出下卡瓦卡住第一根钻杆的上方卡位，下降动力水龙头使下卡瓦进入卡座内，动力水龙头反转松动接头（松动一圈），提升动力水龙头，取出下卡瓦；再提升动力水龙头，使第二根钻杆的上方卡位升至卡座上方约20cm，将下卡瓦卡住第二根钻杆的上卡位，下降动力水龙头，使下卡进入卡座内，反转动力水龙头松动上接头，将上卡瓦卡住第一根钻杆的上卡位，下降动力水龙头使上卡瓦进入下齿圈固定，动力水龙头的转速调为快速档，动力水龙反转并提升约10cm，升起翻转架并将机械手抱住钻杆，动力水龙头反转并提升约10cm，取出上卡瓦，再将动力水龙头升至最高位置，下降翻转架并松开机械手，同时下降动力水龙头连接钻杆，取出下卡瓦，继续扩孔钻进；

在卸钻杆过程中，钻杆接头无法松动时，使用辅助卸扣辅助动力水龙头反转，如果使用辅助卸扣装置也不能松动接头时，则在待松动的接头四周用氧焊烘烤，边烘烤边反转动力水龙头直至松动为止。

如果使用氧焊烘烤还是不能松动接头时，则在第一根钻杆的下边缘用钢锯锯除2~3mm，再反转动力水龙头松动接头。

7、反井钻机施工过程中的注意事项

（1）每次开钻前，应启动主辅液压泵，空转5～10分钟，检查运转是否正常，若发现异常噪声和振动不能开机。

（2）每次电机接线及开动油泵送电时，必须注意检查油泵旋转方向，严禁油泵反转。

（3）在钻进过程中，禁止钻机反钻，油箱油温不能超过50℃，主泵油压不能超过20.0Mpa；副泵油压不能超过18.5Mpa。

（4）导孔钻进过程中不得停水、停电，特别是导孔深度超过50m时突然停水、停电会使未排完的石渣抱死钻杆，造成钻杆、钻头、导孔报废。

（5）导孔施工时需要停机，导孔深度在20m以下，卸掉钻杆一半；导孔深度在20m以上，卸掉钻杆10m，避免卡钻。

8、结束语

LM-200型反井钻机，具有工艺简单、运输方便、运行安全可靠、施工配置人员少等特点，能够减小竖井、斜井的施工难度，降低施工的危险性，有效地提高施工效率，因此在二十世纪九十年代被广泛运用于水电建设中的调压井、通风井及压力管道等工程的施工当中。

反井钻机的施工进度主要由地质情况决定，基岩硬度高则进度慢，垂直度容易控制；基岩硬度低则进度快，垂直度不容易控制，导孔施工时可能会发生塌孔、大量漏水等异常情况。

反井钻机在水布垭电站施工进度为：

导孔一般1m/20～40分钟（导孔用水量根据地质情况定），扩孔一般为1m/50～80分钟，本次施工由于通风竖井基岩偏软，但均无大的裂隙和溶洞，施工非常顺利，竖井倾斜率约0.5%。