硬岩中的反井钻机导井法施工关键技术 控制

硬岩施工难点分析
目前，国际上的反井钻机导井法施工发展速度较快，但由于昂贵的价格使得许多施工单位难以接受，而国内的反井钻机一般在煤炭、矿山中应用较多，对中软岩较为适用，在花岗岩等硬岩中实施基本上属于空白。水布垭电站竖井及斜井岩性为灰岩，岩石级别为八级，属于中硬岩，由于该工程地质条件较差，在该阶段的施工中，我们主要总结出了复杂地质条件下及斜井施工的精度控制办法。小湾电站、三板溪电站岩性为花岗岩，岩石级别为十二级，属于硬岩，致使反井钻机造孔难度加大。如果采用反井钻机常规钻进参数施工，将难以达到破岩成孔目的，而如果将施工参数调大，将会导致钻机承受负荷过重。因此如何保证钻机在硬岩中顺利施工成了反井钻机导井法施工的关键，在此情况下。我局广大科技人员大胆创新，勇于偿试，通过实践对反井钻机的进行了钻压调整、并对反井钻机扩孔钻头、扩孔中心管、扩孔钻头中心管、扩孔钻头破岩滚刀等进行了积级有益的改良等一系统措施，取得了较好的效果，具备了国内反井钻机在硬岩中施工的条件，攻克了反井钻机在硬岩中施工的难题。 7.2硬岩针对性施工措施 1、调整钻进压力 由于小湾电站、三板溪电站岩性为花岗岩，岩石级别为十二级，岩石硬度特别大，采用厂家目前提供的钻进压力基本上无法满足破岩要求，因此首当其冲要增加钻机的钻进压力，但钻进压力过大，会导致钻机本身其它机械事故增加，我局经过几次调试，基本确定为十二级花岗岩要增加到70~90KN的钻压下能达到施工要求。并且机械故障较少，同时我局在增加设备保养及维护的同时又自行设计了一套扩孔钻头冷却系统保证了钻头  

31  在提高钻压后的使用保障。    2、设备改良  （1）在12级花岗岩地层及破碎地层中扩孔钻头的改进  LM-200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，另外4把在外侧，呈对称布置。在实际扩孔钻进过程中，我们发现外面4把扩孔盘刀扩孔负荷较大，容易受磨损，需要经常更换，而里面2把的负荷较小，基本不需要更换。这样由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盘刀闲置，在经过反复验证并仔细研究了各滚刀的运行轨迹后。我局将里面的其中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7-1。   

扩孔盘刀

扩孔盘刀   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7-1：改装前、后的扩孔钻头布置图    （2）扩孔钻头中心管的改进  LM-200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50cm。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附图7-2。 

 32 合金稳定条 易断裂部位   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）  附图7-2：改装前、后的扩孔钻头钻头中心管布置      （3）扩孔钻头冷却系统的改进 LM-200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分管进入    附图7-3：改良后钻头冷却系统 各滚刀。使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7-3。    （4）扩孔钻头破岩滚刀的改进  合金稳定条 4分管供水 外围扩孔滚刀 外围扩孔滚刀 4分管供水 接供水系统

 33  LM-200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5cm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基本能满足要求。改装前和改装后的破岩滚刀见附图7-4。

    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7-4：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 cm。并委托钻头生产厂家按我局设计的钻头类型进行生产。同时希望在施工中进一步总结经验，设计出更加完美的扩孔钻头。