施工方案比较及确定

本工程两条发电引水隧洞斜井段分四个施工段进行开挖，施工时包括上下弯段与斜井段衔接部分，每个施工段长度近200m，施工难度较大。

对斜井段施工考虑了正井钻爆法、反井钻机施工形成导井再钻爆扩挖法、爬罐施工形成导井再正井钻爆扩挖法三种施工方案，通过方案对比选择切实可行的方案。

（1）正井钻爆法

正井钻爆法施工优点：

A．不受下平段施工约束，上部施工面具备条件，即可施工。

B．可全断面直接由上至下贯通，不需导井施工。

正井钻爆法施工缺点：

A．由于竖井施工高度过大，没有形成施工通风的回路，施工通风困难。

B．出渣施工由上部吊运，井内无法布置效率高的机械设备，且斜井断面面积大，因此出渣工序的效率非常低，不能保证竖井施工进度。

C．出渣需由上部吊装，及井口二次倒运，且运距较远，施工费用高。

D．长时间井下作业，施工安全难以保障。

（2）反井钻机成导井再钻爆扩挖法

反井钻机施工形成导井再正井钻爆扩挖法施工优点：

A．导井贯通后形成自然通风回路，通风条件好。

B．出渣渣料由导井溜下，从下部通道运出，较为方便且施工效率高，施工进度能够得到保障。

反井钻机施工形成导井再正井钻爆扩挖法施工缺点：

A．对于小于60°的斜井采用反井钻机开挖导井，偏斜率比较难控制。

B．对岩石普氏坚固系数大于12以上的硬岩采用反井钻机开挖导井，对设备的要求很严格，高于14级的硬岩很少有合适国产反井钻机进行导井开挖，国外反井钻机成本又高。

C．受下部施工通道开挖及支护施工制约，在其未贯通之前无法开挖导井。

D．导井溜渣可能发生堵井，堵井处理较困难。

E．施工成本高。

（3）爬罐钻爆法

爬罐施工形成导井再正井钻爆扩挖法施工优点：

A．导井从下往上掘进，石碴从下部运出，出渣容易。

B．爬罐沿轨道上下，使工作人员能很快抵达工作面。

C．爬罐可固定在工作面前的轨道上，给工作人员提供了施工用临时作业平台。

D．特制轨道中的管路，不但把压缩空气和水送给钻机工作，而且在爆破后还起通风换气和除尘的作用。

爬罐施工形成导井再正井钻爆扩挖法施工缺点：

A．用风钻钻孔，劳动强度大。

B．本工程下部通风由6#施工支洞及厂房交通洞、4#施工支洞、2#施工支洞、引水隧洞下平段延伸接入，通风管路长，随施工高度增加，通风困难，施工效率降低。

C．风钻排出的油气对人体有害。

方案比较与分析：

（1）正井钻爆法虽有可取之处，但由于斜井施工长200m，断面面积达70.88m²，其出渣将成为其致命问题，施工进度无法保证，且通风困难。

（2）反井钻机施工形成导井再正井钻爆扩挖法，施工效率高，反井钻机施工技术较为成熟，经验较丰富，经过我局多年反井钻机施工经验和设备调研，并聘用设备厂家技术人员作现场指导，其缺点也较易解决。

（3）爬罐施工形成导井再正井钻爆扩挖法，导井施工地下通道较长，随着导井施工高度的增加，施工效率降低，风水电、轨道等设施的延伸工作占用时间较长，通风也将极为困难。

经上述方案综合比较与分析，施工考虑采用北京中煤矿山工程有限公司专门为硬岩深井开挖设计制造的ZFY2.0/400（又名LM-400）型反井钻机，同时为减小硬岩施工难度和施工成本，采取反井钻机开挖Φ1.4m直径的导井，再反井法扩挖导井为Φ2.6m，最后再正井扩挖成形的施工方案，导井开挖完成后施工区形成自然通风回路，为正井扩挖施工提供了良好的施工环境。

7.5.3.3 反井钻机性能指标及配套设施

（1）反井钻机性能指标

ZFY2.0/400型反井钻机技术性能 表7.7

ZFY2.0/400型反井钻机主要部件尺寸及重量 表7.8

（2）主要辅助设备

TBW850/50型泥浆泵：90kW

冷却水泵：3kW

（3）供电

钻机电压380/660伏，总功率不小于230kW，施工时使用接至工作面的电源。

（4）供水

使用开挖施工敷设的供水管路供水，水量不小于15～20m³/h。

7.5.3.4 反井钻机施工准备

（1）反井钻机安装基础浇筑

反井钻机基础要求平整，砼基础浇筑在完整基岩上。基础采用C25混凝土分二期浇筑而成，一期形成基础并预留反井钻机地脚螺栓坑，待机体到位并进行初校后，回填二期混凝土，以确保反井钻机与基础牢固衔接，不发生移位。

（2）反井钻机安装

斜井上段反井钻机施工时，将反井钻机安装在上平段与斜井相交的?334m高程左右部位，主机起钻孔口与斜井中心线延长线吻合，该高程洞宽可满足设备布设要求。斜井下段反井钻机施工时，将反井钻机安装在6#施工支洞与斜井中心线相交的0+334.82位置。

反井钻机的主机由载重能力15t的载重汽车运至现场，并且上平段洞径可满足使用25t汽车吊卸车要求。在经测量放好线的位置安放反井钻机后，采用手拉葫芦辅助人工校正安装位置。操作台、泵站停放在反井钻机附近的通道内两侧，操作台距起钻孔口有大于1m的安全距离。

（3）反井钻机的冷却循环系统

反井钻机的冷却循环系统由：洗井泵(泥浆泵)、水池、水沟组成。距反井钻机基础约15m处设置一个5m³水池，水池中间设一隔墙,将水池分隔成清水池和沉淀池。反井钻机混凝土基础和水池之间由一水沟连接，导孔施工出现的回水、细沙沿此沟回流至沉淀池。洗井泵设置在钻机车与水池之间，尽量循环使用沉淀池内的水。

7.5.3.5 反井钻机斜导井施工

（1）导孔施工

反井钻机施工的关键在于导孔钻孔质量，本型号反井钻机导孔直径为Φ270mm。最终导孔能否钻通，钻通后的偏离误差大小在开钻后无法进行中间检测和控制，只能依靠经验，针对不同的围岩类别，实施不同的工作压力、转速和适时装配稳定钻杆进行控制。

反井钻机的钻杆分为开孔钻杆、普通钻杆和稳定钻杆，开孔钻杆与导孔钻头相接，用扶正器约束，稳定钻杆比普通钻杆外周多了均匀分布的钢肋板，其作用是承受径向负荷，防止钻杆随深度的增加旋转产生过大弯曲、过大摆幅，保证钻孔垂直度，同时保护钻杆与孔壁的接触磨损。因此稳定钻杆的布置合理与否将影响钻孔偏斜率。

根据施工经验，稳定钻杆加设方法如下：钻进2m时必须加设1根，钻进8～10m时再加设1根,然后每钻进20m加设1根。钻杆加设时一般采用副泵提供的较小动力运行，钻杆丝扣之间力度适中，过紧容易损伤丝扣，过松钻杆容易脱落。为了便于拆卸钻杆，可在钻杆套接前于丝扣处加设少量10号铅丝。先导孔开始施工时一般采用副泵提供较小的、均匀的动力，以免孔口周壁因振动过大开裂而难以成型。

（2）反井钻机导井开挖（扩孔施工）

导孔施工完毕后，在对应底部施工通道安装Φ1.4m扩孔钻头。

A.扩孔开孔：扩孔开始施工时一般围岩破坏严重，钻头周圈难以均匀受力，因此，一般采用副泵提供较小的、均匀的动力。当Φ1.4m扩孔钻头接好后，慢速上提钻具，直到滚刀开始接触岩石，然后停止上提，用最低转速(5～9rpm)旋转，并慢慢给进，进尺控制在10cm/h，保证钻头滚刀不受过大的冲击而破坏，防止钻头偏心受力过大而扭断钻杆。给进一些停下，等刀齿把凸出的岩石破碎掉，再继续给进。

B.开始扩孔时：下边要有人观察，将情况及时通知操作人员，等钻头全部均匀接触岩石，才能正常扩孔钻进。在扩孔过程中，当岩石硬度较大，可适当增加钻压，反之可以减少钻压。扩孔时，要及时出渣，防止堵孔。扩孔过程，也是拆钻杆的过程，拆下的钻杆进行必要的清理，上油带好保护帽。

钻进施工中要求有较为稳定供水量，以使刀具能得到水冷却，供水量要求不小于7.8m³/h。扩孔施工时，钻杆的拆卸要特别注意钻杆卡瓦正确摆放及自身的完好程度，以免出现卡瓦突然断裂，造成扩孔钻头、钻杆脱落。

C.完孔：当钻头距基础2.5m时，要降低钻压慢速钻进，并且要认真观察基础周围是否有异常现象，如果有，要及时采取措施处理。慢慢的扩孔，直至钻头露出地面。

D.出渣：导井开挖施工中，适时利用3m³侧卸式CAT966F装载机在导井下部通道装20t自卸汽车进行出渣。

（3）反井钻机拆除

完孔后，将扩孔钻头牢固悬挂，将钻架主机和一些辅助设备拆下。然后将钻头提出孔外，运到井上；再将泵车、油箱等拆装整理、运输。清理现场后，全部钻孔工作结束。

（4）反井钻机偏斜率控制

反井钻井偏斜就是反井施工的技术关键，为此，采取以下措施：

（1）进行精确的测量控制，发现偏斜较大时反复扫孔纠正偏斜度。

（2）施工设备：选用经检修完好的反井钻机和泥浆泵，保证其性能良好。

（3）钻机安装定位：钻机安装牢固，定位准确，混凝土浇筑密实。

（4）合理布置钻具：选用螺旋、直条等多种镶齿稳定钻杆和硬岩导孔钻头，并根据地质条件合理布置。

（5）正确选择钻进参数:钻进参数主要是根据地质条件和不同的钻进位置选择不同的钻压、转速和确定相应的钻进速度，并根据实际钻进过程进行相应的调整。

（6）精心操作：挑选有多年实践经验的操作人员，按照施工组织设计和反井钻机操作规程进行操作，及时发现和处理钻进中的问题和事故。