引水斜井导井开挖技术在周宁抽水蓄能电站中的应用.docx

??

?

??

引水斜井导井开挖技术在周宁抽水蓄能电站中的应用

?

?

?

?

?

??

?

?

?

摘要：引水斜井利用定向钻机和反井钻机开挖，具有安全性能好、施工效率高、精度控制准等优点，是一种安全实用的斜井施工技术。

关键词：斜井导井开挖技术应用抽水蓄能电站

周宁抽水蓄能电站位于福建省宁德市下辖周宁县七步镇境内，电站装机容量1200MW（4×300MW），主要由上水库、输水系统、地下厂房系统、地面开关站及下水库等建筑物组成。输水系统总长约1772m，1#引水上斜井长约280m，斜井角度为55°；1#引水下斜井长约283m，斜井角度55°。2#引水上斜井长约283m，斜井角度为55°；2#引水下斜井长约283m。

1、导井开挖技术概述

导井开挖技术为近几年在反井钻机法基础上针对深斜井（尤其超过300m）而研发的新方法。首先采用定向钻机自上而下施工导孔，并二次扩大为较大直径导孔，然后采用反井钻机自下而上反拉形成导井。

单独使用反井钻机施工导孔、导井的方法在国内惠州抽水蓄能电站、蒲石河抽水蓄能电站和烟岗水电站等电站均成功使用，使用定向钻机施工导孔、反井钻机施工导井的方法在河北丰宁抽蓄电站、吉林敦化抽蓄电站斜井施工中已得到成功应用。

结合总结以往工程经验，为确保周宁抽水蓄能电站引水隧洞的关键线路工期，引水斜井采用定向钻机与反井钻机的方法施工导井。

（1）优点：

1）采用反井钻机开挖导井为机械化作业，自动化程度高，工序较为简单，开挖进度优于采用爬罐开挖导井，月平均进尺为100～120m。

2）人工导井开挖洞径小，通风排烟条件差，工作面环境恶劣，容易出现安全事故，采用反井钻机作业可避免人工开挖。作业人员只需在上部进行反井钻机操作，从而大大改善了作业人员的工作条件，简化了作业程序，降低了劳动强度。

（2）缺点：

需投入定向钻机和反井钻机两种设备，成本投入相对较大。导孔偏斜较大时与下部不能贯通，则需重新钻孔，对工期影响大。

2、施工准备

（1）技术准备

根据本工程斜井的特点编制导井施工技术方案，选择定向钻机和反井钻机的型号。

1）定向钻机设备选型

反井钻机所需要的导孔直径为295mm，与地面夹角为55°，钻孔偏斜率不大于0.5%。而且受到洞室内运输及施工场地限制，所选取定向钻机工作高度不能超过7m。根据实际需要要求导井专业公司新设计型号为ZD450R型钻机，具体参数如下：

钻孔倾斜角度（与水平方向夹角）-10°～90°；

偏斜控制：5‰；

钻孔斜长：500m；

动力头转速：0～180r/min，钻机最大扭矩：60kN·m；

最大进给、提升力：4500kN；

ZD450R定向钻机外形图如图2-1所示；ZD450R定向钻机施工示意图如图2-2所示。

图2-1ZD450R定向钻机外形图

图2-2ZD450R定向钻机施工示意图

2）钻具组合

①开孔钻具组合

Ф216mm牙轮钻头+Ф172mm钻铤+Ф127mm短钻杆（2m）

钻压：0.3～0.5t

钻速：30～40r/min

泵量：1200L/min

②定向钻进钻具组合

216mm牙轮钻头+172螺杆+411×410浮阀+212mm扶正器+165mm定位短节+411×4A10变扣+165mm无磁钻铤1根+165mm钻铤3根+127mm加重钻杆9柱+127mm

钻压：1.5～3.5t

钻速：50～60r/min（硬岩段）

泵量：1200L/min

2）反井钻机设备选型

根据导井扩孔直径、井深长度、倾角及围岩岩体抗压强度、岩石硬度指标，初步选择相应的反井钻机，然后对钻机的主要参数进行验算。

在斜井工况下，提升力=动力头重量sinα+扩孔钻头重量sinα+钻杆重量sinα+最大钻压+摩擦阻力。

本工程岩石抗压强度取120MPa左右，最大钻进深度283m、钻孔直径2.0m，初步选择ZFY3.5/150/500反井钻机，进行钻机拉力和扭矩验算，钻机最大拉力3018.63kN，扭矩96KN.m即可满足条件。

本工程斜井选用的钻机在原基础上做了如下改进：

①导向柱结构改为框架结构，能够承受更大的扭矩，更利于发挥钻机的扭矩。

②密封元件抗压强度达到40MPa（原密封元件抗压强度为30MPa），在40MPa压力条件下，钻机最大压力达到500t。

③选用法国波克兰液压有限公司的进口马达。

④增加扶正轴承，更利于大角度工况下施工斜井。

原BMC500、600型反井钻机齿轮结构均为施工竖井所设计，BMC500型反井钻机在施工丰宁抽蓄3#上斜井（220m）时，仅仅扩孔120m齿轮箱轴承及传动轴就被损坏，而BMC600至今没有施工斜井的先例。

根据计算数据及理论依据，选择ZFY3.5/150/500反井钻机进行反扩施工，该钻机最大拉力为4300kN，该反井钻机能满足工程要求。