年第!期水力发电使用反井钻机掘进竖井和斜井的导井韩模宁∀电力工业部机械局#郭宗彦∀水利水电规划设计总院#刘志强∀北京建井研究所#【摘要】高钻进精度∃关键词采用反井钻机施工深料井导井为国内首创要积极推广并应不断完善提以适应更长抖井导井的施工反井钻机十三陵抽水蓄能电站掘进试验自%&年代初期国外在水利水电工程施工中开始使用爬罐和反井钻机进行竖井和斜井的开挖由提升器将工人和有关的设备和材料提升到工作面相比我国的水电工程从∋&年代开始曾先后采用爬罐法与人工自上而下的开挖导井法在渔子溪二级鲁布革广州抽水蓄能电站一具有下列优点.∀∗#竖井∀或斜井#的&&/,级和十三陵抽水蓄能电站的施工中采用了爬深度不受限制正常情况下一般可达以上−−(#爆∀)#在∀−罐我国自%&年代开始研制反井钻机在煤炭和冶金系统中应用并先后)破后的石渣靠自重落入下部的平洞内开挖进度可达!&一&从(年月开,0月∀ #始首先在十三陵抽水蓄能电站的出线井调当围岩的地质条件较好时由于工人在工作面压井和高压管道斜井等工程上使用反井钻机上有挡板保护一般还是安全的.但是该法进行了导井的掘进并取得了高效安全优对还存在下列缺点∀#施工工序繁多每个工不质和经济的施工效果作循环工人和提升器都要上下往返一次−本文拟在与爬罐法进行比较的基础上仅劳动条件差而且工作效率不高(#当围∀十三陵抽水蓄能电站使用反井钻机进行导井掘岩的地质条件较差∀)#特别当工作面通过断层破施工的安全难以保证−进的经验加以介绍∗以供读者参考碎带或遇有塌方时在施工过程中概况爬罐在开挖过程中钻爆开挖方向的测量和控制也比较困难需要用人工将每节第而利用反井钻机掘进的具体方法是一个直径尺寸先钻一+,的钢轨罐道∀带有供钻孔和通风用的风(&一)&,,的导向孔然后沿着导.水管#陆续加长并用锚杆将其固定在岩面上挖面保持一定的距离免爆破时被炸坏孔向孔进行反向扩孔直到达到需要的或成井的一种−以便提升机沿其爬行−钢轨罐道的前端要与开钻导向孔和扩孔的方向又分两种并用挡板进行保护以是向下钻导向孔导向孔向上扩孔另一种是向上钻−每个工作循环都要由人工钻而且爆破时提升机要撤离工−向下扩孔在一般情况下第一种方第二种方装药和爆破−法被优先采用的岩石第一种方法扩孔钻头掘进下来−作面爆破后要利用钢轨罐道上的风水管和新的循环开始时都落到下面的水平隧洞里挡板上的喷嘴进行通风再法掘进下来的岩石必须通过导向孔因此需水力发电71 年第!期要较大的导向孔工作区而且石渣要落至下部的钻机系列的各型反井钻机的结构基本相泥水也会顺钻杆而下工作条件不良同只是外形尺寸和某些参数有所不同其具反井钻机的扩孔钻头均为牙轮钻头近年体参数列于表71&((&型反井钻机主要部分来进4由于牙轮钻头的不断改进国外已能使反的尺寸和重量列于表表71井钻机在抗压强度大于)&&123的硬岩中掘系列反井钻机技术性能71&&71(&7国外反井钻机掘进竖井的最大直径为∋,井深为(∗,最大井深为%&6,直径()44,襄淤缪导孔直径∀,,#1(&&&&( (4 &&(&&我国煤炭系统研制和使用反井钻机的情况从%&年代开始我国煤炭科学研究总院北扩孔直径∀,,#钻孔深度∀,,#钻孔倾角∀#&&&&&(&&(&4&8&(&&&!&4&8&&&8((8 !!4&8&&京建井所就进行反井钻机的研制出71&曾先后研制型反井钻.9转速∀,2#&8((:; ))&8&8(& &)!&&∋!&∋(型71(&型和71(&&扭矩∀<=,#!!4&推力∀<=#拉力∀<=#总功率∀<=#主机重∀<>#(!&!&&&4(机并通过部级鉴定71)∋& !型反井钻机主要包括两大部分)#主机!!!部分和钻具部分∀见图槽形支架拼装的结构受的推力)!&&&(!?∋∋&?!&(!&&又4&?(∋!! %4((&?∗∗&&&? ((%又 (((?)(%%%∋(%%%(!&?)%&?!%&)()&?%%&?) ∋∋主要部分包括机架主机运输尺寸∀,,#液压泵站和操作控制部分钻机机架是由两个用以承受钻机工作时所主机工作尺寸∀,,#拉力和扭矩液压泵站和操作操制部分则选用煤矿通用的液压元件钻具部分包括开孔钻杆稳定钻杆普通钻杆导孔钻头表(部件名称71(&型反井钻机主要部件尺寸和重∗外形尺寸∀和扩孔钻头等钻杆的作用是向钻头传递破岩−8#重4&∋(%%量∀<>#的扭矩和推拉力开孔钻杆和稳定钻杆用于保钻机运输(!&?)%&只!%&4证钻孔的角度碎岩石−导孔钻头和扩孔钻头则用于破钻机工作作操作车泵车扩孔钻头)()&大%%&?) ∋((∋(?& &? 4&&(%只&?%!! &&?∗∗&&中&∋(?∗∗&%中&∋∋ ∋&( %&&&4&(∋(!普通钻杆稳定钻杆!!!小(!?∗∗&%据统计截至己研制的71(年初建井所已使用自(&&&型反井钻机掘井了总深达 ,多米的导井其中包括山东坟南煤矿的新立井井深)(!4,4,导井直径为&平均钻速达0月钻孔偏斜率为∋≅ %,此外还用4&71&反井钻机掘井了长倾角的斜井)反井钻机在水电系统的试验和应用十三陵抽水蓄能电站系采用一管两机的布图71(&&型反井钻机示意图置方式压力管道由上平段上斜段中平段下 年第!期水力发电图(十三陵抽水蓄能电站引水系统纵剖面示意斜段和下平段等组成其中上斜段长) %(!,进行反井钻施工试验下斜段长(4( ,(倾角!&斜井大部分的开为了能在试验前对鉴于电站厂房出线井与(号管道下斜段的地质挖直径为!),4 ,仅下斜段的下部开挖直径为构造岩性和地下水等情况有进一步地了解又(#断面形式均为马蹄形∀见图(号斜井所处的岩层基压力管道主要处于侏罗系复成份砾岩中砾岩成份复杂本相同决定先用反井钻机掘进出线井的导井出线井导向孔的钻进从(主要有安山岩流纹岩花岗年)月(∋日开岩灰岩和砂岩等砾岩岩体内断裂构造发育主要为剪切错动破碎带及伴生的次级断裂下水丰富岩体的均质性很差始 月,4日结束4实际钻深6,56,&钻孔直扩孔从地径(4((正常钻进速度为0Β最大钻进速≅(号下斜段被宽岩脉与砾岩岩度为),0Β月Β导孔偏斜率为& ,% 约6,的辉绿粉岩岩脉所穿插日至!月4日历时巧Χ完成了!∋6,体为断裂破碎接触另有Α+Α!Α∗。Α 和Α+。的扩孔扩孔直径平均扩孔速度,0断层与岩脉相交断层一般宽约一),影响带宽约(一6,建井所在进行十三陵工程的正式试验之由于地质条件复杂工期紧张因而长大前还对原71(&型反井钻机做了适当的改压力斜井的施工就成为该电站能否按期发电的造使之能适用于倾角!&的斜井施工改造的主要部分是主机的底盘和钻杆输送装置(关键性项目为了加快施工进度原拟采用自上而下的人工下山法和自下而上的爬罐法同时号斜井下斜段的试验工作于(年 4进行斜井导井的开挖但是下山法和爬罐法月 日开始反井钻机的安装调试4月(4日开日都难以适应这种恶劣的地质条件而且工人的始导孔钻进%月(∋日导孔钻进结束∋月工作环境差安全没有保障劳动强度又高为了改变我国水电系统长大压力斜井施工技术落后状态安装扩孔钻头斜长(&钻进),%月日扩孔结束试验工作在各方的密切配合下直径成功地完成了倾角!&的导井掘进0Β−加快新技术的开发和应用(十三陵抽 ,其中导孔)Χ水蓄能电站筹建处决定对号压力管道下斜段(4Χ纯钻速&4!,扩孔施工纯水力发电 年第!期扩速&6,Β0− 平均月成导井速度为%,纯月差5 劳动强度大成井速度为((当然∀#%,−钻孔偏斜率为)≅ )掘进质量采用反井钻机法是靠滚刀破岩井壁光滑在试验过程中也暴露出71主要是(&型溜渣反井钻机的一些问题.对围岩的破坏甚微这对以后斜井扩大开挖的钻机的能力偏小−由于液压系统处于通风和排水十分有利爬罐法是靠钻孔满负荷工作状态曾多次出现液压系统故障降低了钻进速度∀)#爆破破岩都不利所形成的导井断面形状不规则井(#采用直棱式稳定钻杆∀虽壁凹凸不平这对以后的扩大开挖溜渣和通风加工容易和成本较低但整劲大鉴于无磁钻杆造价高不利于钻进−在试验过程中未予此外影响5 本次试验的钻孔偏斜率为)≅ (时间因而降低了采用但提钻测斜占用了Χ处于允许范围之内施工成本对以后的斜井扩挖质量无钻孔速度 ,−∀ #本次试验所采用的导井直径为对水电工程的扩井溜渣而言可能偏小设备的利了一些用率低!#反井钻机的成本较高∀据介绍目前采购一台71(&−&型反井钻机和高压水泵设备为&万元而采购一台阿 但是的从总体上来说本次试验是很成功)里马克爬罐及配套的风钻和修理设备为 4万元对加速十三陵抽水蓄能电站的建设具有重采用反井钻机法施工每台班所需工人数大意义同时对我国长大斜井施工技术的进步为%人人如采用爬罐法而爬罐法则需要(必将起着巨大的推动作用 施工时需要对围岩进行喷锚支护则需另加设反井钻机法与爬罐法的对比根据国内外采用反井钻机法和爬罐法进行备和人力5 !对不良地质条件的适应性用反井钻机钻导孔时孔内有洗井液的静竖井和斜井导井掘进的实际结果和经验下列几方面进行对比 现分压保持孔壁稳定一般不会发生塌孔现象如.遇严重破碎带时处理可用泥浆充当洗井液并以∗掘进效率泥浆固壁法通过破碎带−也可用水泥预灌浆法据统计度为 %,国外用反井钻机掘进斜井导井的,并待岩石固结后再进行钻孔此外还效率一般为&一!&0月0月本次试验的导井速可通过钻导孔对地质情况做进一步了解扩井做好准备在扩井过程中并为国外使用爬罐法开挖导井的速万一出现小的度一般为4&一&,0月我国渔子溪二级鲁布掉块或小塌方均对扩井掘进无影响较大的塌方或涌水壁上即使出现革月 广州抽水蓄能一级电站和十三陵抽水蓄能一般都发生在已扩完的井等水电站使用爬罐的开挖速度为!&一&&,0对继续扩井钻进影响不大由此可见反井钻机法比爬罐法的掘进效采用爬罐法需要进行钻孔爆破的扰动较大当在较为率快约(&一!倍破碎的岩层或断层破碎带进行爆破时对岩体松动岩施工安全容易引起围岩的松动破坏和塌采用反井钻机法施工时工作人员全部在方特别是在进行自下而上的开挖时钻孔上部工作工作环境和安全状况都很好此外反井钻机全部采用液压传动操作控制都石受重力和地下水的作用更容易发生失稳破坏此外由于爬罐法开挖的断面常为矩形边角处易形成应力集中并引起岩石掉块反井钻机法与爬罐法相比很简便工人劳动强度低采用爬罐法施工工作人员必须进入狭小的斜导井工作面进行钻因此其通过不良地质地孔装药支护和罐道加长等工作容易受到安全条件带的能力要强得多综上所述落石炮烟粉尘淋水等的危害反井钻机法具有掘进效率施 年第!期水力发电微机型机组现地控制单元装置川77−−Ε‘ΔΦΦ一…在隔河岩电厂的应用隔河岩水电厂邓诗军7ΓΗ【摘要】隔河岩水电厂的微机型机组现地自动控制单元装置∗Γ;∀7;Ι3ϑ:9;∗ΗϑΚ#:由加拿大ΙΛΜ公司制造并取消了常规的自动控制盘或可编程控制装呈运行实践证明7ΙΝ(该装置运行可靠性高功能强维护简便【关键词】隔河岩水电厂微机型机组前言硬件软件监控系统概况隔河岩水电厂计算机监控系统由长江水利委员会”湖北省清江隔河岩水利枢纽是国家八五能源建设重点项目工程于∋%年初动工兴建枢纽由大坝船闸和电站三部分组成隔河岩水电厂装机 台单机容量为)//1Ο总装机容量为(&&1Π年发电量为& 亿<ΠΒ在电网中主要承担调峰调频任务隔)河岩水电厂利用加拿大政府&亿美元的混合贷款与加拿大ΓΛΜ公司联合设计设计中充分考虑了计算机控制的特点取消了常规的集中控制系统并按无人值班设计该系统由主控级现地控制级两级组成主控级与现地控制级采用双冗余以太网进行通讯主控级配置有)台ΘΛ?)∋&/主计算机台(个操作用于进口发电设备和特种施工机械该厂 台套机组”均由中加双方联合设计合作生产其自动化程度达到∋&年代世界先进水平隔河岩水电厂首台机组于个培训台个模拟盘驱动器台前置机和台远动终端其主要功能是数据采集与处理−全厂设备运∗行工况监视与控制操作−各种报表记录的打印−通信控)4年4月 日正式发电投产比原计划发电工期提前!天个月零(−制−系统诊断软件开发与培训现地控制级由 台机组7ΓΗ∗台开关站7ΙΝ和工安全掘进质量好施工成本低和对不良地质条件的适应性强等特点!院北京建井研究所正在对71(&型反井钻机的结构性能钻杆种类扩井直径等进行完善和!改进以满足水电工程所常采用的倾角 长 &,扩井直径+,的斜井施工要求展望根据使用71(&斜型反井钻机对(号高压此外建井所的领导还建议对于有多条斜井和竖井的水电站的导井掘进施工承包单位可以考虑采购国产71.管道下斜段进行掘进试验的结果十三陵抽水蓄能电站筹建处决定继续采用这种方法对长约(&&,4!,(&型反井钻机及建立的号高压管道下斜段和两个各深约和培养自己的专业施工队伍−对于只有少数几的引水调压井的导井进行掘进并取得了条斜井和竖井的水电站施工承包单位可将导与试验成果基本相同的效果为此该筹建处在对反井钻机法施工所做的现场使用评定意见中指出井的掘进按延米分包给建井所由于该所具有对反井钻机结构和操作很熟悉的技术力量和工人队伍而反井钻机本身的拆装和运输又很方.“采用反井钻机施工深斜井导井为国内首创应积极推广并应不断完善提高钻进精度以适应更长斜井导井施工便可在短时间内完成导井掘进的分包任务因此这也可能是一条既经济又有效的途径∀责任编辑根据上述评定意见目前煤炭科学研究总霍效光#ΟΛΡΜΣ2/ΟΜΣ=;!13Τ(:3∗ ∀Ρ;=;( #ΛΥςΡΣΛΓΡΑ∗;Χ;;>∗9>ΩΝ∗3:Κ;ϑΞ9:Β9;Ν>ΒΩ36Ω3ΧΩ9ΩΩ69Θ;Κ96Ξ;93Χ,3ΞΩ:63ϑΨΩΡϑ>ΖΚϑ>ΩΝϑ∀[ΚΩΒ3ϑ3ϑϑ>ϑΥ93ϑϑΩΒ;1ΚΧς;Ν:ΒΓΒΚϑ3∃ϑΘΩ6:Κ>3:Κ;ϑΨ39ΩΩ6∗>ϑΧΣΩ6Ω39ΩΒ∃ϑ6:Κ:Ν:Ω#;ΩΒ23ϑ<;ΡΒΩ;ΝΧ∴Ν3>扭ϑ66ΩΠ9Θ;Κ96363ΙΙΧΩ;ϑΩ6;ϑ:ΒΩΨΝΒΩ9ΚΘΩ93:9Κ]Ν扭9Τ;Ξ:ΒΩϑ∴3ϑΚ3ϑ>⊥632ΧΩ6Ω3<;Ν9Ω6Ω9Θ;Ω;ϑΝΚ9Β3:Β眨ΞΝϑΙ:Κ;ϑ;Ξϑ6:9;_ΠΩ9>ΩϑΩ93:Κ;ϑ−ΙΩ6ΚΧΩ6Κ:Β3:Κ;6:ΒΩΞΝϑΙϑΞ3Κ96>:ΒΩ妞ϑ血9Χ6Χ.ΞΞ∗;∀⎯∗:9;∗Ξ;9:ΒΩΧ;Ω;3,Ω;∴ΞΝ3ϑ;ϑ>>∗扭ϑΧ3,∃ϑ:ΒΩΩ:αϑ:9:39ΩΚΧ;∗6:ΝΙΩΧ:ΒΩΞ甸Χ∗《Ω>Ν∗3:Κ;9ϑ⎯ΩΤΠ;9:Β,Ω:Β9;>Β,]ΚϑΧΩ;Ω_93:Κ;ϑ363ΙΙΧΩ69ΩΩ9Θ;Κ966Χ39Χ;3ϑΧ:ΒΩ3ϑ3∗Τ:ΚΙ3∗∗99Ω6Ν;ΙϑΩΙ9ϑΧΩ3ΙΧΩ9ΩΩ69Θ;Κ96Ω;,,;ϑΧ3,3Ξ6Ω:Τ3:ϑΞΞ∗;∀⎯】Ι;ϑ:9;6Ω9Θ;Κ99Ω>Ν∗3:Κ;ϑ29Ω6Ωϑ:63:Ν6:3ϑ3>ΚΞ;9Ω6Ω39ΩΒ;ϑΒΚ晌6∗;Ω_β6:3Ν;3ϑ]ΚΗ:Τ3ϑΧΧΚ9ΩΚ;Ι:ϑΞ/Κ:6ΧΩΘΩ∗;2价5Ωϑ:Ο>;3ϑ;>?Κ33:Ω9Ο3ϑ9ΩϑΓ;6[Κϑ>∗;ϑ>ΖΚ3+ΒΚαΚϑΩ:9ΚΩ∴ΣΩ7Κ3ϑ>Β3ΙΚ∀∃ϑ6:Κ:Ν:ΩΞ!Ο3ϑΩ69Θ3ϑΩΤΧ∴ΤΧ9;Ω∗ΩΒΤΧΧ9;2;ΠΩ9Ω6Ω39Ω#9∗Τ仆9已沈39Ω3Ι;ΩΒΚ>Β966∗;Ω26:3]Κ∗Κ:ΤΩ9Κ;Ν6:;_9;]∗Ω,Κϑ3ϑ;2ΠΩ9Ω;ϑ6:9ΝΩ:Κ;ϑ;:∗ςΚϑΩΩΙ3∋&,!,:;3ϑΤΩΒ3ΒΘΩ2ΚΧ3>9Ω3:3::Ωϑ:Κ;ϑΩ36Ν9:ΒΩ29;]∗Ω,9Ωϑ3ΩΒΚΩΘ6:ΚΧΩ3;Ξϑ9:6ΩΝ∗6=;ΩΠΚ:!2;ςΚ]∗Ξ;9,3ϑ,2∗Ω:Ω6Ω∗3ϑΚ∗ΩΩ.:;Ξ:ΩΙΒϑΚ3Ι∗,6Ξ;Ω>ΚϑΩΩ9Κϑ>ΚϑΩΘ助:Κ;ϑΒΧΩ6Κ>Ι;ϑ6:9ΝΙ:Κ;ϑ6:9Ωϑ>:ΒΩϑΚϑ>Χ6Ν9ΘΩ心ΤΠ;9Χ6ΒΚ>Β6∗;Ω_6:3]Κ∗Κ:Τ29Ω6Ωϑ:6:Ν:Ν6;Ξ96Ω39ΙΧΚ9ΩΩ:Κ;ϑ;ΞΧΘΩΩΩ∗;2,Ωϑ:ΛαΚ3∗Ω;,少ΩςΚΘΩΨ3ϑ6:9砚留6Ν6Ω9Θ6:93ΚϑΞ;:6Ω∗ΞΚ]9ΩΩϑ;#Ω犯9βΡ3;ΤΚϑ>+ΒΩϑ>δΒ;ΝΜϑ∀ς::3ΚϑΩ>ΚϑΩΩ9Κϑ>Γ;∗∗Ω>ΩΒ9;;9ΒΙ9Ω393Γ:ΩΡ∃ς:ΚςΓ;Ξ:ΒΩ3ϑ3ς::ΩςΘΩ:ςΗςΓ;9ΘΩ;Ξ:ΒΩς:倪ΞΚ]9ΩΘ3;Γ;ϑΓ:Ω:Ω;6:9∗ϑΧΩ:ΩΝ9ΘΩ6Η∗Κ3?3∗ΚΧ;,Ι:29Ως∗ΘΩΩ∗3ΧΒ3;ΘΩΩ]Ωϑ∗ΤδΩΧΛΞ:Ω9ΧΩ:Ω9,ΚϑΚϑ>:ΒΩΩΒ393Ω:Ω9Κ6:ΚΩΩα∗ΝΩ6Ξ:ΒΩ3_ΒΩΝϑ3ϑΩΒΚ9妞:Κ;ϑΠΚ:Β3ϑ:ΒΩΩ;ϑ:Ωϑ:;Ξ6:ΩΩ∗ΞΚ]9Ω63:ΩΧ:ΒΩ3ϑ3∗Τ:Κ∗3Ι29Ω6Κ;ϑΞ:ΒΩ6Ω6ϑ:93ΚΩΝ9ΘΩΧΩ96Κϑ>∗Ω3Ω:∗ϑ>ΤΠΧ9ΩΩ_3Ω:Κϑ6:ΩΩ>3αΚ3∗Ω;,29Ω66ΚΘΩ∗;3Χ!29;Ω;6_ΩαΧΩ⎯6Χ.6:ΩΩ∗ΞΚ]9Ω∗ΞΚ]9ΩΩ;ϑΩ9Ω:Ω6:9Ω66:93ΚϑΩ_9Κ,Ωϑ:Ψ9ΚΘΚ:]Τϑ>2Η;:比3Ξ∴3ϑ1;βΝ;ϑ93ΚΩ6;]9Κϑ>,3ΩΒΚΩϑΩ9Κϑ>>Τ3ϑ∀1ΩΩΒ3ϑΚΙ3∗ΥΝ9Ι3ϑΝ;Ξ:ΒΩ1ΚϑΚ6:9ΤΧ∴ΤΧ9;;ΞΜ∗ΩΩ:9ΚΩ2;Πϑ#+;ϑ∀Ο3:Ω9Σ6Ω∀ΣΩ39ΩΒ9Κϑ7沁+ΒΚεΚ3Η6Κϑ>:Β;6ΩΝ9>∃ϑ6:Κ:Ν:Ω:;6ΩΙ3ϑ;;_ΠΩ92∗3ϑΚϑ>3ϑΧΨΩ6∗ϑ>βΩϑΩ39∗∃ϑ6:Κ:Ν:Ω#Ξ1ΚϑΩςΒ3Ξ:Γ;ϑ6:9ΝΩ:Κ;ϑ#6Β3Ξ:;ΝΩ93Κ6Ω;]>,3ΩΒΚϑΩ;9;:Χ9ΚΘΩ:ΒΩ2Κ∗Ξ;9ΧΩ2ΚϑΩ∗ΚϑΧΩ:6:ΒΞ:Κ,:ϑΩΒΞΚ96:;ΞΚ:6<ΚϑΧΚϑΓΒΚϑ36:ΩΩΒϑ;∗ΡΒΚ>Τ!Π;:Β;_39ΚδΚϑ>2Ν∗3ϑΧΒ6Ω_∗ΧΩ]Κ,29;ΘΧΩ!&3Β6:Κ:3ΙϑΩ6]ΝΧ9ΚΘΚϑ>Κ:ΩΧΞ;99Κ训ϑ>Χ;ΞϑΩ>9:6Β3Ξ∗;Κ2;95:⎯ΩΤΠ6Χ.93Κ6Ω;]9Κϑ>,3ΩΒΚϑΩςΒΚ63ϑ∗Κϑ>2Ν,Χ6:;93Ω]ΒΤΧ9;;_ΠΩ9扭:ΚϑΩαΩ9加Ωϑ:_