摘要：通過在溪洛渡電站通風斜井工程實踐，介紹了反井鉆機施工工藝，分析了反井鉆進偏斜的原因，提出了反井鉆進偏斜控制方法，對鉆具布置、鉆進參數控制等進行了驗證，取得良好效果，回答了困擾多年的解決反井鉆進偏斜問題。文章中的措施和實踐可以在類似的水電工程中應用。
    關鍵詞：溪洛渡電站；反井鉆機；通風斜井；偏斜控制
    中圖分類號：TV554 .15文獻標識碼：B

    1 概述
    近年來，反井鉆機及其技術日趨完善與成熟，已廣泛應用于我國煤礦、冶金礦山、水電等系統的豎井、斜井施工中。但是反井鉆進偏斜控制，尤其是深井、斜孔工程，鉆孔精度要求更高，必須有效的控制鉆孔偏斜。我們在溪洛渡電站通風斜并工程的導孔鉆進偏斜控制方面采取了多項措施，取得了較好的鉆進精度。

    2 溪洛渡水電站工程實例
    2．1 工程概況
    溪洛渡水電站地下廠區通排風系統圍巖主要由P2β5-P2β12層玄武巖及各層上部的角礫集塊熔巖組成，巖石堅硬，新鮮完整。地下廠區通風系統地層產狀平緩，無斷層分布，主要結構面為層間錯動帶和節理裂隙巖流層產狀總體走向為N20°-30°E,傾向SE。主廠房排風洞平洞段樁號O 0.0-30.0m為弱風化上段、卸荷巖體，巖體松弛，完整性差，加之P2β12層柱狀節理發育，圍巖類別為Ⅳ類；樁號O 3O - 0 60m段為弱風化下段無卸荷巖體，圍巖類別為Ⅲ類；樁號0 60 - 0 88.23m圍巖新鮮完整，以Ⅱ類圍巖為主，局部為Ⅲ類。
    廠房通風斜并在左右岸各一條，長度約213m，開挖直徑5.4m通風井和水平夾角75°。施工工藝采用反井鉆機，先鉆井直徑14m的導井，然后再由上向下，采用爆破的方法擴大到所需斷面，并進行相應的臨時和永久支護。
    2.2 斜井鉆進施工
根據工程條件選用BMC300型反并鉆機，該機是在LM-200型反井鉆機基礎上研制的，用于水電系統硬巖和煤礦深井設計，考慮一次擴孔直徑1.4 ？ 1.52m，設計需要在滿足鉆進能力的條件下盡量使其體積小、重量輕。
    BMC300型反井鉆機由泵站、油箱、操作臺、主機、鉆具5部分構成。采用全液壓驅動，雙馬達動力結構。導孔鉆進時，動力頭施加向下的壓力和旋轉扭矩，經鉆桿傳遞給導孔鉆頭，破碎的巖屑沿鉆桿外壁環形空間由泥漿提升到地面（上水平面，見圖1）。導孔鉆進時鉆桿是不斷接長，一直鉆透到下水平巷道。




    2．3 最終鉆孔偏斜情況
    在完成的兩條斜井中，第一條最終實際透孔位置較設計透孔中心向下偏斜2.O4m，向右偏斜0.98m，綜合偏斜2.26m，鉆孔長度212.62m，綜合偏斜率1.06%;第二條最終實際透孔位置較設計透孔透孔中心向下偏斜O.78m,向右偏斜O.6Om,綜合偏斜0.98m，鉆孔長度212.76m，綜合偏斜率0.46%.兩條斜并在鉆孔較深、巖層較硬的條件下，偏斜度的控制均取得了良好的效果。透孔具體情況見圖3。






    3 斜并鉆孔偏斜的原因研究
    溪洛渡電站通風斜井工程的BMC300型反井鉆機施工，在導孔鉆進偏斜控制萬面采取了多項措施，才取得較好的鉆進精度。這些研究成果和糾偏措施為下一步繼續推廣應用打下了基礎。
    3.1 鉆桿軸向載荷造成的偏斜
    反井鉆機鉆鑿豎井，鉆壓、鉆桿的重力方向和鉆進方向一致，理論上不會彎曲，但由于鉆機安裝和鉆桿加工精度原因，導孔鉆頭和巖石共同作用，這些外力也會對鉆頭產生偏轉力矩，隨著鉆孔延深，鉆桿就會逐漸彎曲，由鉆桿彎曲導致了鉆進方向變化，結果使鉆頭沿傾斜上部方向向下或者向上偏斜形成鉆孔偏斜，總的來講，向下偏斜趨勢較大。
    3．2 巖層反作用力對鉆孔偏斜的影響
    在無層理、節理或斷層的堅硬、均質巖層中鉆鑿導孔時，雖然巖層反作用造成的導孔偏斜趨勢較小，但是不均質的巖石各向異性則會引起導孔偏斜。
    3．3鉆頭移步對鉆孔偏斜的影響
鉆頭移步是指三牙輪鉆頭在的旋轉中心不圍繞鉆孔中心旋轉鉆頭移步將引起鉆孔偏斜、鉆孔不是圓形、鉆孔斜直徑加大。
    3．4 鉆孔內巖屑對鉆孔偏斜的影響
    采用反井鉆機鉆進導孔時，鉆頭破碎下來的巖屑是利用清水或泥漿直接沖出鉆孔。現已發表的研究成果表明，沉積在孔底0.5 - 5mm厚的鉆屑可將鉆進速度降低40%左右，特別在斜井鉆進中，巖屑受重力作用容易在鉆桿的下部聚集，會使直接接觸巖石底部的穩定鉆桿受到向上托起力，使鉆孔發生向上的偏斜。

    4 鉆井鉆進偏斜控制
    4.1 偏斜的糾偏處理
    獲知鉆孔偏斜的主要控制手段是及時對鉆孔進行偏斜的測量如果發現鉆？ 灼？保？匭臚Ｖ棺杲?，對鉆孔進行糾偏處理。最常用的有以下幾種方法：
    (1)鉆孔偏斜程度和方向非常有規律，可采取偏置鉆機的方法來糾正預計的偏斜。移動鉆機安裝的距離和方向可根據本地以前施工獲得的經驗而定。在鉆進中，如遇到巖層向更硬巖層過渡，同時降低鉆壓和轉速將有助于鉆頭以直線的方式鉆進堅硬巖層，避免出現偏斜轉折點。當穩定鉆桿進入新巖層后，即可恢復原來的鉆壓和轉速。
    (2)在鉆進中發生不規則或意外的偏斜，可采用變化鉆具組和變化鉆壓的方法來糾偏，也可以利用潛孔馬達和一個彎接頭來糾偏，還可以采用堵塞偏孔，重新鉆孔的方法解決偏斜。堵塞鉆孔指用純水泥將變向點至孔底一段進行充填，并使之凝固。
    (3)對于從地面開鉆的深孔和鉆孔精度較高的鉆孔，常采用定向鉆井法鉆導并，如采用戴納鉆具。采用戴納鉆具鉆進時，鉆具組不旋轉，鉆壓也很低，潛孔馬達靠液能驅動，并帶動轉子，短接頭和鉆頭一起旋轉，控制鉆進方向的元件加在潛孔鉆具的上部，這樣定向控制裝置就能比較容易地控制鉆孔精度。
    4．2 鉆壓的控制
    在鉆進中鉆壓的調整是控制偏斜的方法之一。鉆壓過大則很容易導致鉆孔的偏斜，鉆壓較小會降低鉆機的工作效率。合適的鉆壓需要根據巖石硬度、鉆桿自重、鉆孔傾斜角度及鉆機能力等相關數據進行計算，原則上開孔時盡量采用小鉆壓，在穩定鉆桿全部進孔后再恢復正常鉆壓作業。為了提高鉆孔精度，應采用低于最佳鉆進速度的低鉆壓鉆進。
    4．3轉速的控制
    在鉆進導向孔時，保持恒定的鉆進速度是控制偏斜最常用的方法。鉆壓與轉速的調整一般是通過試驗獲得，也可通過計算獲得，選擇轉速一般是采用鉆頭制造廠產品樣本中的推薦值。無論采用哪種確定鉆壓和轉速的方法，都必須注意一個重要的問題，即隨著鉆壓的增加，轉速應減少；反之，鉆壓減小時，轉速增加。
    4．4穩定鉆桿的選擇及合理布置
    穩定鉆桿是避免鉆孔偏斜最有效的工具。穩定鉆桿的抗斜效果與穩定段的直徑和長度有密切聯系。如果穩定鉆桿直徑小于導孔直徑，鉆頭在孔內將發生輕微的晃動，這種晃動將導致孔徑增大，孔徑增大使穩定鉆桿與孔壁的間距加大，直至使穩定鉆桿作用減小。但是穩定鉆桿直徑過大會增大鉆進摩擦阻力。鉆具的剛性越大、長度越長，則抑制穩定段上部的鉆桿彎曲的效果越好。
    另外，穩定鉆桿的合理布置對偏斜度的控制也很重要，通常將兩個或更多的穩定鉆桿連在一起使用，以便在鉆孔底部形成一段剛性的、與孔壁多處？ 喲サ淖昃咦椋？⑶乙？悸塹階旮說鬧亓Ψ峙洌？暈榷ㄗ旮私?行合理布局。
    4．5 洗井液的選擇
    在巖石較完整的情況下采用清水洗井，當巖石較破碎或存在裂隙、巖屑不易被沖出時，可采用泥漿洗井。無論采用哪種洗并液都應盡量增大其攜帶能力，以便盡量減小鉆桿底端巖屑聚集對鉆桿偏斜產生的影響。


    參考文獻:
    [1］劉志強 甘文鴻等 反井鉆機在水電建設工程中應用［J］ 水利發電2001.12
    [2］劉志強 王強 強力反井鉆機的研制及應用［J］煤炭科學技術2005.4

    收稿日期：2007-12-10
    作者簡介：劉志強，北京中煤礦山工程有限公司鉆井分公司經理，從事反井鉆機、鉆井法鑿井技術研究。