反井钻机在长竖井堵井处理中的应用

关键词 竖井堵井反井钻机引水系统

中图分类号：TE922文献标识码： A

1、前言

在水利工程建筑物中有各种形式和功能的竖井、斜井，随着近些年水利施工技术的日渐成熟、施工工艺的不断改进，水利工程施工竖井施工长度不断增加，此类竖井在施工中最常见的施工方法为采用反井钻机开挖排渣导井，然后利用导井作自上而下进行开挖，石渣通过导井溜至下部集渣通道运输至指定位置。这类施工方法，排渣导井因地质或人为原因很容易造成导井堵井，严重影响施工进度，同时，堵井处理过程中由于场地及工作面限制，一直是竖井施工中比较棘手的问题，本文通过江西洪屏抽水蓄能电站引水系统工程1#引水下竖井堵井情况，对反井钻机堵井处理方案做简单介绍，希望对其他类似竖井出现此类问题有借鉴作用。

2、工程概况

洪屏抽水蓄能电站引水系统采用二洞四机的布置型式，由引水上平洞、引水调压井、引水上竖井、引水中平洞、引水下竖井、引水钢岔管、引水支管等组成。引水竖井有四条，为1#、2#引水上竖井和1#、2#引水下竖井。竖井施工为引水系统施工的重点，其中发生堵井的1#引水下竖井全长293m（含部分弯段），直径除上部渐变段由6.4m渐变到6m外，其余段落均为6m。

3、施工区地质情况

引水下竖井上覆岩体厚度372~650m，属整体块状构造，节理较发育，为Ⅱ~Ⅲ类岩体，断层带部位为Ⅳ~Ⅴ类岩体。发育F109、F521、F115、f173、f174、f112、f114、f172 等8条断层。f173、f174、f114、f172宽度小，属Ⅲ级结构面，但与井斜交且倾向下游或上游，对上游或下游井壁有一定影响，F115、F521、F109属Ⅱ级结构面，虽然宽度较大，由于断层带一般均为导水性断层，地下水易沿断层产生集中渗漏。断层F115、F521、F109宽度较大，性状较差。

4、堵井情况简述

1#引水下竖井垂直段扩挖高度为288m，采用反井钻机钻设1.4m导孔，人工二次扩挖成型。在导井反提施工完毕，弯段边坡支护完成后，进行扩挖过程中，第一次爆破发生导井堵井现象。经过测量堵井发生在井下150m左右位置，堵井延伸至竖井最下端，堵井长度100m左右，根据当时爆破弃渣量计算，堵井长度可能为30m以内，但实际堵井长度远大于计算长度。

5、堵井原因分析

对于堵井的处理，一般要先分析清具体原因才能处理，江西洪屏抽水蓄能电站1#引水下竖井发生堵井问题后，对堵井原因进行分析如下。

根据当时施工过程及地质情况进行分析，由于堵井发生在竖井导井扩挖第一次爆破中，在爆破参数选择方面相对保守，爆破的碎石超过井口直径导致堵井的可能性不大，而井口在扩挖前已经进行清理，无其他弃渣进入井下，经过测量和计算实际堵井长度100m远大于估算爆破石渣量。据此分析堵井可能为：根据设计地质资料、后期孔内摄像及开挖实际情况显示下竖井存在多条断层有些断层，当弃渣溜至此处时，石块等卡在断层处，加上该部位裂隙水大，弃渣、淤泥等杂物在水的作用下充填到断层处，使得实际堵塞井内杂物较计算量多（弃渣与水结合成泥屑状）。同时，该处断层在外力作用下，弃渣可能涌出断层加剧堵井。另外，下竖井导井偏斜竖井中心8.2m，加大弃渣靠自重排出井内难度。

竖井堵井位置示意图

6、堵井后已经采取的堵井处理措施及效果分析

发生堵井后， 鉴于反井钻机施工的条件限制及费用问题，并未立即采用反井钻机堵井处理，而是采用常规其它堵井处理措施，具体如下：

1、施工人员进入现场后，根据不同的堵井情况确定处理方法。首先用钢钎或炮杆试探性确定井口处石渣是否封堵牢靠，如果是轻微封堵且封堵渣料较小，采用钢钎进行人工清撬。清撬时注意相互间的协作与监控，并保持作业人员有一定的安全距离。弃渣采用人工由平洞运出。根据以往堵井处理经验，首先选用在井内进行爆破，使爆破产生的冲击波，松动井内岩石，以期达到疏通目的，但几次爆破后效果不理想。之后采用人工从竖井下弯段在观察井下无异常情况下，进行下方爆破，反扩进行处理。经过多次爆破，虽然井内有小部分弃渣掉落，但竖井仍未疏通。由于下方处理堵井存在安全隐患，为保证施工人员安全，决定停止此方案，此时竖井下方已经反向爆破近18m。

2、由于爆破震动无法疏通堵井，根据其他项目类似经验，引进偏心式冲击锤结合抓泥斗，拟将堵塞物通过锤击及偏心钻射，排出井外，并采用抓泥斗配合由竖井上方抓走较大堵塞物。但由于竖井偏斜、井下作业长度大及井内充水严重等问题，该方案在实施后扔未取得理想效果。

3、在前两个方案实施无法解决堵井问题的情况下，购置高压水枪，并配置加压泵，拟将水枪在竖井下弯段架设，待人员撤离至安全位置后，利用高压水逐段冲洗下方堵塞物，以达到疏通目的，但由于竖井下弯段经过前期爆破疏通，水枪架设位置距离岩面较远，并且由于竖井偏斜，水枪喷射后虽有小部分弃渣掉落，但整体效果不理想，并且掉落的石渣将下方水枪及水管砸坏，故放弃此方案。

4、购进轻气球，内部填充惰性气体后，绑上炸药，拟利用气球上升至竖井下弯段后，由底部爆破施工，但由于竖井底部与上部无气流循环，气球上升移动高度后，不再上升，无法达到预期效果，最后放弃此施工方案。

5、采用XY-2型地质钻机，该钻机钻孔深度可达400m，同时由于钻机钻杆上半段需要悬空钻机，为防止钻杆断裂钻机外套双层套管，但在实际钻设过程中，钻杆扔发生了钻杆断裂，最后放弃此施工方案。

7、反井钻机堵井处理方案的选择及效果

由于竖井堵塞时间较长，堵井处理中常用的方法基本上全部采用但均未达到效果，经过多次分析比较，最后决定采用钻杆强度高，钻进压力大的BMC300型反井钻机从竖井上方重新钻孔卸掉堵塞段水压，根据堵井处理过程中遇到的情况及当时堵井位置条件分析，导孔形成后，堵井段上部突然泄压，堵塞物会随着压力从竖井下半段涌出。

施工前，先根据钻机尺寸，在竖井堵井井口上方将场地整平，由于竖井导井已经形成，而且反井钻机自重达8t，且钻进时向下压力大，为保证安全，在1.4m导井井口架设两根I32工字钢横梁，为防止横梁移位，对两组横梁进行刚性连接，并将横梁浇筑在C25混凝土中，以硬化反井钻机作业平台。待场地准备就绪后，将钻机放至井口上方，根据竖井偏斜资料，对钻机钻孔方向进行调整。保证钻孔位置与竖井导孔位置平行，并保证钻杆始终在导孔中心线附近位置。

钻机钻进过程中，由于上部悬空钻杆接长过程较快，但到达堵井位置后，为防止上部钻杆悬空甩段，必须放慢转速，钻机动力头基本不能加压，依靠钻杆自重，慢速研磨堵塞物，当遇到较坚硬岩石时，根据经验需要可适当调整钻进速度并适当增压不超过2MPA，钻进过程中应随时注意钻杆稳定情况，以免发生钻杆偏斜或钻杆断裂。

经过5天的昼夜钻设反井钻机钻头顺利通过竖井堵井位置，随着导孔的疏通，堵井段弃渣瞬间泄压，堵井段落全部疏通，实际效果与预想一致。

8、结束语

堵井是竖井施工中常见又棘手的问题,当发现堵井时首先应确认堵井原因，根据堵井原因及实际工作面情况制定处理措施，切勿盲目处理以免对后期处理造成不利影响，处理不当甚至可能造成生命和财产损失，本文中介绍的反井钻机处理堵井方案在国内堵井处理中很少应用，但通过本项目的应用发现反井钻机在处理长竖井堵塞段较长且其他方法无效果时能起到很好的作用，而且相比很多项目堵井处理动辄数月甚至半年的时间，有巨大的优势。并且处理起来相对爆破震动等方法要更安全，实际施工中遇到堵井问题可根据实际情况考虑此方案。