摄像定位分段爆破技术在堵井处理施工中的应用

刘紫朝， 郭 坤， 王 刚

(中国水利水电第三工程局有限公司， 西安 710016)



摄像定位分段爆破技术在堵井处理施工中的应用

刘紫朝， 郭 坤， 王 刚

(中国水利水电第三工程局有限公司， 西安 710016)

摘要：通过在堵井段上方搭设钻孔平台，进行套管跟进钻孔，采取自下而上分段爆破处理堵井，实现了快速疏通堵井的目的。拔管、装药、爆破检查全过程采用了摄像技术精确定位和监控，具有步骤简单、可操作性强、使用效果好和受施工条件限制小的优点。采用该方法进行堵井导通处理，既加快了施工进度、节约了成本，又可确保堵井处理全过程安全可靠。

关键词：摄像定位； 分段爆破； 上拔套管； 堵井

1引言

随着我国水利水电工程建设水平的不断提高，水利水电工程中的竖井、斜井也朝着超深、超大直径方向发展，通常采取先开挖溜渣导井，再进行扩挖，石渣通过溜渣导井溜至下部平洞的方式开挖竖井或斜井。在扩挖过程中，因爆破参数不合理、工程地质条件差或人为因素等影响，往往会造成爆破后溜渣不畅，导致堵井事故的发生。常规的堵井处理方法主要有爆破振动法、高压水疏通法、气球顶药包爆破法、人工下挖法等。实践证明，采用上述方法处理堵井不但受施工条件的限制，还存在费工费时、安全性差、处理效果不理想等问题。国内外目前尚无系统、完整、规范化的堵井处理技术。因此需要探寻一种安全高效、操作简单、实用性强的堵井处理技术。

2工程概况

呼和浩特抽水蓄能电站位于内蒙古自治区呼和浩特市东北部的大青山区，电站总装机容量1 200MW，装机4台，单机容量300MW。电站枢纽主要由上水库、引水系统、地下厂房系统、下水库工程组成，其中引水系统主体为两条引水发电斜井，两条斜井平行布置，开挖马蹄形断面为4.32m×5.96m(宽×高)、角度为55°，导井开挖断面尺寸为1.2m×1.2m。围岩以斜长角闪岩、片麻状黑云母花岗岩为主。

发生堵井的部位为2#引水发电斜井下斜段，导井开挖断面为直径2.5 ～3.0m的圆形断面。在斜井扩挖过程中发生了堵井事故，堵井段长约43m，距上部平洞斜长为43m，距下部平洞斜长为202m。堵井部位示意图见图1。

图1　堵井部位示意图Fig.1　Diagram of shaft plugging position

3施工工艺流程

采用摄像定位分段爆破处理堵井的方法，主要流程为：钻孔施工平台搭设→套管跟进钻孔→摄像监控初拔套管→装药→摄像监控上拔套管→线形炸药包引爆→摄像检查当前段堵塞处理情况→下一循环→堵井处理结束。施工工艺流程见图2。

图2　施工工艺流程图Fig.2　Flow chart of construction process

4施工方案

4.1钻孔平台搭设

钻孔平台搭设于井下距堵塞段上部20cm处，先沿井壁用风镐扩挖30cm，然后在凹槽内安装8根锚杆(直径φ25mm、长2m、外露20cm)，搭设4根Φ20a工字钢，工字钢与锚杆焊接，工字钢上铺设@10cm×10cm的钢筋网形成钻孔平台。钻孔平台示意图见图3。

图3　钻孔平台立面示意图Fig.3　Diagrammatic sketch of drilling platform

4.2钻孔施工

(1)设备选型

由于钻孔介质为爆破后的松散渣体，钻孔成孔难度大，常规岩石钻机在松散体中无法成孔，借鉴工程锚索施工经验，钻孔选用TL-40型锚固钻机，该钻机最大钻孔直径可达168mm，钻孔深度可达50m，设备自重为200kg，外形尺寸3.2m×1.0m×1.2m，具有性能可靠，操作简单，动力单一，体积小，重量轻，便于移动等特点，可满足作业空间尺寸要求。采用与钻机配套的TLB-60型拔管器，拔管直径可达50 ～168mm，拔管深度可达60m。

(2)安装及调试

设备安装利用斜井扩挖时使用的10t卷扬提升系统辅以人工完成，采取将钻机分解后运输下井，在井下工作平台进行组装的方法，减轻单件运输重量的原则，将设备泵站、动力头、桅杆、机架及支撑杆、操作台等结构拆分后在斜井内的运输。按照安装顺序进行设备部件的运输，到位一件安装一件，确保井内有限空间的高效利用。

(3)钻孔施工

钻头选用φ90mm的同心钻头，通过安装在设备上的激光源的投射点来校准钻孔方向。

开孔钻进时，先采用低转速、低钻压进行钻进，开孔2m后，即可按正常钻压进行钻进，随时检查钻孔角度并纠偏。当冲击器后端接近导轨前端时，加接钻杆和套管。成孔后按操作规程拆卸钻杆。

(4)摄像定位初步上拔套管

将摄像头下放至套管底端，并与图像处理设备相连接，再采用布设于钻孔施工平台上的拔管器对套管进行初步上拔，直至套管的底端与堵塞段底部相平齐；采用拔管器对套管进行初步上拔过程中，通过与摄像头相连的图像处理设备对套管底端的上拔位置进行监控和定位。

套管跟进、上拔套管过程示意图见图4。

图4　套管跟进、上拔套管过程示意图Fig.4　Diagrammatic sketchs of process of sleeve following and pulling

4.3爆破方案

4.3.1爆破设计

(1)分段设计：将堵塞段由下至上分为多个相同高度的爆破单元，每个爆破单元高度控制在2m左右，采取条形集中药包爆破。

(2)装药量计算：目前尚无此类爆破可参考的炸药单耗，为了确保爆破效果，暂定炸药单耗q=0.9kg/m3。单位长度爆破方量V=πr2L=4.9m3。单位长度装药量Q=q×V=4.4kg。药卷直径D=[4Q/(π×ρ)]1/2=70mm，因此选择φ70mm的乳化炸药。

(3)装药结构：将乳化炸药装入DN75硬质PVC管内，安放起爆雷管制作成起爆药包。药包底部安装木制导向头，顶部封堵长度30cm，用粘土封堵密实，并在顶部安装挂环，起爆药包结构见图5。

图5　起爆药包结构图Fig.5　Diagram of the primer structure

4.3.2单个爆破单元的操作步骤

(1)药包放置位置的确定：装药前通过摄像监控精确测定堵井段末端距操作平台的距离；

(2)孔内装药：将预先加工好的药包顶端用2mm钢丝悬挂，将药包底端放至套管的内侧，手动溜放至预先确定的位置，溜放前可在钢丝上做停止溜放的标记；

(3)摄像探头入孔：将摄像头缓慢放入孔中，下放至起爆药包顶端，并将数据线与图像处理设备相连接；

(4)上拔套管：开启拔管机，缓慢匀速进行拔管，直至套管底部超过起爆药包顶端1.5 ～2.0m时停止拔管；上拔过程通过摄像监控装置对套管底端的上拔位置进行监控定位；

(5)起爆：取出孔内摄像探头，进行爆破网路连接，对药包进行起爆；

(6)爆后检查：爆破后，在下部平硐检查落渣情况，并通过落渣方量反算堵井疏通长度，再次将摄像监控装置放入孔底检查爆破效果。

(7)单个爆破单元的操作步骤示意图见图6。

图6　单个爆破单元操作步骤示意图Fig.6　Diagrammatic sketch of operation steps for one blasting unit

4.4堵井处理结束

自下而上对每一个分段按上述步骤进行重复爆破作业，可实现堵井疏通，整个堵井处理过程完成。

5操作要点

(1)钻机基础必须坐落在稳定的平台上，确保钻进过程中平台的稳定，按拟定的开孔倾角通过坡度尺和激光指向仪联合确定。每钻进1 ～2m后，校核一次钻孔角度。

(2)通过对钻压和钻孔速度等方面的控制，确保钻孔精度。合理使用钻压和钻孔速度是保证钻孔精度的重要因素。

(3)通过摄像装置准确定位，实现了套管上拔过程、药包下放过程的可视性。使得套管上拔位置精确，药包放置位置可控，确保了爆破效果。

6结论

(1)采用摄像定位分段爆破技术处理堵井步骤简单、效果显著，而且投入成本相对较低。

(2)采用摄像头监控能准确摸清堵塞情况，实现了精细化作业，使堵井处理施工变得可控可视，形成了一套系统、完整、规范化的堵井处理技术。

(3)实施自下而上的分段爆破，并采用预先加工的条形起爆药包，使得爆破作业可连续进行，大幅度加快了堵井处理的施工进度，节约了成本，使得堵井处理施工变得更可控、更安全、更规范。

(4)该方法适用范围广且受施工条件限制小，可用于大多数情况下的堵井疏通处理，特别是在堵塞位置深、堵塞段长的堵井，具有显著优势。在类似工程的堵井疏通处理中有着广泛的应用前景。

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文章编号：1006-7051(2016)03-0070-04

收稿日期：2015-11-03

作者简介：刘紫朝(1965-)，男，工程师，主要从事水利水电工程实践研究。E-mail： 2205057889@qq.com

中图分类号：TD235.4

文献标识码：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.03.015

Camerapositioningsegmentedblastingtechnologyinshaftpluggingtreatment

LIUZi-chao，GUOKun，WANGGang

(SinohydroBureau3Co.，Ltd.，Xi′an710016,China)

ABSTRACT：The drilling platform was set up on the top of plugging shaft with the sleeve following drilling. The shaft plugging was treated by segmented blasting technology from bottom to top, so the target of fast dredging of the shaft plugging was achieved. The camera positioning technology was applied precisely positioning and monitoring during the whole process of tube drawing, charging, and blasting inspection. It was proved that the technology had advantages with simple steps, easy operation, good effect and less influenced by limitation of construction condition. The technology could speed up the construction progress, save the cost and ensure the safety and reliability of the whole process in dredging shaft plugging.

KEY WORDS:Camera positioning； Segmented blasting； Pull sleeve； Shaft plugging