矿山钻进作业中更换临时光缆技术研究

定向钻进技术由于它无需开挖路面，能够穿越地面基础设施等，具有对地层破坏小、污染少、成本低以及穿越精度高的优点，该技术在光缆、管道铺设等方面广泛应用，本文将介绍矿山钻进作业时铺设新光缆方法及完成临时光缆的更换。

1 替换临时光缆的原因

2010年，受强降雨影响，陕西省潼关县县域内两条干涸沟谷因强降雨突发洪水，冲断了某矿山横穿两条沟谷且与地下管道平行的光缆。两条沟谷南北走向，基本平行，两处光缆损毁点直线相距约480m。事故发生后，矿企立即进行抢险施工，以a点为起点重新铺设临时光缆约480m，向东沿缓慢斜坡途经耕地后，在沟底b点处完成临时光缆接续，其中管道走向96°。

由于a点～b点间临时光缆属于水毁后急应抢险，治理时光缆埋设深浅不一，埋深约0.2m至0.9m不等，光缆未与管道同沟，呈无规则曲线形状，最远处距管道约10m；为避免造成临时光缆二次损毁、彻底消除各种隐患，2020年经过反复论证，决定通过定向钻孔施工，并布设硅芯管并重新吹敷光缆，使新铺设的光缆埋深达到安全深度，且基本与地下管道平行，达到长期有效监测、保护管道的目的（见图1）。

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2 地质条件

潼关位于太华山北麓的渭河南岸洪积扇黄土台塬区，以黄土台塬区与洪积扇裙相间排列，地面起伏大，河溪多，流短但水急，沟谷一般较宽而台塬较窄。

3 施工方案、施工流程和技术难点解决办法

3.1 选定施工方案

（2）工艺缺点。钢丝绳围捆沉箱出运的施工程序繁琐，且大直径钢丝绳较为笨重，在围捆过程中需要人力较多，施工效率低下，且即使在沉箱边角处使用枕木隔开钢丝绳，仍然避免不了钢丝绳受力后对沉箱混凝土的挤压，造成箱身破损，给修复带来一定的难度。

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方案一：由两端向中间掘进，即分别由a点、b点向中点c掘进。

该方案的优点是场地内修建临时道路相对较少，但是这一方案缺点较多：Ⅰ.两端向中间掘进需要两个施工场地，钻机等设备需搬迁两次，增加工时和施工成本；Ⅱ.两端向中间掘进易造成岸坡损毁、破坏耕地；Ⅲ.两端向中间掘进对耕地污染较严重。

方案二：由中间背向向两端掘进，即在a和b之间的中点附近选取掘进点c，架设钻机等设备，先后朝a和b点背向掘进。

开孔后下好孔口技术套管，保护孔口的稳定。施工中使用优质管材，保证钻具工作性能可靠，避免断杆事故发生。钻进使用适合地层的优质泥浆并加强管理，保持孔壁稳定，孔内干净，避免卡钻、埋钻事故发生。钻进中尽可能保持工作的连续性，避免停顿，尽快完成钻孔施工。设备使用大一级功率的钻机并加强维护保养，保证有足够的工作动力，避免机械事故发生。配备技术能力高、责任心强的工人参与施工，避免人为事故发生。

3.2 施工流程

施工程序：1.探测临时光缆位置、走向→设置保护措施→依托临时光缆位置安排新光缆位置→在c点初确定入土位置，在a点和b点确定出土位置→钻机等设备进厂→钻台平整→设备安装→安装质量、安全设施验收→开孔钻进→孔口下技术套管→正常钻进→清孔→穿越设备进场→硅管回拖→吹敷设备进场→光缆吹敷→设备退场。

3.3 技术难点解决办法

1#入土口至挡土墙内侧a点1#出土口段，由于地势比较平坦，钻孔轨迹相对平直；第二段，2#入土口至沟底b点2#出土口段，由于2#出土口要求从沟底穿出，该沟落差约50m，坡度陡峭约80°，为了尽量减小硅管穿铺回拉阻力，因此定向孔轨迹尽量取直，可与从入土口、坡顶和沟底出土口三点大致呈直角三角形的斜边为钻孔轨迹，该段钻孔轨迹可不必拘泥于一定沿管道基本平行且距离地表深度2m的约束（见图2）。

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由于临时光缆铺设时并不与地下管线平行，且呈无规则曲线形状，为了防止成孔过程中与临时光缆缠绕或搅断现象，务必提前完成临时光缆位置的探测确认工作：Ⅰ.将临时光缆全面开挖启埋，在适当位置栽杆架空；Ⅱ.开挖临时光缆验证坑6处（①～⑥）（见图1），验证坑位置和开挖深度由当地站点技术人员具体确定，然后根据验证情况确定定向孔轨迹。每处作业坑底部截面尺寸为6m×2m，开挖坡比为1∶0.35。施工结束后将验证坑恢复为耕地。

定向钻技术监督人员必须在测控仪器的辅助下进行实时轨迹测量，在测量计算出的实时的数据的基础上作出钻孔轨迹图并与工程施工要求进行核对，及时地对施工做出技术指导，确保能按照工程要求进行准确的施工。

3.3.2 钻孔作业中控制钻孔轴线轨迹的措施

控制钻孔轴线轨迹是钻孔成孔的关键环节。为顺利完成钻孔成孔，要确定合理的入土孔位位置，从而就确定了每一段钻孔穿越的长度，尽量把入土口布置在480m中间位置c点处；确定合理的入、出土角度，入、出土角度一般在6-20度之间，根据钻机位置地形和穿越长度，出土位置确定。

采取该方案的优点主要有：Ⅰ.符合现场地形地貌，便于施工；Ⅱ.钻机等设备只需架设在a点和b点的中点c上，即只架设一次钻机等设备。与方案1相比，工时少、成本低；Ⅲ.能够避免两端向中间钻进时产生两处泥浆、油污等各类污染，由于只在损毁光缆线路中部开始钻进，只会对中部施工处c点的周围环境造成小范围污染，而且c点处地势平缓，便于架设钻机等设备；Ⅳ.既能有效保护农田，也能避免破坏岸坡；Ⅴ.在c点架设钻机等设备能缩短料场到钻机的距离，节约费用并减少车辆对耕地的破坏。

根据施工现场实际情况，设计了两套施工方案，经过对比分析最终选用方案二。

定向孔分两段施工，1#、2#入土口孔位在同一位置c点处的3#作业坑内（见图1），但方向相反，应尽量将3#作业坑布置在a点与b点的中间位置c点处，准确位置视地形状况和征地难易程度可适当调整，由施工方和管道维修方协商确定。入土口平面位置在管道北侧不小于5m的距离范围，钻孔轨迹保持基本平行与地下管道方向且离地表不小于2m的深度分别向两端钻孔，1#出土口在a处挡土墙内侧的1#作业坑内，2#出土口在沟底b处的2#作业坑内；为确保定向钻施工安全和精准定位，可在新光缆线路上布置开挖钻孔探视坑3处（Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#）（均见图1）。

主要难点有：避让临时光缆、控制钻孔轴线轨迹、完成硅管穿敷和光缆吹敷，下面具体谈解决办法。

钻孔轨迹控制：定向孔钻进时，在钻头底唇面上或钻具上，安装有专门的控制钻进方向的控制机构，在钻具内或连接其后部位，安装有探测钻头。钻进过程中，钻头连续或是间隔测量钻孔位置参数，并通过无线数据或有线方式将测量数据发送到地表接收器。操作者根据这些数据及其处理这些数据得到的图表，采取适当的技术措施调整孔内控制钻进方向的机构，从而人工控制钻孔的轨迹，达到设计要求。

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3.3.1 钻孔施工中避让临时光缆的措施

3.3.3 完成硅管穿敷和光缆吹敷的措施

硅芯管穿敷：在钻孔即将完成前做好硅管穿越的一切准备工作，待定向孔完成，立即进行硅管的回拉工序，回拉硅芯管时，应将回扩钻头接在钻杆上，然后通过单动接头连接到管子的拉头上，单动接头可防止管线与回扩头一起回转，保证管线能够顺利的铺设完成。

硅芯管的敷设主要以机械布放为主，人工布放为辅，本工程硅芯管采用机械回拉方法敷设。具体技术要求要点如下：Ⅰ.敷设前严格检查硅芯管外观是否完好，管塞有没有脱落；Ⅱ.硅芯管的端口必须密封，以免泥土等杂物进入管内；Ⅲ.铺设硅芯管的弯曲半径宜大于一米，最小弯曲半径应不小于硅管外经的10倍；Ⅳ.硅芯管连接处需保证有足够的重叠余量；Ⅴ.硅芯管在一个段内不应有接头，如因需要必须接头时，应尽量将接头安排在留观孔内，如意外原因出现接头又不能更换整根硅管时，在接头处应设立明显标志，并在竣工图上标明该接头的确切位置。在处理接头时，接口处两端管口断面必须保持平直，无毛刺，并采用专用的配套密封街头进行接续；Ⅵ.硅芯管敷设完成回填时，先回填5mm～10mm厚的碎石或细砂垫层（以利渗水），再铺硅管，在管道两侧及上部不得回填石块等杂物，严禁用乱石或带乱石的杂土回填，以免损坏管道。

滚筒筛安装在距粉煤皮带落煤点10米左右位置，利用分煤器将粉煤截留进入滚筒筛中，经过筛分粒度大于1cm的部分落入滚筒筛后面，粒度小于1cm的经过滚筒筛底部皮带进入粉煤堆中。采用该种设计方案既能兼顾整体原煤筛分需要，又可以多筛出小颗粒块煤。同时采用这种布置方案，如滚筒筛出现故障时，可以随时停用检修，不会影响整体粉煤筛分。

光缆吹敷：光缆气吹敷设法，简称吹缆或光缆吹敷，即是采用高压气流吹送的方式将光缆吹放到预先埋设的硅芯管中。吹缆机将高压、高速的压缩空气吹入硅芯管，高压气流推动气封活塞，这样连接在光缆端部的气封活塞对光缆形成一个可设定的均匀的拉力，与此同时，吹缆机液压履带输送机构夹持着光缆向前输送形成一个输送力，拉力与输送力的组合，使穿入的光缆随高速气流一道以悬浮状态在管道内快速穿行。

气吹敷设光缆是利用机械推进器把光缆推进管道，同时空气压缩机把强大的气流通过气吹机的密封仓送进管道，这种高速流动的气流在光缆和硅芯管的表面形成一种拖曳力，促使光缆和硅芯管前进。因此光缆和管束在管道内是被气流推动前进的而不是被拉进管道的。光缆和硅芯管在钻孔内顺着地势起伏或方向的改变而顺利的前进，因为光缆顶端不受力，所以与传统牵引敷缆相反，光缆端头没有应力。敷缆完毕后，光缆和硅芯管松弛地停在管道的底部，有助于延长缆的使用寿命以及缆和管的抗拉强度。

4 施工后总结

本次施工前设计了两套施工方案，在立足定向钻进技术优点的基础上，充分考虑施工场地的实际情况，从环保、省时和节约成本的角度出发，选用方案二，即从光缆损坏段的中间处向两面背向掘进，取得了满意的结果，获得了认可。

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