攝像定位分段爆破技術(shù)在堵井處理施工中的應(yīng)用

劉紫朝， 郭 坤， 王 剛

(中國水利水電第三工程局有限公司， 西安 710016)

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攝像定位分段爆破技術(shù)在堵井處理施工中的應(yīng)用

劉紫朝， 郭 坤， 王 剛

(中國水利水電第三工程局有限公司， 西安 710016)

摘要：通過在堵井段上方搭設(shè)鉆孔平臺，進(jìn)行套管跟進(jìn)鉆孔，采取自下而上分段爆破處理堵井，實現(xiàn)了快速疏通堵井的目的。拔管、裝藥、爆破檢查全過程采用了攝像技術(shù)精確定位和監(jiān)控，具有步驟簡單、可操作性強(qiáng)、使用效果好和受施工條件限制小的優(yōu)點(diǎn)。采用該方法進(jìn)行堵井導(dǎo)通處理，既加快了施工進(jìn)度、節(jié)約了成本，又可確保堵井處理全過程安全可靠。

關(guān)鍵詞：攝像定位； 分段爆破； 上拔套管； 堵井

1引言

隨著我國水利水電工程建設(shè)水平的不斷提高，水利水電工程中的豎井、斜井也朝著超深、超大直徑方向發(fā)展，通常采取先開挖溜渣導(dǎo)井，再進(jìn)行擴(kuò)挖，石渣通過溜渣導(dǎo)井溜至下部平洞的方式開挖豎井或斜井。在擴(kuò)挖過程中，因爆破參數(shù)不合理、工程地質(zhì)條件差或人為因素等影響，往往會造成爆破后溜渣不暢，導(dǎo)致堵井事故的發(fā)生。常規(guī)的堵井處理方法主要有爆破振動法、高壓水疏通法、氣球頂藥包爆破法、人工下挖法等。實踐證明，采用上述方法處理堵井不但受施工條件的限制，還存在費(fèi)工費(fèi)時、安全性差、處理效果不理想等問題。國內(nèi)外目前尚無系統(tǒng)、完整、規(guī)范化的堵井處理技術(shù)。因此需要探尋一種安全高效、操作簡單、實用性強(qiáng)的堵井處理技術(shù)。

2工程概況

呼和浩特抽水蓄能電站位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市東北部的大青山區(qū)，電站總裝機(jī)容量1 200MW，裝機(jī)4臺，單機(jī)容量300MW。電站樞紐主要由上水庫、引水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、下水庫工程組成，其中引水系統(tǒng)主體為兩條引水發(fā)電斜井，兩條斜井平行布置，開挖馬蹄形斷面為4.32m×5.96m(寬×高)、角度為55°，導(dǎo)井開挖斷面尺寸為1.2m×1.2m。圍巖以斜長角閃巖、片麻狀黑云母花崗巖為主。

發(fā)生堵井的部位為2#引水發(fā)電斜井下斜段，導(dǎo)井開挖斷面為直徑2.5 ～3.0m的圓形斷面。在斜井?dāng)U挖過程中發(fā)生了堵井事故，堵井段長約43m，距上部平洞斜長為43m，距下部平洞斜長為202m。堵井部位示意圖見圖1。

圖1　堵井部位示意圖Fig.1　Diagram of shaft plugging position

3施工工藝流程

采用攝像定位分段爆破處理堵井的方法，主要流程為：鉆孔施工平臺搭設(shè)→套管跟進(jìn)鉆孔→攝像監(jiān)控初拔套管→裝藥→攝像監(jiān)控上拔套管→線形炸藥包引爆→攝像檢查當(dāng)前段堵塞處理情況→下一循環(huán)→堵井處理結(jié)束。施工工藝流程見圖2。

圖2　施工工藝流程圖Fig.2　Flow chart of construction process

4施工方案

4.1鉆孔平臺搭設(shè)

鉆孔平臺搭設(shè)于井下距堵塞段上部20cm處，先沿井壁用風(fēng)鎬擴(kuò)挖30cm，然后在凹槽內(nèi)安裝8根錨桿(直徑φ25mm、長2m、外露20cm)，搭設(shè)4根Φ20a工字鋼，工字鋼與錨桿焊接，工字鋼上鋪設(shè)@10cm×10cm的鋼筋網(wǎng)形成鉆孔平臺。鉆孔平臺示意圖見圖3。

圖3　鉆孔平臺立面示意圖Fig.3　Diagrammatic sketch of drilling platform

4.2鉆孔施工

(1)設(shè)備選型

由于鉆孔介質(zhì)為爆破后的松散渣體，鉆孔成孔難度大，常規(guī)巖石鉆機(jī)在松散體中無法成孔，借鑒工程錨索施工經(jīng)驗，鉆孔選用TL-40型錨固鉆機(jī)，該鉆機(jī)最大鉆孔直徑可達(dá)168mm，鉆孔深度可達(dá)50m，設(shè)備自重為200kg，外形尺寸3.2m×1.0m×1.2m，具有性能可靠，操作簡單，動力單一，體積小，重量輕，便于移動等特點(diǎn)，可滿足作業(yè)空間尺寸要求。采用與鉆機(jī)配套的TLB-60型拔管器，拔管直徑可達(dá)50 ～168mm，拔管深度可達(dá)60m。

(2)安裝及調(diào)試

設(shè)備安裝利用斜井?dāng)U挖時使用的10t卷揚(yáng)提升系統(tǒng)輔以人工完成，采取將鉆機(jī)分解后運(yùn)輸下井，在井下工作平臺進(jìn)行組裝的方法，減輕單件運(yùn)輸重量的原則，將設(shè)備泵站、動力頭、桅桿、機(jī)架及支撐桿、操作臺等結(jié)構(gòu)拆分后在斜井內(nèi)的運(yùn)輸。按照安裝順序進(jìn)行設(shè)備部件的運(yùn)輸，到位一件安裝一件，確保井內(nèi)有限空間的高效利用。

(3)鉆孔施工

鉆頭選用φ90mm的同心鉆頭，通過安裝在設(shè)備上的激光源的投射點(diǎn)來校準(zhǔn)鉆孔方向。

開孔鉆進(jìn)時，先采用低轉(zhuǎn)速、低鉆壓進(jìn)行鉆進(jìn)，開孔2m后，即可按正常鉆壓進(jìn)行鉆進(jìn)，隨時檢查鉆孔角度并糾偏。當(dāng)沖擊器后端接近導(dǎo)軌前端時，加接鉆桿和套管。成孔后按操作規(guī)程拆卸鉆桿。

(4)攝像定位初步上拔套管

將攝像頭下放至套管底端，并與圖像處理設(shè)備相連接，再采用布設(shè)于鉆孔施工平臺上的拔管器對套管進(jìn)行初步上拔，直至套管的底端與堵塞段底部相平齊；采用拔管器對套管進(jìn)行初步上拔過程中，通過與攝像頭相連的圖像處理設(shè)備對套管底端的上拔位置進(jìn)行監(jiān)控和定位。

套管跟進(jìn)、上拔套管過程示意圖見圖4。

圖4　套管跟進(jìn)、上拔套管過程示意圖Fig.4　Diagrammatic sketchs of process of sleeve following and pulling

4.3爆破方案

4.3.1爆破設(shè)計

(1)分段設(shè)計：將堵塞段由下至上分為多個相同高度的爆破單元，每個爆破單元高度控制在2m左右，采取條形集中藥包爆破。

(2)裝藥量計算：目前尚無此類爆破可參考的炸藥單耗，為了確保爆破效果，暫定炸藥單耗q=0.9kg/m3。單位長度爆破方量V=πr2L=4.9m3。單位長度裝藥量Q=q×V=4.4kg。藥卷直徑D=[4Q/(π×ρ)]1/2=70mm，因此選擇φ70mm的乳化炸藥。

(3)裝藥結(jié)構(gòu)：將乳化炸藥裝入DN75硬質(zhì)PVC管內(nèi)，安放起爆雷管制作成起爆藥包。藥包底部安裝木制導(dǎo)向頭，頂部封堵長度30cm，用粘土封堵密實，并在頂部安裝掛環(huán)，起爆藥包結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5　起爆藥包結(jié)構(gòu)圖Fig.5　Diagram of the primer structure

4.3.2單個爆破單元的操作步驟

(1)藥包放置位置的確定：裝藥前通過攝像監(jiān)控精確測定堵井段末端距操作平臺的距離；

(2)孔內(nèi)裝藥：將預(yù)先加工好的藥包頂端用2mm鋼絲懸掛，將藥包底端放至套管的內(nèi)側(cè)，手動溜放至預(yù)先確定的位置，溜放前可在鋼絲上做停止溜放的標(biāo)記；

(3)攝像探頭入孔：將攝像頭緩慢放入孔中，下放至起爆藥包頂端，并將數(shù)據(jù)線與圖像處理設(shè)備相連接；

(4)上拔套管：開啟拔管機(jī)，緩慢勻速進(jìn)行拔管，直至套管底部超過起爆藥包頂端1.5 ～2.0m時停止拔管；上拔過程通過攝像監(jiān)控裝置對套管底端的上拔位置進(jìn)行監(jiān)控定位；

(5)起爆：取出孔內(nèi)攝像探頭，進(jìn)行爆破網(wǎng)路連接，對藥包進(jìn)行起爆；

(6)爆后檢查：爆破后，在下部平硐檢查落渣情況，并通過落渣方量反算堵井疏通長度，再次將攝像監(jiān)控裝置放入孔底檢查爆破效果。

(7)單個爆破單元的操作步驟示意圖見圖6。

圖6　單個爆破單元操作步驟示意圖Fig.6　Diagrammatic sketch of operation steps for one blasting unit

4.4堵井處理結(jié)束

自下而上對每一個分段按上述步驟進(jìn)行重復(fù)爆破作業(yè)，可實現(xiàn)堵井疏通，整個堵井處理過程完成。

5操作要點(diǎn)

(1)鉆機(jī)基礎(chǔ)必須坐落在穩(wěn)定的平臺上，確保鉆進(jìn)過程中平臺的穩(wěn)定，按擬定的開孔傾角通過坡度尺和激光指向儀聯(lián)合確定。每鉆進(jìn)1 ～2m后，校核一次鉆孔角度。

(2)通過對鉆壓和鉆孔速度等方面的控制，確保鉆孔精度。合理使用鉆壓和鉆孔速度是保證鉆孔精度的重要因素。

(3)通過攝像裝置準(zhǔn)確定位，實現(xiàn)了套管上拔過程、藥包下放過程的可視性。使得套管上拔位置精確，藥包放置位置可控，確保了爆破效果。

6結(jié)論

(1)采用攝像定位分段爆破技術(shù)處理堵井步驟簡單、效果顯著，而且投入成本相對較低。

(2)采用攝像頭監(jiān)控能準(zhǔn)確摸清堵塞情況，實現(xiàn)了精細(xì)化作業(yè)，使堵井處理施工變得可控可視，形成了一套系統(tǒng)、完整、規(guī)范化的堵井處理技術(shù)。

(3)實施自下而上的分段爆破，并采用預(yù)先加工的條形起爆藥包，使得爆破作業(yè)可連續(xù)進(jìn)行，大幅度加快了堵井處理的施工進(jìn)度，節(jié)約了成本，使得堵井處理施工變得更可控、更安全、更規(guī)范。

(4)該方法適用范圍廣且受施工條件限制小，可用于大多數(shù)情況下的堵井疏通處理，特別是在堵塞位置深、堵塞段長的堵井，具有顯著優(yōu)勢。在類似工程的堵井疏通處理中有著廣泛的應(yīng)用前景。

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文章編號：1006-7051(2016)03-0070-04

收稿日期：2015-11-03

作者簡介：劉紫朝(1965-)，男，工程師，主要從事水利水電工程實踐研究。E-mail： 2205057889@qq.com

中圖分類號：TD235.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：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