夯管锤非开挖技术在尾矿坝仰斜式排水孔工程中的应用.pdf

3 8 探矿工程( 岩土钻掘工程) 2 0 1 3年第4 0 卷第 1 期 夯管锤非开挖技术在尾矿坝 仰斜式排水孔工程中的应用 何光祥 ， 朱永宁 ( 1 甘肃省地矿局第三地质矿产劫查院， 甘肃 兰州 7 3 0 0 5 0 ； 2 甘肃省地矿局第一地质矿产勘查院， 甘肃 天水 7 4 1 0 2 0 ) 摘要： 根据甘肃省玛曲县格尔珂金矿尾矿坝体土石碾压部位的地质基本特征和排水孔工程施工技术要求， 经过 技术经济论证 ， 优选了尾矿坝仰斜式排水孔施工方案。将夯管锤非开挖技术成功应用于仰斜式排水孔工程施工 中， 取得了较好的效果， 为同类工程施工积累了经验。 关键词： 夯管锤； 非开挖技术 ； 尾矿坝； 仰斜式排水孔； 成孔工艺 中图分类号： T D 7 4 5 ； P 6 3 4 7 文献标识码： B 文章编号： 1 6 7 2 7 4 2 8 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 3 8 0 3 Ap p l i c a t i o n o f P i p e Re a me r Tr e n c h l e s s T e c h n i q u e i n I n c l i n e d Dr a i n a g e Ho l e o f Ta i l i n g s Da m HE G u a n g x i a n g ， Z H U Y o n g n i n f( N o 3 G e o i n v e s t i g a t i o n I n s t i t u t e ， G a n s u P r o v i n c i a l B u r e a u o f G e o l o g yM i n e r a l R e s o u r c e s ， L a n z h o u Ga n s u 7 3 0 0 5 0。C h i n a ；2 No 1 G e o i n v e s t i g a t i o n I n s t i t u t e ， G a n s u P r o v i n c i a l Bu r e a u o f Ge o l o gy Mi n e r a l Re s o u r c e s ， T i a n s h u i G a n s u 7 4 1 0 2 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Ba s e d o n t h e g e o l o g i c a l f e a t u r e s o f e a r t h r o c k c o mp a c t p a ns a n d d r a i n a g e h o l e c o n s t r u c t i o n r e q u i r e me n t s f o r t a i l i n g s d a m o f G e e r ma g o l d mi n e i n Ma q u o f G a n s u P r o v i n c e ，a n d b y t h e t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c a n a l y s i s ，t h e c o n s t ruc t i o n p l a n o f i n c l i n e d d r a i n a g e h o l e for t a i l i n g s d a m wa s o p t i mi z e d，p i p e r e a me r t r e n c h l e s s t e c h n i q u e wa s s u c c e s s f u l l y a p p l i e d i n t h e c o n s t r u c t i o n w i t h g o o d e ff e c t s ， w h i c h c o u l d b e t h e r e f e r e n c e f o r t h e s i m i l a r p r o j e c t Ke y wo r d s ：p i p e r e a me r ；t r e n c h l e s s ；t a i l i n g s d a m ；i n c l i n e d d r a i n a g e h o l e ；h o l e c o mp l e t i o n t e c h n o l o g y 1 工程概 况 甘肃省玛 曲格尔珂金矿尾矿坝坝基及排水井处 地形较平坦 ， 海拔高度 3 1 5 0 i n ， 草丛植被发育 ， 尾矿 库 内以 4 5 的坡度 向下游缓倾 ， 坝肩两侧为山 坡 ， 坡度 2 0 。一3 0 。 。尾 矿坝初 期 坝为碾 压式 土石 坝， 一期子坝为尾砂堆积 ， 后期子坝堆积为碾压式土 石坝 。尾矿 和水的混合物通过矿浆管 向尾矿池 内排 放 ， 尾矿经过 自然沉淀后 自然沉积在尾矿池内， 尾矿 水设计采用卧式排渗涵洞排出。但因维护不当， 排 渗涵洞已堵塞 ， 尾矿库无 回水系统 。在坝顶出现横 向裂缝 5条 ， 裂缝长约 1 5 n l ， 最短为 0 6 i n ， 缝宽 3 1 5 mm不等 ， 其原因是 由于原遗 留矿渣较多 ， 而且坝 体已连续加高， 第五级子坝坝基外侧座于第四级子 坝上 ， 内侧座于未经压实处理的尾矿砂上 ， 从而产生 不均匀沉降造成坝体裂缝， 裂缝趋势向库区一侧沉 降， 且向坝体中部沉降。库内浸润线水位上升过高， 直接威胁到尾矿坝 的安全稳定性 ， 仰斜式排水孔工 程是治理措施之一。 尾矿库坝体一般为残坡积土碾压回填而成， 其 岩土成分复杂且松散 ， 常规钻探成 孔方法往往无法 解决孔壁稳定 ， 造成塌孔埋钻 ， 以至无法成孔。甘肃 省地矿局第三地质矿产勘查院在玛曲格尔珂金矿尾 矿坝仰斜式排水孔施工中引进 了夯管锤非开挖技 术 ， 并取得 了成功。 2设计要求 玛曲格尔珂金矿尾矿坝仰斜式排水孔工程设计 钻孔 5个， 孔深 8 0 m， 钻孔倾角 5 。 ， 成孔孑 L 径 1 5 4 1T in， 安设 3 IT in井管。施工选用成孔管为 0 1 5 2 r f l in X 1 0 n l lT l 的钢管。 设计仰斜式排水孔部位为土石碾压式坝部位 ， 其地质成分以灰白色大理岩石块石与浅黄色粘质粉 土混杂堆积。多呈棱角 一次棱角状 ， 粒径一般 2 2 0 c m， 大者为 4 O 6 0 c m， 具有上细下粗特点。 根据勘查资料 ， 仰斜式排水孔施工钻遇的地层 ： 0 1 m为块石层； 1 1 0 in为角砾、 碎石夹块 石； 1 O 6 0 in为浅黄色粘质粉土夹碎石块石； 6 O一 8 0 m矿浆沉积物。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 41 6 作者简介： 何光祥( 1 9 6 4 一) ， 男( 汉族) ， 重庆人 ， 甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院灾害防治院施工部技术负责、 工程师， 探矿工程专业， 从 事岩心钻探、 地质灾害防治施工、 文物保护岩体加固等岩土工程施工工作， 甘肃省兰州市七里河区兰工坪路 1 2 1 号， 1 4 5 0 1 5 2 6 0 3 q q c o m。 2 0 1 3年第 4 0卷第 1 期 探矿工程 ( 岩土钻掘工程 ) 3 9 3 施工主要设备机具 由于坝体为残坡积土碾压 回填而成 ， 其岩土成 分复杂且松散 ， 库区 内的矿渣大部水分饱和。通过 分析研究 ， 夯管锤在非开挖铺设管道已大量使用， 将 该工艺推广到岩土成分复杂且松散地层 的仰斜式排 水孔施工是较为理想 的。结合工程 实际 ， 选定 B H 一 2 6 0型冲夯锤作为工程仰斜孔成孔施工设备， 其 技术参数 为： 外径 2 6 0 m m， 长度 1 5 2 0 m m， 质量 6 0 0 k g ， 耗气量 39 m mi n ， 空气压力 0 4 0 7 MP a ， 夯管直径 1 6 8 5 5 0 m m。 根据冲夯锤的技术参数 ， 选 用英格 索兰 4 0 0型 空压 机 。 在项 目实施前做好设备 、 附属设备 、 机具的配套 工作 ， 材料 、 配件都充分 的准备好 。此外 ， 我们还设 计并加工 了该项 目施工所需的拔管架 、 导向锥 、 夯管 垫等 ( 如图 1 3所示 ) 。 图 1 拔管架 一 l C 一 号 一 1 2 0 3 0 2 80 图 2 导 向锥 图 3 夯管垫 4施工工艺 4 1 工艺原理 冲夯锤施工 的原理 ： 利用冲夯锤的打管能力 ， 将 成孔管夯人地层， 在成孔管达到设计深度后， 成孔管 内安装井管， 拔出成孔管后成井。 4 2 施工工艺流程 设备、 机具准备一平整施工场地一设备安装就 位一打入成孔管一井管制安一拔成孔管一成井一封 孔一洗井。 4 3 技术参数 施工技术参数见表 1 。 表 1 施工时参考技术参数 4 4 施工场地平整 做好单孔施工现场的平整工作 ， 为成孔施工创 造条件 。仰斜式排水孔都在坝体外侧斜坡上 ， 并且 施工场地宽度 2 3 m， 长度 1 2 m， 仰斜式排水孔一 般与水平夹角为 3 。 5 。 ， 所 以场地平整需要沿排水 孔轴线延长线进行。 4 5 设备安装调试 ( 1 ) 把 B H一2 6 0型冲夯锤安装槽钢轨道之上 ， 将第一根成孔管与冲夯锤连接并对准孔位， 要求在 一 条轴线之上 ， 成孔管前端安装锥形导向头 ， 同时起 到封堵管头的作用 ， 使其在夯人 时避免土石进入管 内影响井管安装 ； ( 2 ) 导向头圆柱端与成孑 L 管为嵌入式连接； ( 3 ) 通过调整槽钢底面高程来实现设计孔位 ； ( 4 ) 在夯人过程 中必须保证夯管与成孑 L 管 的直 线度 ， 夯管锤和成孑 L 管要靠紧 ， 并用张紧皮带拉紧； ( 5 ) 用高压风管连接空压机与冲夯锤。 4 6 夯入成孔管 ( 1 ) 在各项夯管准备工作就绪后 ， 以 6 8人用 力将夯管锤往里拉紧 ， 空压机开始送风 ， 初始风压调 至 0 5 MP a 左右 ， 以小风量进行夯管 ， 以送气量能起 动夯管锤 即可， 待夯人 23 m后增 大风量 ， 进入正 常夯管状态 ； ( 2 ) 正常夯管时 的送风量 ， 以夯 管锤 在其 轨道 上平稳工作 ， 不跳动为宜； ( 3 ) 夯管过程 中需派专人 随时紧固张 紧皮带 ， 夯完一根 ， 退开冲夯锤加上下一根成孔管， 继续焊接 牢固。 4 7 井管制安 ( 1 ) 按照设计要求加工滤水管 ； ( 2 ) 安插井管最前端加工成锥形并封 口， 每隔 5 6 m焊支架 ， 以便井管顺利安装 。 4 8 拔成孔管 ( 1 ) 井管制安完成后将夯管锤调 向， 装入拔管 探矿工程 ( 岩土钻掘工程) 2 0 1 3年第 4 0卷第 l 期 架内， 成孔管与拔管架焊接； ( 2 ) 将夯管锤朝外打， 借助拔管架拔出成孔管； ( 3 ) 打出一根成孔 管 ， 即从焊接部 位割下一根 成孔管 ， 重新将拔管架与再下一根成孔管焊接 ， 直至 拔完为止。 4 9 封孑 L 成井 ( 1 ) 在成孔管拔出后 ， 即要进行封孔作业 ； ( 2 ) 采用水泥砂浆注浆封井 ， 注浆时将注浆管 插人井管外环状间隙后进行封 口； ( 3 ) 浆液用砂浆搅拌机搅拌 均匀， 浆液初凝前 用完， 注浆管路保持畅通。 4 1 0 洗井 注浆工作完成后， 在水泥砂浆凝固前， 立即在井 管中插人 0 5 i n ( 1 2 7 m m) 水管至花管 5 8 m， 注 清水洗井 。首先将井 内的砂浆 冲出井 外。待水 清 后， 再将水管继续插到井底注水 ， 注入的水 自井 口流 出， 水清为止。 5 施工效果 5 1 夯管锤成孔工艺的地层适应性 气动夯管锤作为非开挖敷设管线 的新型设备 ， 具有工艺先进 、 施工程序简便 、 施工周期短 、 质量好 、 投资小等优点。根据实际施工情况， 孔深 0 3 0 m 打人较快 ， 随着深度的加深 ， 摩阻力 的增大 ， 速度逐 渐变慢 。但在进入库区矿浆层时 ， 摩阻力增加不大 ， 湿润的土体进尺较快 。土体中的石块对打入速度有 一 定 的影响， 有较小石块时可以通过 ， 但是石块较大 时很难通过 。所 以， 该工艺不适合孔 比较深且块石 含量大的地层 ， 也不适合卵砾石地层。 I - Il I - ( 上接第 3 7页) 0 2 2 。 ， 平均机械钻速达到 3 1 9 m h ， 比邻井提高 了 2 3 6 4 ， 均取得了很好的防斜、 纠斜和提速效果。 4结论 ( 1 ) 方正地 区最易发生井斜为宝一段和新安村 +乌云组地层 ， 钻进过程中要特别注意防斜 。 ( 2 ) 优化设计出了适应 方正地 区易斜层位 的防 斜、 纠斜钻具组合， 同时应用复合钻井技术， 达到了 提高钻井速度 的目的。 ( 3 ) 应用垂直钻井系统 ， 取得了很好 的防斜 、 纠 斜以及提速效果。 5 2 施工效果 在本项 目施 工 中， 设计 5个孔共 4 0 0 m。实际 完成 4 2 3 2 m， 纯钻进时间 1 2 4 h ， 平均时效 3 4 1 m h 。施工技术统计见表 2 。 表 2 仰斜式排水孔钻进统计 6结语 通过夯管锤成孔施工这一新型工艺在玛曲县格 尔珂金矿矿 山地质环境恢 复治理 二期工程 中的应 用， 成功并完成了5个仰斜式排水孔的施工任务， 为 我单位掌握坝体地质条件复杂、 软弱夹层 内施工仰 斜式排水孔积累了实践经验， 取得重要的技术参数， 为该工艺的推广使用积累了经验。 参考文献： 1 张建 非开挖导向钻进 浅层水平井施工实践 J 探矿工程 ( 岩 土钻掘工程 ) ， 2 0 1 0 ， 3 7 ( 2 ) 2 黄辉 镜屏一级 电站尾 水调压 室大角度上仰锚 索施工 J 探 矿工程( 岩土钻掘工程 ) ， 2 0 0 9， ( 2 ) ： 5 5 5 6 3 颜纯文 非开挖管线施工技术的发展及我国对策 J 探矿工 程( 岩土钻掘工程) ， 1 9 9 8 ， ( 2 ， 3 ) 4 孙丙伦 应用气 举反循 环钻进工艺成 功解决 钻井施工 疑难 问 题 J 探矿工程 ( 岩土钻掘工程) ， 2 0 0 7， 3 6 ( 6 ) 5 刘永杰， 古风林 ， 刘彦林 岩土灌浆技术在滑坡治理中的应用 J 探矿工程 ( 岩土钻掘工程) ， 2 0 1 0， 3 7 ( 3 ) ： 6 67 0 参考文献 ： 1 李文明 ， 陈绍云 ， 刘永 贵 优快钻井 配套技术在希 5 05 4井应 用实践 J 探矿工程( 岩土钻掘工程) ， 2 0 1 0 ， 3 7 ( 6 ) ： 4 6 2 周延军 ， 陈明 ， 于承朋 元坝 区块提高 钻井速度 技术方 案探析 J 探矿工程 ( 岩土钻掘工程 ) ， 2 0 1 0， 3 7 ( 5 )： 1 4 3 杨力 几种 防斜技术在宣页 1 井 的试验应用 J 探矿工程 ( 岩 土钻掘 工程 ) ， 2 0 1 1 ， 3 8 ( 5 ) ： 3 73 8 4 潘仁杰 螺杆钻具控制井斜的理论分析与应用研究 D 四川 成都 ： 西南石油学院， 2 0 0 3 5 刘磊 ， 刘 志坤 ， 高晓荣 垂直钻井 系统在 塔里木 油 田应用 效果 及对 比分析 J 西安 石油大 学学 报 (自然科学 版 ) ， 2 0 0 7， 2 2 ( 1 ) ： 7 9 8 1