中國煤炭科工集團北京中煤攻克偏斜率控制難題——

將斜井施工偏斜率控制在0.3%以內(nèi)

斜井鉆進現(xiàn)場

日前，由中國煤炭科工集團北京中煤礦山工程有限公司(簡稱北京中煤)承建的重慶蟠龍抽水蓄能電站引水斜井工程順利完工。工程全部采用北京中煤自主研發(fā)的反井鉆機裝備及工藝施工，偏斜率控制在0.3%以內(nèi)，過程管理規(guī)范，組織有序，工期縮短了30%，為蟠龍抽水蓄能電站順利蓄水發(fā)電提供了保障。

斜井控制精度國際領(lǐng)先

蟠龍抽水蓄能電站位于重慶市綦江區(qū)西南部中峰鎮(zhèn)境內(nèi)，是重慶市第一座抽水蓄能電站，也是國家實施大規(guī)模“西電東送”主通道的中繼電源，主要承擔(dān)重慶電力系統(tǒng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故緊急備用等任務(wù)。該電站裝機容量120萬千瓦，以500千伏電壓接入重慶電網(wǎng)，工程投資71.2億元，將在2022年竣工投用。

蟠龍抽水蓄能電站由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、下水庫以及地面開關(guān)站等組成。其中，輸水系統(tǒng)采用“兩洞四機”方式布置，立面采用三級斜井布置，主要建筑物包括上水庫進/出水口、引水上平洞、1級斜井、引水中平洞、2級斜井、3級斜井、引水下平洞等。

北京中煤承擔(dān)的是引水壓力管道斜井及調(diào)壓豎井工程，包括6口斜井、2口豎井，總工程量1501米，成井直徑2.5米，其中有4口斜井斜長近300米，施工難度大，質(zhì)量要求高。

“引水斜井是抽水蓄能電站的咽喉。”蟠龍抽水蓄能電站副總經(jīng)理鄭德湘表示，工程能否順利完工直接決定著抽水蓄能電站能否按時蓄水發(fā)電。

中國煤炭科工集團首席科學(xué)家、北京中煤原副總經(jīng)理劉志強介紹，施工中最大的技術(shù)難點在于偏斜率的控制。豎井施工時，依靠設(shè)備自重，作業(yè)人員可以輕松控制偏斜率，保證豎井垂直。而在斜井施工中，設(shè)備在地球引力的作用下，會偏離目標(biāo)傾角位置，產(chǎn)生偏斜。反井成井后還需要人工刷大直徑至6米，對透孔精度要求非常高，且偏斜率不能高于0.6%。

為保證引水斜井施工精度和質(zhì)量，北京中煤采用自主研發(fā)的斜井鉆機和泥漿脈沖隨鉆測斜儀進行施工。無線隨鉆測量系統(tǒng)可以隨時監(jiān)測，在任意一點上皆可停泵測量井眼軌跡參數(shù)，全過程實時監(jiān)控先導(dǎo)孔。

另外，糾偏還不能過度，以免出現(xiàn)狗腿度。狗腿度指從井眼內(nèi)的一點到另一點方向變化而產(chǎn)生彎曲的角度，通常用來測量井眼彎曲程度或變化快慢。“角度彎曲像狗的腿一樣，所以叫狗腿度。”北京中煤鉆井所所長程守業(yè)說。

為了避免產(chǎn)生狗腿度，現(xiàn)場施工人員每5米就要測量一次偏斜率，及時糾偏。

斜井測量偏斜率和糾偏工作需要一個很重要的指標(biāo)——當(dāng)?shù)氐拇牌?。由于建設(shè)方?jīng)]有相關(guān)數(shù)據(jù)，項目部多次走訪綦江區(qū)相關(guān)單位進行查詢，但依然空手而回?，F(xiàn)場技術(shù)人員并沒有因此而氣餒。他們通過咨詢石油方面的專家，閱讀查詢相關(guān)論文和書籍，摸索出了一套磁偏角計算方法，采集周邊地區(qū)數(shù)據(jù)，套用合理的計算方法及參數(shù)，計算出當(dāng)?shù)氐拇牌恰?/p>

實際應(yīng)用也驗證了計算的準(zhǔn)確性。第一口斜井偏斜率為0.4%，通過分析復(fù)合鉆井效果，對原計算的磁偏角又進行了修正，使得隨后施工的井筒偏斜率均低于0.3%。

經(jīng)現(xiàn)場測量計算，6口反井斜井平均偏斜率為0.29%，遠低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，斜井控制精度達到國際領(lǐng)先水平。

程守業(yè)介紹，地質(zhì)條件復(fù)雜是本次施工中遇到的另一項挑戰(zhàn)。項目引水隧洞巖石以泥巖為主，局部為砂巖，部分巖層傾角大，巖石軟硬交替頻繁，施工中多次出現(xiàn)一根1米長的鉆桿穿過特軟、特硬、中軟3種不同巖石的情況，且同一擴孔水平面也存在巖石軟硬不均，卡鉆、磨鉆桿等現(xiàn)象。

卡鉆指鉆孔施工過程中，破碎帶或突然掉落的巖塊卡住鉆頭、鉆桿，造成鉆具無法轉(zhuǎn)動、鉆進。“這種情況處理起來非常困難。”程守業(yè)介紹，輕者需要處理幾天，延誤工期，嚴(yán)重時鉆具無法拔出，使得正在施工的鉆孔無法使用，需要重新開孔施工，甚至鉆頭、鉆桿被埋在孔內(nèi)無法取出而報廢。

工程項目經(jīng)理李英全介紹，在1號上斜井施工時，現(xiàn)場就出現(xiàn)過卡鉆險情?，F(xiàn)場人員連續(xù)2天不眠不休，土方法、洋招數(shù)輪番上陣，先后采用旋轉(zhuǎn)松動、草酸軟化等手段處理鉆具，最終結(jié)合振動器成功解決了卡鉆問題。

克服多重困難，提前完成施工

外部環(huán)境給施工帶來的困難也不少。

蟠龍抽水蓄能電站建設(shè)初期，施工現(xiàn)場、營地以及倉庫之間的距離較遠，要走大量的盤山公路。路況極差，又多雨多霧，塌方滑坡時有發(fā)生。雨天行車打滑，交通事故頻發(fā)，經(jīng)常一堵就是一天。

今年，綦江遭遇了80年以來最大的洪水，使施工現(xiàn)場的生產(chǎn)生活條件更加惡劣。為了減少下山采購生活用品的次數(shù)，避免斷糧，現(xiàn)場準(zhǔn)備的都是不易腐爛的土豆、白菜、蘿卜，每天換著法子吃。

重慶山區(qū)夏天濕熱多雨，冬天濕冷多雨。以北方人居多的項目團隊成員身上不同程度長了濕疹，八九月就用上了電熱毯、電暖氣。施工現(xiàn)場手機沒有信號，當(dāng)工地發(fā)生設(shè)備事故及其他情況時，他們需要徒步爬到山頂有信號的地方，才能和營地取得聯(lián)系。

工作環(huán)境惡劣，每口井何時開工還要根據(jù)總體工區(qū)進度而定，施工期間又遇到新冠肺炎疫情，施工難度進一步增加。

針對各種不利因素，項目部科學(xué)安排工期進度，做好材料和資金計劃、人員流動管理與疫情防控，保障工期進度。經(jīng)過不斷努力，反井?dāng)U孔施工平均每天進尺25米。

自2019年7月15日開始施工以來，每口井的施工進度均提前于合同工期。2020年6月，北京中煤完成了全部合同約定的內(nèi)容，比約定工期提前了近4個月，工期縮短了30%。

近年來，隨著新一輪抽水蓄能電站建設(shè)高峰的到來，電站規(guī)模越來越大，施工條件愈加復(fù)雜，工程難度不斷增加，北京中煤繼續(xù)推進反井技術(shù)和裝備升級，解決了一個又一個技術(shù)難題，有力保障了抽水蓄能電站建設(shè)。目前，他們正在福建廈門抽水蓄能電站施工，第一口斜井偏斜率僅為0.2%。