小孔徑深鉆孔電纜下放技術研究與應用

張新社， 張大乾， 趙洪顯， 石紅卿， 史永安

(金川集團股份有限公司， 甘肅 金昌 737100)

1 前言

金川龍首礦區(qū)原井下供配電是通過龍首礦新2#提升副井井筒敷設動力電纜至各生產(chǎn)中段，但該井筒服務年限已長達30年之久，井筒開裂變形嚴重，對井下供電存在較大安全隱患，加之井下開采工程現(xiàn)已進入深部開拓，已有井下供電系統(tǒng)已不能滿足井下深部開采供電負荷要求，對現(xiàn)有井下供配電系統(tǒng)升級改造迫在眉睫。為了避免動力電纜通過副井井筒敷設帶來的安全風險，通過多方案論證，提出由地表先施工兩條鉆孔，鉆孔深度均為510m，鉆孔直徑φ270mm。再從地表1 729m水平26#變電所將高壓電纜通過鉆孔敷設至井下1 220m水平中央變電所以形成新的雙回路6kV供電系統(tǒng)，同時兼顧井下通訊需要，鉆孔下放動力電纜時一并將通訊電纜也通過鉆孔敷設至1 220m水平。該設計方案在金川礦山尚屬首例，沒有施工經(jīng)驗可循，如何在小孔徑深鉆孔內(nèi)同時下放動力電纜和通訊電纜存在較大挑戰(zhàn)。

2 施工方案

2.1 施工內(nèi)容

根據(jù)設計，1#鉆孔內(nèi)需要敷設的電纜為高壓電纜ZR- YJV32 8.7/15- 3×240mm21根，總長度為640m；高壓電纜ZR- YJV32 8.7/15- 3×185mm21根，總長度為640m。2#鉆孔內(nèi)需要敷設的電纜為高壓電纜ZR- YJV32 8.7/15- 3×240mm21根，總長度為640m，通訊電纜MHYA- 100×2×0.8mm21根，總長度為640m。

2.2 工期要求

根據(jù)生產(chǎn)需要，提出要以最短的時間內(nèi)完成電纜下放和安裝，為此，通過工期優(yōu)化，共安排施工工期30天，包括施工前準備15天，鉆孔內(nèi)下放電纜15天。

2.3 施工總體思路

在2#鉆孔東側(cè)20m位置處施工穩(wěn)車基礎并安裝25t穩(wěn)車，鉆孔位置上方安裝鋼支架和天輪。利用穩(wěn)車下放懸吊鋼絲繩，高壓電纜、通訊光纜通過采用板卡卡設的形式與懸吊鋼絲繩固定后緩慢下放至鉆孔內(nèi)。下設設施如圖1所示。

圖1 電纜下放設施示意圖

2.4 施工難點和風險

(1)孔壁破損或孔內(nèi)有雜物，可能造成下放電纜過程中中途卡孔，導致電纜及鉆孔報廢。

(2)在下放電纜過程中電纜與鋼絲繩存在纏繞現(xiàn)象。

(3)下放電纜過程中，板卡卡孔，導致電纜及鉆孔報廢。

(4)由于鉆孔較深、電纜重量大，在下放過程中可能造成電纜絕緣皮損壞，板卡脫扣。

3 方案實施

3.1 施工準備工作

(1)計算所有設備材料總重，進行穩(wěn)車選型、鋼支架加工參數(shù)確定。鋼絲繩垂直使用長度為510m，質(zhì)量M1=510×5.12=2 612kg；電纜在鉆孔內(nèi)垂直使用長度510m，高壓電纜2根全部以型號為ZR- YJV328.7/15- 3×240mm2電纜重量計算，電纜單重13.2kg/m，質(zhì)量M2=510×26.4=13 464kg；電纜抱箍合計質(zhì)量M3=1 000kg；鉆孔內(nèi)通訊電纜重量510m，M4=1 000kg。因此井筒內(nèi)下放物總質(zhì)量(最大值)M=M1+M2+M3=17 076kg。依據(jù)規(guī)范要求：安全系數(shù)K取2～4倍。

(2)現(xiàn)場確定穩(wěn)車安裝位置，施工穩(wěn)車基礎。

(3)加工制作鋼支架、電纜板卡、導向錐等加工件。導向錐采用φ219mm×6mm，L=1 000mm的鋼管制作而成。

(4)加工制作。

3.2 實施過程

施工順序：攝像頭探孔→安裝穩(wěn)車及鋼支架→穩(wěn)車纏繩及布置→導向錐疏孔→下放電纜(同時安裝鋼板卡)→地表及井下固定。

(1)首先采用攝像頭對兩條鉆孔孔壁進行檢查，是否存在孔壁破損、倒刺以及孔內(nèi)雜物堵塞現(xiàn)象。

(2)安裝25t穩(wěn)車，鉆孔正上方位置安裝鋼支架，電纜下放前φ30mm鋼絲繩纏繞在25t穩(wěn)車卷筒上經(jīng)天輪至地表鉆孔位置，使用15.5mm鋼絲繩將φ30mm鋼絲繩與φ219mm×6mm鋼管自制導向錐連接牢固。

(3)利用導向錐在鉆孔內(nèi)上下往復運行，對鉆孔進行疏通，清理孔壁銹片和孔內(nèi)泥漿、雜物。

(4)將電纜經(jīng)導向錐與懸吊鋼絲繩交叉卡設、綁扎牢固，并引至鉆孔口。在下放電纜時，利用不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，減少電纜下放過程中纏繞現(xiàn)象，同時利用導向錐引導電纜下放[1]。

(5)依據(jù)鉆孔口徑以及電纜直徑加工特殊電纜板卡，并交錯布置，分開懸吊動力和通信電纜，保證板卡與孔壁之間有足夠的安全間隙和重量平衡。

(6)下放電纜時,控制穩(wěn)車速度，速度控制在每分鐘0.3m，電纜每隔1.5m使用鋼卡將電纜與鋼絲繩固定牢固，鋼板卡交錯布置。剛開始下放時，使用人工將電纜牽引至鉆孔，待下放電纜重量大于電纜盤摩擦力時，施工人員隨時控制好制動裝置，防止電纜盤轉(zhuǎn)動速度較快損傷電纜。當電纜經(jīng)鉆孔下放時，施工人員時刻觀察下放電纜長度，待下放接近設計長度時，安排施工人員至鉆孔底部位置，待導向錐及電纜出鉆孔后，人員人工將電纜及鋼絲繩拖至平巷靠邊處，使用對講機的方式進行信號聯(lián)絡。板卡交錯布置如圖2所示。

圖2 板卡交錯布置示意圖

(7)電纜下放到位后，將電纜與鋼支撐架之間用鋼絲繩固定裝置進行固定牢固。

4 技術創(chuàng)新措施

針對施工難點和面臨的風險，為了確保電纜能夠通過鉆孔順利下放，多次組織專家進行方案論證，做了大量的前期準備工作并采取了一些行之有效的措施，主要體現(xiàn)在以下方面：

(1) 利用鉆孔專用電子探測攝像頭先進設備，探查孔壁情況。在下放電纜前，采用電子探測攝像頭對兩條鉆孔孔壁進行檢查，探查孔壁是否存在破損、倒刺現(xiàn)象，為順利下放電纜做到心中有數(shù)[2]。

(2) 通過加工制作導向錐，起到疏通鉆孔及引導電纜下放作用。在下放電纜前，利用特制加工的φ219mm×6mm，L=1 000mm導向錐對鉆孔自上而下進行疏通，確保鉆孔內(nèi)無障礙。同時，在下放電纜過程中，導向錐懸吊至鋼絲繩尾部，可以消除鉆孔內(nèi)電纜與鋼絲繩之間旋轉(zhuǎn)纏繞，起到引導作用。

(3) 加工制作特殊鋼板卡。根據(jù)鉆孔及電纜直徑，加工特制鋼板卡，鋼板卡所有與鉆孔接觸面進行倒角圓弧化，以此來增大鋼板卡與鉆孔內(nèi)壁間距。

(4) 特制鋼支架。根據(jù)施工所需材料及加工件總重，經(jīng)過核算加工特制支架，以保證下放電纜順直，杜絕了電纜線地面拖拉，導致破損。

(5) 特制電纜轉(zhuǎn)盤支架。在下放電纜時，為防止電纜重量大于電纜盤摩擦力時，使施工人員能隨時控制，防止電纜盤轉(zhuǎn)動速度較快損傷電纜。

5 結論

(1) 通過該方案的實施，安全、高效地完成了鉆孔內(nèi)供電電纜和通訊電纜的安裝任務，解決了小孔徑超深鉆孔內(nèi)同時安裝兩趟電纜的難題。

(2) 提高了作業(yè)環(huán)境的安全和鉆孔電纜安裝速度，避免了下放電纜時卡孔、通訊電纜折斷和電纜脫落事故的發(fā)生，同時也保證了人員的安全作業(yè)。

(3) 該工程的成功實施，為今后礦山高壓電纜、通信電纜敷設開辟了一條較為經(jīng)濟、有效、適用的途徑[3]。