小孔径深钻孔电缆下放技术研究与应用

张新社， 张大乾， 赵洪显， 石红卿， 史永安

(金川集团股份有限公司， 甘肃 金昌 737100)

1 前言

金川龙首矿区原井下供配电是通过龙首矿新2#提升副井井筒敷设动力电缆至各生产中段，但该井筒服务年限已长达30年之久，井筒开裂变形严重，对井下供电存在较大安全隐患，加之井下开采工程现已进入深部开拓，已有井下供电系统已不能满足井下深部开采供电负荷要求，对现有井下供配电系统升级改造迫在眉睫。为了避免动力电缆通过副井井筒敷设带来的安全风险，通过多方案论证，提出由地表先施工两条钻孔，钻孔深度均为510m，钻孔直径φ270mm。再从地表1 729m水平26#变电所将高压电缆通过钻孔敷设至井下1 220m水平中央变电所以形成新的双回路6kV供电系统，同时兼顾井下通讯需要，钻孔下放动力电缆时一并将通讯电缆也通过钻孔敷设至1 220m水平。该设计方案在金川矿山尚属首例，没有施工经验可循，如何在小孔径深钻孔内同时下放动力电缆和通讯电缆存在较大挑战。

2 施工方案

2.1 施工内容

根据设计，1#钻孔内需要敷设的电缆为高压电缆ZR- YJV32 8.7/15- 3×240mm21根，总长度为640m；高压电缆ZR- YJV32 8.7/15- 3×185mm21根，总长度为640m。2#钻孔内需要敷设的电缆为高压电缆ZR- YJV32 8.7/15- 3×240mm21根，总长度为640m，通讯电缆MHYA- 100×2×0.8mm21根，总长度为640m。

2.2 工期要求

根据生产需要，提出要以最短的时间内完成电缆下放和安装，为此，通过工期优化，共安排施工工期30天，包括施工前准备15天，钻孔内下放电缆15天。

2.3 施工总体思路

在2#钻孔东侧20m位置处施工稳车基础并安装25t稳车，钻孔位置上方安装钢支架和天轮。利用稳车下放悬吊钢丝绳，高压电缆、通讯光缆通过采用板卡卡设的形式与悬吊钢丝绳固定后缓慢下放至钻孔内。下设设施如图1所示。

图1 电缆下放设施示意图

2.4 施工难点和风险

(1)孔壁破损或孔内有杂物，可能造成下放电缆过程中中途卡孔，导致电缆及钻孔报废。

(2)在下放电缆过程中电缆与钢丝绳存在缠绕现象。

(3)下放电缆过程中，板卡卡孔，导致电缆及钻孔报废。

(4)由于钻孔较深、电缆重量大，在下放过程中可能造成电缆绝缘皮损坏，板卡脱扣。

3 方案实施

3.1 施工准备工作

(1)计算所有设备材料总重，进行稳车选型、钢支架加工参数确定。钢丝绳垂直使用长度为510m，质量M1=510×5.12=2 612kg；电缆在钻孔内垂直使用长度510m，高压电缆2根全部以型号为ZR- YJV328.7/15- 3×240mm2电缆重量计算，电缆单重13.2kg/m，质量M2=510×26.4=13 464kg；电缆抱箍合计质量M3=1 000kg；钻孔内通讯电缆重量510m，M4=1 000kg。因此井筒内下放物总质量(最大值)M=M1+M2+M3=17 076kg。依据规范要求：安全系数K取2～4倍。

(2)现场确定稳车安装位置，施工稳车基础。

(3)加工制作钢支架、电缆板卡、导向锥等加工件。导向锥采用φ219mm×6mm，L=1 000mm的钢管制作而成。

(4)加工制作。

3.2 实施过程

施工顺序：摄像头探孔→安装稳车及钢支架→稳车缠绳及布置→导向锥疏孔→下放电缆(同时安装钢板卡)→地表及井下固定。

(1)首先采用摄像头对两条钻孔孔壁进行检查，是否存在孔壁破损、倒刺以及孔内杂物堵塞现象。

(2)安装25t稳车，钻孔正上方位置安装钢支架，电缆下放前φ30mm钢丝绳缠绕在25t稳车卷筒上经天轮至地表钻孔位置，使用15.5mm钢丝绳将φ30mm钢丝绳与φ219mm×6mm钢管自制导向锥连接牢固。

(3)利用导向锥在钻孔内上下往复运行，对钻孔进行疏通，清理孔壁锈片和孔内泥浆、杂物。

(4)将电缆经导向锥与悬吊钢丝绳交叉卡设、绑扎牢固，并引至钻孔口。在下放电缆时，利用不旋转钢丝绳，减少电缆下放过程中缠绕现象，同时利用导向锥引导电缆下放[1]。

(5)依据钻孔口径以及电缆直径加工特殊电缆板卡，并交错布置，分开悬吊动力和通信电缆，保证板卡与孔壁之间有足够的安全间隙和重量平衡。

(6)下放电缆时,控制稳车速度，速度控制在每分钟0.3m，电缆每隔1.5m使用钢卡将电缆与钢丝绳固定牢固，钢板卡交错布置。刚开始下放时，使用人工将电缆牵引至钻孔，待下放电缆重量大于电缆盘摩擦力时，施工人员随时控制好制动装置，防止电缆盘转动速度较快损伤电缆。当电缆经钻孔下放时，施工人员时刻观察下放电缆长度，待下放接近设计长度时，安排施工人员至钻孔底部位置，待导向锥及电缆出钻孔后，人员人工将电缆及钢丝绳拖至平巷靠边处，使用对讲机的方式进行信号联络。板卡交错布置如图2所示。

图2 板卡交错布置示意图

(7)电缆下放到位后，将电缆与钢支撑架之间用钢丝绳固定装置进行固定牢固。

4 技术创新措施

针对施工难点和面临的风险，为了确保电缆能够通过钻孔顺利下放，多次组织专家进行方案论证，做了大量的前期准备工作并采取了一些行之有效的措施，主要体现在以下方面：

(1) 利用钻孔专用电子探测摄像头先进设备，探查孔壁情况。在下放电缆前，采用电子探测摄像头对两条钻孔孔壁进行检查，探查孔壁是否存在破损、倒刺现象，为顺利下放电缆做到心中有数[2]。

(2) 通过加工制作导向锥，起到疏通钻孔及引导电缆下放作用。在下放电缆前，利用特制加工的φ219mm×6mm，L=1 000mm导向锥对钻孔自上而下进行疏通，确保钻孔内无障碍。同时，在下放电缆过程中，导向锥悬吊至钢丝绳尾部，可以消除钻孔内电缆与钢丝绳之间旋转缠绕，起到引导作用。

(3) 加工制作特殊钢板卡。根据钻孔及电缆直径，加工特制钢板卡，钢板卡所有与钻孔接触面进行倒角圆弧化，以此来增大钢板卡与钻孔内壁间距。

(4) 特制钢支架。根据施工所需材料及加工件总重，经过核算加工特制支架，以保证下放电缆顺直，杜绝了电缆线地面拖拉，导致破损。

(5) 特制电缆转盘支架。在下放电缆时，为防止电缆重量大于电缆盘摩擦力时，使施工人员能随时控制，防止电缆盘转动速度较快损伤电缆。

5 结论

(1) 通过该方案的实施，安全、高效地完成了钻孔内供电电缆和通讯电缆的安装任务，解决了小孔径超深钻孔内同时安装两趟电缆的难题。

(2) 提高了作业环境的安全和钻孔电缆安装速度，避免了下放电缆时卡孔、通讯电缆折断和电缆脱落事故的发生，同时也保证了人员的安全作业。

(3) 该工程的成功实施，为今后矿山高压电缆、通信电缆敷设开辟了一条较为经济、有效、适用的途径[3]。