1、1反井钻机施工技术在会宝岭铁矿巷道施工中的应用【摘要】在冶金矿山巷道施工中，为解决通风、排水、供电或为井下输送材料，往往需要施工一些直径 2m 以内的小天井。在以往的施工中，施工单位往往采用普通法进行人工施工，但存在较大安全风险，工期也不能保证。而反井钻机施工技术自上世纪六十年代在国际上出现以来已基本成熟，它具有安全风险低、成井速度快等优点，在冶金矿山天井中施工中的应用比较广泛，值得推广。本文以-60m 水平措施竖井工程的施工做为典型案例，来说明反井钻机技术在冶金矿山施工中的优越性。 【关键词】反井钻机 冶金矿山 应用 中图分类号： P634.3+1 文献标识码： A 文章编号： 1 前言 目
2、前国内矿井建设时期，工期要求紧，斜巷、平巷经常要同时施工，通常要掘进长距离的独头巷道。长距离的独头巷道给工作面供电、供风、排水等造成很大压力，同时独头巷道掘进过程中产生的各种有毒有害气体、粉尘等污染物聚集在独头掘进工作面附近，使独头掘进在作业过程中存在以下问题： 1）通风问题： 工作面作业环境差，对工人的身体健康造成极大危害。 机械设备磨损速度快，腐蚀严重，柴油机设备的运转效率低。 长距离独头巷道的传统通风方法是采用多台串联或抽压混合的通2风方式。以上通风方 式不但排风距离长、维护难、风阻大、漏风大，而且还存在有效风量率低、风质差、耗能大、 通风成本高等一系列问题。 通风除尘技术是解以上问题的
3、基本方式。但由于长距离独头掘进施工存在作业空间小，作业线路长，工作面不断变化、无轨运输频繁等特殊性，使得长距离掘进巷道的通风除尘与生产施工和电能的合理利用等方面存在着很大的矛盾。 2）供电、排水等问题 随着巷道距离的增加，供电线路线损显著增加，电压降幅急剧增加，需在布置高压线路进洞，巷道内增加变电硐室来解决供电问题。 随着巷道距离的增加（特别是斜坡道） ，排水级数也需随之增加，临时水仓、水泵也相应增加，一旦某一级排水出现问题，则有可能造成淹井的严重后果。 为解决上述问题，国内外研究者对长距离独头掘进进行了广泛的研究。 2 工程概况 临沂会宝岭铁矿有限公司斜坡道工程地点位于苍山县尚岩镇，距苍山县
4、城西部约 20 km，临沂至枣庄公路(206 国道)由矿区北侧横穿矿区，西距京福高速公路约 50km。设计能力 300 万吨/年。 斜坡道工程全长 4483m，从地面标高+80.000m 一直降坡降到-3410.000m 深度，平均坡度为 12%。净断面尺寸 4.5m*4.1m（宽*高） ，三心拱结构。独头掘进长度 3300m。在-60m（即斜坡道 1459m 左侧位置）处设平巷一处。-60m 中段掘进工程全长 1792m，与斜坡道联络巷长度48m。在-83m（即斜坡道 1724m 左侧位置）处设平巷一处。-83m 分段采准工程全长 1390m，与斜坡道联络巷长度 50m。 3 反井钻机施工
5、为解决长前言中所提到的问题，经建设方、监理方及施工单位协商在斜坡道-55m（即 1390m 位置）右侧掘进 16m 硐室，在地面相应位置（地面标高+97.000）施工措施孔，直径 1.1m，深度 152m。 反井钻机上世纪六十年代在国际上出现，主要用于地下工程竖井施工，它主要是将竖井钻机和巷道掘进机技术相结合形成的新设备和新工艺。目前国内竖井施工方法主要有，普通掘进发、吊罐掘进法、爬罐掘进法和反井钻机法。普通掘进法需要架设工作台，劳动强度大、工序繁杂、辅助时间长、通风困难、材料消耗多、掘进速度慢、效率低；爬罐法施工虽然机械化程度高，但辅助时间长，材料消耗大效率低；吊罐掘进法中心导向孔容易便宜而
6、且需要很好的岩石。反井钻机推广应用后,施工安全问题得到较好的解决，施工效率也大大提高。 3.1 反井钻机选择 首先根据钻孔深度、钻孔直径，初步选择相应的反井钻机，然后对钻机的主要技术参数进行验算： 实际工作拉力=动力头重量+扩孔钻头重量+钻杆重量+最大钻压 实际工作扭矩=破岩阻力矩+摩擦阻力 4在本工程中，钻进深度 152m、直径 1.1m 的钻孔，可以初步选择LM200 型反井钻机（其参数如表 1） ，进行钻机拉力和扭矩验算： 实际工作拉力40kN（动力头及油缸重量）25kN（扩空钻头重量）152m155kg9.8（重力加速度）/1000180kN（钻压）475.9kN 扭矩一般要求实际工作
7、拉力不超过钻机设计最大提升力的 60%，扭矩不超过设计最大扭矩的 60%。在本工程中 LM200 型反井钻机最大拉力为3065kN，实际工作拉力/最大拉力比是 15.5，LM200 型满足工程要求。表 1 LM200 型反井钻机主要技术参数 3.2 反井钻机施工工艺 反井钻进工艺，包括导孔钻进和扩孔钻进。 反井钻机钻进主要原理；由钻机电机带动液态马达旋转，由它的旋转带动水龙头产生液压动力，通过动力传导，将扭矩输送到钻具上，通过钻具系统的工作使钻杆、钻头旋转产生钻压，从而带动导孔钻头、扩孔钻头在岩石工作面上工作。与此同时，通过动力头以及钻杆将主油缸产生的轴向压力和轴向拉力传导到导孔钻头或者扩孔钻
8、头上去，然后带动钻头上的滚刀，通过滚刀上滚刀齿所受的冲击产生一定的作用力对岩石进行破碎。导孔钻工作时的循环冲洗液会对岩石破碎后产生的石屑进行冲洗，同时会被冲洗液产生的液压提升至钻孔外，钻孔外装有采石机和传送带，在石屑被送出钻孔后，会将其运出，起到一个出渣的作用。5由于导孔钻的不断工作，从钻入点开始，会水平垂直向下产生一个直径为 200-300 毫米的钻孔。在导孔与井下平巷贯通后，将导孔钻头卸下，装上扩孔钻头。钻杆应该扩孔钻进时不断地拆解直至拆完，然后将扩孔从下作业面拉回上作业面。在本工程中，钻凿 1.1m 的井孔时，只需先钻216mm 的导孔，当导孔钻透下水平巷道时将导孔钻头卸下，同时在钻透位
9、置接上 1.1m 的扩孔钻头，再由下往上扩孔钻至上水平巷道（或地面）即可。扩孔时破碎下来的岩屑靠自重落到下水平，由装载机或其它装载设备运出。具体反井钻机导孔工艺及扩孔工艺如图 1 与 2 所示。 图 1 反井钻机导孔工艺图 2 反井钻机扩孔工艺 -动力水龙头-钻杆-导孔钻头-从泥浆泵压入的泥浆-扩孔钻头-下水平巷道-扩孔自由落下的岩渣 -从环形空间返回的携带岩渣的泥浆-泥浆循环池-泥浆泵 3.3 施工达到技术指标 根据工程情况，技术参数控制指标为：钻孔直径 1.1m，深度 152m，钻孔偏斜率不大于 1.5 。施工速度，216mm 导硐 152m/5 天，扩孔速度 152m/22 天。 4 效
10、益分析 4.1 方案一 常规布置风、水、电等管线 受斜坡道断面限制，硐内只能布设直径 800mm 风筒。斜坡道正硐采用 110KW 风机，800mm 胶质风筒，漏风及风阻等影响最大通风距离1700m。1700-3300m 之间施工时需逐渐增加串联 75KW 风机 3 台。1700m 6到 3300m 长度为 1600m，按每月完成 150m 计算需 11 个月。-60m 中段工程配用 110KW 和 75KW 各一台。-83m 分段工程配用 110KW 和 75KW 各一台。同时在-55m 水平以上需设三级排水，设三个临时水仓，每个水仓各2 台 100kw 的水泵。 4.2 方案二 采用反井钻
11、机施工措施井布置风水管线 在措施井通风硐室先期配用 75KW 风机，后期配用 110KW 风机。-60m 中段工程在措施井通风硐室配用 75KW 风机。-83m 分段工程在措施井通风硐室配用 75KW 风机。在措施井内布置一级排水、高压电缆、通风等管线，节省管线长度 1238m。 通过计算，方案二比方案一节省 335 万元，而建井及硐室费用仅为80 万元，综合效益施工措施井可节省 255 万元。 5 总结 利用反井钻机施工措施井解决长距离巷道诸多问题是建井期间比较经济合理的方案,为矿山建井期间施工在辅助系统建设方面提供了新的思路。同时希望通过本文对反钻机施工技术的分析，能够让更多的人去了解它，让更多相关专业人士可以对其进行更深层次的研究与扩展，使它能够更好的为我国冶金矿山行业服务。 参考文献： 1刘志强。水电工程应用反井钻井技术的新进展J 。水力发电。2004（11） 2王党辉. LM120 型反井钻机钻杆拆卸特殊卡具J.煤矿机械.2002, 2(3):4647. 73黄跃东.反井钻机在主井井底煤仓施工中的应用J.中州煤炭.2001, (3):2425.
