1、LM系列反井钻机及反井钻井技术发展（刘林松 杨红 刘志强）http:/ 时间： 2004 年 9月 14日 09:21 来源： 中国水利水电市场 放大 缩小 打印摘要：在 LM系列反井钻机设备和工艺技术上取得较大进步，为了适应煤炭、水电等深井工程建设的需要，由研制成 LM-400型、LM-300 型反井钻机，和用于抗压强度达到 300MPa的极硬岩滚刀，为拓展反井钻井技术应用打下基础。关键词：反井钻机 水电站建设 煤炭建设 岩石破碎1反井钻机应用概况反 井钻机在 20世纪五十到六十年代出现在美国和德国采矿工程领域，它是将隧道掘进机和钻井法凿井机结合形成的井筒施工设备，用于施工矿山地下暗井、溜井
2、、矿 仓等导井工程。我国在八十年代将反井钻机用于煤矿地下工程中，煤炭科学研究总院研制出 LM系列反井钻机，其中 LM-120型反井钻机 1986年第一次应用 在开滦赵各庄矿，LM-200 型反井钻机在 1992年 4月首次将 LM-200型反井钻机应用于十三陵抽水蓄能电站，完成直径 1.4m深度 158m出现竖井 导井施工，到目前反井钻机先后在国内各大矿务局（矿业集团公司），十几个水电站和抽水蓄能电站等工程应用，最大竖井深度 316m，最大斜井长度 236m （倾角 50度），由于反井钻井施工技术具有安全、快速、高质量等优势，得到地下工程建设者的欢迎。2LM 系列反井钻机LM 系列反井钻机包括
3、 LM-90型、LM-200 型和 LM-200型，原设计主要是为煤炭系统中硬岩石（小于 100MPa）、深度小于 200m，直径 0.9 -1.21.4m的反井工程，虽然在实际工程应用中也完成深度、岩石硬度都超过设计的竖井和斜井，但施工工效大大降低，事故率也大大增加，难以满足快速 建设煤炭、水电深井工程的目的。LM 系列反井钻机设计主要意图有：尽量减轻设备重量和体积，便于井筒内提升下放和井下运输；要满足煤矿井下有瓦斯、煤尘条件下防爆要求；煤炭沉积地层岩石一般矿压强度较低，单轴抗压强度小于 100MPa；钻孔直径小于 1.4m到 2.0m，钻孔深度小于 200m：3LM 系列反井钻机完成的部分
4、工程反井钻机可以应用在地下工程中。4新型反井钻机研制2.1 ZFY2.0/400型（LM-400 型）强力反井钻机为改变 LM系列反井钻井在煤炭、水电深井工程中应用的一些不足之处，北京中煤矿山工程有限公司（原煤炭科学研究总院北京建井研究所）又研制成功ZFY2.0/400型（LM-400 型）强力反井钻机，该机是科技部专项资金项目。2.1.1 ZFY2.0/400型反井钻机主要技术参数为：(1) 导孔直径： 270mm(2) 扩孔最大直径： 2.0m(3) 钻孔深度： 400m(4) 钻孔倾角： 4590(5) 适用岩石： 单轴抗压强度250MPa(6) 额定推力： 1650kN（25 MPa）
5、(7) 额定拉力： 2400kN（25 MPa）(8) 额定扭矩： 101.5kNm( 20 MPa）2.1.2 ZFY2.0/400 型反井钻机特点：(1)该机专门为煤炭、水电深井工程特点设计，可以在坚硬的岩石中施工深度 400m，直径 1.4、1.7、2.0m 多种直径的竖井和斜井导井工程；(2)采用 L型主机框架结构，减轻了主机重量，易于调节钻进角度和方位，便于斜井施工。主机前后分别用两根拉杆固定，钻架间用较大截面型钢固定，具有可靠的稳定性；(3)扩孔时，采用大扭矩双液压马达驱动，使钻头产生较大的扭矩；(4)配备高性能液压油过滤、冷却系统，保证钻机液压系统能够长时间连续、稳定的工作；(5
6、)加长了钻杆，减少装卸扣长度，从而减少辅助操作时间，提高钻杆特别是钻杆丝扣的寿命，虽然钻机高度增加，但是对于主要应用于深井钻进，体积限制较小；(6)采用全套自备的钻杆搬运与装卸辅助设备，包括液控小型转盘吊、液控机械手、翻转架、辅助卸扣装置等，使钻杆的装卸灵活、准确、操纵机械化。2.1.3 ZFY2.0/400型反井钻机实际应用(1) ZFY2.0/400型(LM-400 型)反井钻机设计完成后投入加工生产，2002年 9月 18日出厂验收，2003 年初运到瑯琊山抽水蓄能电站，对钻进 进行循环系统进行配套；施工钻机基础；进行钻机安装、调平找正、浇注地脚螺栓；钻机是运转；整个系统试运转；导孔钻进
7、；处理不良地层；拆到孔钻头；接扩孔 钻头；扩孔钻进；拆机。完成了直径 1.4m、深度 148.3m的地下厂房排烟竖井，其中导孔钻进时间 12天，包括处理不良地层 4天，扩孔时间 10天。(2) 宜兴抽水蓄能电站位于江苏省宜兴市境内的西南郊 10km处的铜官山区，电站安装 4台单机容量为 250MW的可逆式发电机组，总装机容量为 100MW。电站 枢纽主要由上水库、输水系统、地下厂房系统、地面开关站、下水库及补水工程等建筑物组成。电站建设开工后，厂顶交通洞施工到位后，可以开始厂房排烟竖井施 工，以便厂房开挖阶段通风。首先完成排烟竖井上口明挖施工，开挖到较完整、风化程度低的岩石，施工钻机基础和循环
8、池，然后安装钻机，最后钻成直径 1.4m、深度 218m的地下厂房排烟竖井。22 LM-300 型反井钻机LM-300型反井钻机和 LM-400型设计侧 重点不同，后者主要针对地面条件下施工深井，前者是在水电建设工程应用普遍的 LM200 型反井钻机替代产品，解决 LM200 型反井钻机能力偏低的缺 点，仍保留体积小、重量轻、搬迁移动方便的特点，具有更强的适应性。主要技术参数为：(1) 导孔直径： 216mm(2) 扩孔最大直径： 1.4m(3) 钻孔深度： 300m(4) 钻孔倾角： 5090(5) 适用岩石： 单轴抗压强度200MPa(6) 额定推力： 320kN（25 MPa）(7) 额
9、定拉力： 1256kN（25 MPa）(8) 额定扭矩： 50kN.m（20 MPa）23 破岩滚刀破 岩滚刀是反井钻机及反井钻井技术关键，特别是硬岩反井破岩滚刀研制，技术难度更大。2003 年水电电站建设的大力发展，其中大部分选址在坚硬岩石中，如山 东泰安抽水蓄能电站、四川自一里电站、吉林白山电站、福建穆阳溪电站等多为花岗岩地层，岩石坚硬，单轴抗压强度达到 250MPa，泰安抽水蓄能电站花岗岩 抗压强度达到 310MPa，这类岩石石英、长石等磨粒性强的矿物含量在 70以上。专为煤炭软岩以及中硬岩滚刀已不能满足施工需要，在泰安抽水蓄能电站是 用普通滚刀，其寿命只有 510m，工效非常低，破岩刀
10、具费用达到每米一万元以上，这样反井钻机将无法作为工程设备应用。为此，进行了滚刀技术科技攻关， 研制出特殊的硬岩滚刀，在泰安工程应用其寿命达到125m以上，并经多个电站不同岩石条件应用实践，硬岩滚刀可以满足不同工程需要，解决了硬岩地层中钻进 反井的难题。5结语 随着我国能源开发需要，煤炭、水电、冶金等有大量地下工程，反井钻机的应用范围将日益扩展。LM- 300 和 LM-400型反井钻机的研制，极硬岩滚刀的在泰安抽水蓄能电钻的成功应用，使反井钻机能够较高效的破碎岩石，提高了反井钻机功效，降低了工程成 本。今后应加强对深井反井钻井工艺的研究，使反井钻机在地下工程建设中发挥更大作用。参考文献：1刘志
11、强，反井钻机技术及发展，煤炭科学技术，2001 年，第四期（P9，12）2刘志强，甘文鸿等，反井钻机在水电工程建设中的应用，水力发电，2001年，第 12期（P53，54）；3刘志强，甘文鸿，反井钻机技术与地下工程开发，地下空间，1999 年10月，第 19卷第 5期（P425，428）作者简介：刘志强，1984 年毕业于山东矿业学院，研究员，现任北京中煤矿山工程有限公司钻井分公司经理，从事反井钻井施工技术及装备研究，和反井钻井工程承包和技术咨询，获得多项煤炭和电力科技进步奖，发表论文 30多篇。刘林松，男，汉，工程师，1966 年 10月 3日生，山县垣曲县，1990 年毕业于山东矿业学院矿
12、井建设专业，现在山西晋城宏圣建筑工程有限公司生产技术部工作。ZFY 系列反井钻机(原 LM 型) 产品图片技术特征ZFY 系列反井钻机采用全液压驱动，机型新颖、结构紧凑、机械化程度高，运输方便、操作简单、能满足在防爆要求的环境下作业，钻机适应性强，可满足矿山不同地质条件的施工要求可大幅度提高建井速度，且施工安全、成孔质量高，施工成本低的特点。使用反井钻机，这是建井工艺的一场革命。技术参数钻机型号基本参数 ZFY0.9/90(LM-90) ZFY1.2/100(LM-120)ZFY1.4/200(LM-200)ZFY1.8/250(LM-250)ZFY1.4/280(LM-280)ZFY1.4/
13、300(LM-300)导孔直径(mm) 190 244 216 244 250 250扩孔直径(m) 0.9 1.2 1.4 1.8 1.4 1.4钻孔深度(m) 90 100 200 250 280 300出轴转速(rpm) 5-33 5-33 5-33 5-33 5-36 5-36导孔额定扭矩(KN.m) 7 15 20 17 36扩孔最大扭矩(KN.m) 15 30 40 52 70钻头许用最大推力(KN) 150 250 350 700 550 550扩孔最大拉力(KN) 380 500 850 1250 1250 1300钻孔倾角（ ） 60-90 60-90 60-90 60-90
14、 60-90 60-90主机重量（t）包括搬运车 4.5 6.0 8.3 8.5 12 10主机运输尺寸(mm)( 长 宽高) 19009501115229011101430295013701700267013801560300014101740300014101740主机工作尺寸(mm)( 长 宽高) 238012752847297714223277323017703448335016503940328018103488328018103488钻杆有效长度(mm) 1000 1000 1000 1000 1000 1000钻孔偏斜率(%) 1 1 1 1 1 1电机功率(KW) 52.7 6
15、6 86 86 86 129.6驱动方式 全液压驱 动 全液压驱动 全液压驱 动 全液压驱 动 全液压驱动 全液压驱动适应岩性 岩石单向抗压强度140Mpa主要用途ZFY 系列反井钻机是为改变我国煤矿暗井施工广为采用的吊罐与人工施工的落后技术而研究设计的一种高效钻井设备，用户可根据钻孔直径和深度选用。反井钻机不仅能钻 a煤矿井下煤仓通风井、各种暗井、付井外，选被广泛应用于冶金、化工等矿山在岩层中钻、扩作用。主办单位：煤矿与煤炭城市发展工作委员会协办单位：北京嘉诚禾力广告有限公司联系地址：北京市海淀区恩济庄 18 号院 邮政编码：100036电话：010-88124838 88127046 传真：010-88124838 88127046
