反井钻机钻井在井筒施工中的应用

王晋海

（晋煤集团 寺河矿，山西 晋城 048000）

反井钻机钻井在井筒施工中的应用

王晋海

（晋煤集团 寺河矿，山西 晋城 048000）

随着煤矿井工开采技术的进步，不仅要求快速机械化掘进，且对井筒工程提出了新要求。采用反井钻机工艺实现井筒快速施工，充分利用反井钻机施工小直径钻孔速度快、质量好、钻爆法破岩效率高等特点。这种工艺主要包括用反井钻机钻井和钻爆法刷大，并通过实例介绍了反井施工工艺技术。

反井钻机；反井施工；井筒施工

随着煤矿井工开采技术水平的进步，对于一些风井、煤仓、管道井、通风孔、暗井等井筒工程必须提高施工速度。井筒工程一般采用普通法凿井施工，工人要在裸露的顶板下作业，受落石、沼气、炮烟、粉尘的危害，伤亡事故时有发生，安全没保障，而且工效低[1]。采用反井钻机钻井结合钻爆法施工井筒很有推广意义。

1 反井钻机技术的发展与应用

我国在80年代将反井钻机用于煤矿地下工程，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，目前反井钻机已在国内各大矿业集团井筒工程中普遍应用。现在已有几种定型产品，施工工艺进一步完善成熟，尤其是进入21世纪国家鼓励和支持特大型反井钻机及其配套钻具的研制，应用范围扩大，除施工煤仓、暗井等浅孔外，还用到主井、副井、风井等工程，也用在瓦斯抽放井、地层泄压孔的特殊钻孔工程，取得较好效果[3]；应用领域也从煤炭系统等地下采矿系统延伸到水电系统、交通、铁道、建筑的隧道通风井、地下建筑物出口施工等领域。

2 寺河矿施工上庄回风暗立井的工程实践

（1）工程概况：上庄回风暗立井属寺河矿15号煤延工程，上口标高+533.447 m，下口标高+441.887 m，井筒深度91.56 m；反井钻施工井直径Φ3.5 m，放炮刷成净直径Φ7.5m，锚网喷支护。在下水平(15号煤)井底回风巷和上水平(3号煤)井底绕道之间采用反井钻机钻井施工暗立井，直径3500 mm，此次施工处于全风压当中。先用地质钻机自上而下施工导孔，导孔直径Φ216mm；后用BMC400型反井钻机自下而上扩至直径Φ3500mm；此后采用钻爆法。

（2）施工准备：检查施工地点的支护是否完好合格，修建循环水池（长3 m，宽2 m，深1 m）及围栏，并在钻机安装范围内施工（长6 m，宽2.8 m，厚2 m）基座。风、水、排水管路及瓦斯抽放系统延接至打钻地点。施工附近上下口各安装一部电话，确保通讯畅通。施工前在施工的钻孔下风侧300mm～500mm范围内悬挂一个便携式瓦检仪、CO便携仪，当便携式瓦检仪发生报警后，应立即停止施钻，采取相应措施，待瓦斯小于0.5%方可继续施钻。组织测量人员做好接点复测工作，按导线、水准点进行全面复核校验，进行井口十字基桩的布设。

（3）反井钻机施工方法：反井钻机是连续钻进导井的机械化设备，施工工艺是反井钻机安装在上部浇筑好的混凝土基础上，由上向下钻进小直径导向孔；导孔和下部巷道贯通后，拆掉导孔钻头，连接扩孔钻头，由下向上扩孔，见图1。导孔钻进时破碎下来的岩屑由循环液带出地面，扩孔时破碎下来的岩屑靠自重落到下水平，由耙矸机配合溜子上皮带运出。

（1）钻机安装：根据BMC400型反井钻机主要部件尺寸重量及现场道路通行能力，井下用专用起吊锚杆协助将钻机主机吊装到基础上方，其余各部件及辅助设备吊装到位。接通油路、电路、水管，加油，通电，超平主机，打地锚，钻机安装完毕。

图1 BMC400型反井钻机施工工艺图

（2）导孔刷大：将Φ216 mm（地质钻机导孔），导孔刷大至Φ270 mm（BMC400型反井钻机刷孔）若钻孔发生坍塌堵孔，可用泥浆泵将钻孔冲开。如果高压水仍不能冲开，则要制作专用捞渣筒将堵塞处捞通。施工完Φ216 mm导孔后，即可安装塔形钻头将导孔刷大。钻具排布顺序如下：塔形钻头+异型接头+稳定钻杆+普通钻杆，在两个马达同时工作的情况下，每根钻杆上丝扣时扭矩压力表示数不小于7MPa。

（3）扩孔钻进：换接扩孔钻头：导孔刷大与下水平巷道贯通后，在下水平拆下塔形钻头，安装φ3.5 m扩孔钻头。安装前首先将吊帽等各种专用工具运至井底，扩孔钻头运到钻孔中心点地面；确保上下水平通讯畅通，连接时上下呼应，上水平钻机操作手根据下水平指令操作。锚杆、锚索段扩孔：下水平巷道顶板以导孔中心点为圆心，直径3.5 m范围内的锚杆、架棚、悬挂金属网全部回撤，再用玻璃钢锚杆和塑料网片做临时支护。此时需要降低钻压、减小扭矩，尽量避免卡钻。正常扩孔：锚索锚杆段顺利通过后，进入正常扩孔阶段。扩孔期间整盘滚刀钻压为70 t，不可猛加钻压。当遇到破碎地层发生憋钻现象时，立即降低钻压、扭矩，平稳通过该地层后再逐渐将钻压扭矩恢复正常参数。

（4）完孔及钻机拆除：当钻头始距基础2.5 m时，要降低钻压慢速钻进，缓慢扩孔，直至钻头露出地面。完孔后，要将扩孔钻头固定悬挂，将钻架主机和一些辅助设备拆下。然后将钻头提出孔外，运到井上；再将泵车、油箱等拆装、整理、运输。清理现场后，全部钻孔工作结束。

（5）钻爆法刷大回风暗立井至净直径Φ7.5 m，锚网喷支护：掘进方式：井筒采用光面爆破一次成巷的掘进方式。井筒刷大施工时，炮眼深度为1.1 m，每次爆破185个炮眼，55.5kg炸药。每次爆破均以现有井筒面为自由面，无需掏槽眼。矸石直接落到井底，井底用耙岩机上溜子。施工顺序：暗立井上口巷道刷帮→暗立井锁口圈施工→绞车基础、安装绞车、天轮平台梁、天轮、组装吊盘、悬挂吊盘→暗立井井筒刷大施工→井底回风绕道刷巷→马头门施工。

3 反井钻机施工井筒的启示

（1）对于改扩建和某些下水平有生产系统的矿井，可以利用反井钻机钻井结合钻爆法施工井筒，工艺主要包括用反井钻井和爆破法刷大。这种方法充分利用反井钻机施工小直径钻孔速度快、质量好、钻眼爆破法破岩效率高等特点，实现井筒快速施工。这种工艺（和普通法工艺比较）有以下优点：施工安全，工效高（突出表现在破岩和装岩方面），井壁质量高，劳动强度小，节省通风和排水设备，降低成本，提高掘进速度。

（2）晋煤集团成功应用反井施工采区风井（2006年8月为改善通风条件，新建小东山风井2例和寺河矿上庄回风暗立井）;特别是大型或特大型反井钻机成功研制并应用（晋煤集团王台铺煤矿一次反井至5.0 m风井），为我们施工风井提供了借鉴的有益参考。

（3）在建井初期或改扩建过程中，可以考虑先施工下水平巷道，待下水平工程形成生产系统后，优先采用反井法施工井筒，不仅施工速度快，而且成本低。今后，应该加大矿井建设初期开拓方案中的应用，以提高建井速度和降低建井成本。

[1]彭先林，李佰存，吴君宁，等.对反井钻机钻井工艺的认识和应用[J].江西煤炭科技，2008(2):94-95.

[2]刘志强.大直径反井钻机及反井钻进技术[J].煤炭科学技术，2008，36(11)：1-4.

[3]刘志强，杨红，刘俊英.反井钻机在山东深反井工程中应用[J].山东煤炭科技,2004(3)：26-27.

[4]吴三仛.反井钻井施工技术在我矿推广应用的探讨[J].中国矿业,1999(8)：13-15.

Application of Raise-boring Machine in Shaft Construction

WANG Jin-hai
(Sihe Mine of Jincheng Coal Group,Jincheng Shanxi 048000)

Mining technology innovation not only requires fast comprehensive mechanized driving,but also makes a new demand for shaft construction.With small diameter,speedy drilling,good quality,and efficient rock-breaking,raise-boring machine could realize the fast shaft construction.This technique includes raise-boring machine and drilling-and-blasting method.The construction technology is illustrated with examples.

raise-boring machine;raise-boring technology construction;shaft construction

TD262.5

A

1672-5050（2012）09-0057-03

2012-02-12

王晋海（1978—），男，山西晋城人，大学本科，工程师，从事采掘一线生产管理工作。

樊 敏