反井钻机在大隆矿斜井施工中的应用

宿 明 童 帅 易微微

(1.辽宁铁法能源公司大隆煤矿；2.湖北省京山县第一中学)

反井钻机在大隆矿斜井施工中的应用

宿 明1童 帅1易微微2

(1.辽宁铁法能源公司大隆煤矿；2.湖北省京山县第一中学)

为了解决大隆煤矿斜井施工中的安全环境问题并提高施工效率，在斜井掘进施工中使用了新型LM-300反井钻机，结合施工经验，详细论述了LM-300反井钻机的施工准备工作、施工程序、具体工艺和拆除步骤。实践证明，在43°斜井施工中，反井钻机施工工艺可以替代传统的人工反导井或爬罐斜井施工工艺，高效、安全。反井钻机能适用于大倾角、大深度的斜井施工,与其他导井施工方法相比较,具有一定的效率优势和明显的安全优势。

反井钻机 斜井施工 安全高效

反井钻机主要用于煤炭和水电系统的竖井和斜井施工，因成井速度快，施工安全，因而应用广泛。在煤矿斜井施工中，反井施工工艺应用范围广，工程量大，传统的施工工艺是由下向上采用爆破法循环施工，人员进入迎头，环境差，效率低，安全隐患大，使用反井钻机，不仅安全，而且施工效率高。

1 工程概况

铁能集团大隆矿南翼12层回风下山与南翼14层瓦斯道回风联络道为倾角43°、长40 m的拱形巷道，倾角陡，地质条件复杂,安全隐患尤为突出。本工作面老顶粗砂岩、细砂岩为主要含水层，以裂隙水为主,预计最大涌水量为8 m3/h，一般为5 m3/h，掘进过程中局部顶板可能会有淋水现象。经钻孔和实践分析，工作面区域内12和13煤层下方有592火成岩体，呈岩床侵入，12煤层局部受侵蚀变质。本工作面无陷落柱和河流冲刷带。根据现场施工和反井钻机的实际技术性能,决定采用反井钻机结合人工架设导角支架的方案进行施工,目前大隆矿LM-300型反井钻机的实际斜井施工记录未小于56°。

2 新型反井钻机简介

本次斜井施工采用LM-300型反井钻机，主要由钻机车、操作车、泵车、钻具4部分组成,配套辅助设备为一台潜水泵。其主要技术参数见表1。

表1 LM-300型反井钻机主要技术参数

3 施工准备

3.1 反井钻机运输

运输反井钻机前，在卸车地点铁道上方顶板施工4根起吊锚杆，选用φ22 mm×2 000 mm全螺纹等强锚杆，间排距为200 mm×200 mm，2支CKZ2370锚固剂，使用φ18 mm×64 mm链条配合M20螺丝、连接环连接锚杆作为起吊点。

在装卸反井钻机位置顶板挂好5 t手拉葫芦，起吊钩通过φ18 mm×64 mm链条配合M20螺栓、连接环与钻机架车连接。反井钻机架车到位锁车，使用手拉葫芦将钻机架车吊起距铁道上沿50 mm高度，再使用5 t手拉葫芦将反井钻机架车吊拽下道。

将5 t手拉葫芦用φ18 mm×64 mm链条配合连接环及M20螺栓固定在4根帮锚杆上，清理反井钻机件移运线路上的所有障碍物，将反井钻机件运到指定位置。按上述方法将其他反井钻机物件运到指定地点，不需要卸车的部件，使用2挂φ18 mm×64 mm链条配合连接环及M20螺栓将车辆锁在铁道上。

3.2 反井钻机的安装

3.2.1 安装前准备

在安装反井钻机处顶板施工6根起吊锚杆，规格为φ22 mm×2 000 mm全螺纹等强锚杆，间排距为200 mm×200 mm，2支CKZ2370锚固剂，使用φ18 mm×64 mm链条配合M20螺丝、连接环将锚杆与作业起吊点连接。钻机泵站主泵由2台75 kW的防爆电机组成，电压为380～660 V，副泵由一台11 kV补油泵电机和一台5.5 kW辅助电机组成，电压为380～660 V。水泵依现场实际而定。冷却器用清洁水，流量为13～15 m3/h，水压为0.98 MPa,导孔冲洗水流量不小于35 m3/h，水压为0.686～0.98 MPa，扩孔停止，冲洗水泵。水池尽量远离仓口，以便泥渣充分沉淀，水池容积不小于2 m3。上、下口安设电话，保持联系。

3.2.2 安装过程

反井钻机工字钢底座架按眼位采用底板锚杆固定，采用φ22 mm×2 000 mm全螺纹等强锚杆，使用2支CKZ2370树脂锚固剂，进行全长锚固，钻机架车体后方与底板锚杆间用φ18.5 mm以上绳扣或φ18 mm×64 mm链条配用M20螺栓、连接环连接牢固。按现场实际眼位中心，将反井钻机加强底座与眼位中心垂直，接触严密，使用M30螺丝固定。按钻机、钻杆、泵车顺序，使用手拉葫芦或回柱绞车将反井钻机运到回风眼硐室内，扩眼钻具运至预定孔底部位置，根据实际情况摆放好所有设备、设施。根据预钻孔中心位置，使用2台手拉葫芦调整钻机车位置，5挂φ18 mm×64 mm链条配合M20螺丝、M30花蓝螺丝、连接环将反井钻机捆绑牢固，链条另一端与帮、底锚杆连接，防止钻机摆动。

反井钻机调整完毕后，动力头接头与体轴同轴，按地测给定的中心，使用坡度仪测量出43°，以43°角正对预钻孔中心安装：注油→接电→接马达、油缸、管路→起动副泵→安斜拉杆→放翻转架→安装机械手、转盘吊→安装其余油缸管路→钻机调整、固定牢固→接水管→准备试车[1]。钻机调整、固定牢固后，全面检查各部件安装是否正确、牢靠,开泵检查压力，空载主泵为0.8～1.2 MPa，副泵为0.1～0.2 MPa，若异常，应停泵检查并处理，反井钻机试运转无误后，便可安装上钻杆、钻头，开孔钻进。

4 反井钻机施工工艺

反井钻机施工流程见图1。

图1 反井钻机施工流程

4.1 导孔施工

先导孔钻进是最关键的一步，影响着后续施工的成败。待管路连接就绪，冷却系统调试完成，钻进角度校核完成，才可开钻。慢速开孔钻进，且利用开孔扶正器和开孔钻杆配合，开孔深度一般为3 m，达到开孔深度后，退出开孔钻杆，退孔卸扣速度与转速要匹配，最后取下扶正器并拆下钻杆，接上普通钻杆进入导孔钻进[2]。导孔钻进时要注意以下事项：①由反铲或人工配合手推车及时清理返出的岩渣，防止堆积;②在距离下面水平巷道3 m左右，要降低钻进压力;③钻进一根钻杆后，必须待冲洗岩孔干净后才可接下一根钻杆;④导孔快钻透时，距钻孔中心10 m禁止人员入内;⑤导孔钻透后，钻机不停，停止泥浆循环，向导孔内注入清水，直至钻机平稳，扭矩平稳时方可停钻;⑥在钻进施工时，不能中途停水停电，否则可能会导致卡钻废孔。

4.2 扩孔施工

将扩孔钻头运到南翼14层回风眼下平盘硐室内，在施工地点找顶板岩性较好处施工2根起吊锚杆，采用全螺纹等强φ22 mm×2 000 mm锚杆，2支CK2370锚固剂，锚杆外露150 mm。将手拉葫芦固定在起吊锚杆上，将扩孔钻头吊进下眼口，并调整扩孔钻头位置，使钻杆中心与扩孔钻头中心重合，并在接头丝扣处抹上润滑油，连接扩孔钻头。为了扩孔钻进时钻头能平稳旋转，在修整工作面后才可钻进，使基本面和工作实际导孔垂直，最初时采用低钻压扩进，待钻头全部进入孔内，再按一般参数钻进。扩孔钻进时，如果发现排矸石矿渣不畅，钻头出现晃动激烈和钻进困难等现象，可能有大块岩石卡住刀盘，夹住刀具。此时应反复多次上提钻头，再下放一段距离，抖落大块岩石，然后一直以参数压力扩进施工直至完成。反井钻机施工示意见图2。

图2 反井钻机斜井施工示意

4.3 扩孔钻头及反井钻机架拆除

拆除施工顺序：系好安全带→提升动力头、拆除钻杆→安装起吊螺母→使用链条连接起吊螺母与动力头→穿工字钢、动力头下移→拆除钻机架→吊扩孔钻头→回风眼上口封闭[3]。

扩眼到位后，及时停钻，根据现场实际情况，上口基础破损时，要将上口基础用4 m长工字钢按间距200 mm排好，防止人员坠入眼内，作业人员要系好安全带。升起动力头至最高位置，并用卡瓦卡住钻杆下方扁，将卡瓦坐入底座圈，卸下钻杆。使用双股φ18.5 mm钢丝绳或双股φ18 mm×64 mm链条与钻头连接牢固，提起动力头，取出卡瓦。使动力头向下慢慢移动500 mm转为静止状态,在起吊螺母中间穿好2根3 m工字钢(24 kg/m铁道)，动力头向下慢慢移动，并设专人观察工字钢下放情况，连接链条松弛以后，将链条与动力头连接部位解开。

在回风眼硐室内垂直反井钻机架处挂好手拉葫芦或回柱绞车滑轮，将反井钻机架及工字钢底座托运到硐室外，装车升井。将手拉葫芦挂在回风眼硐室的起吊锚杆上，与双股φ18.5 mm钢丝绳或双股φ18 mm×64 mm链条连接。钻头从眼内拉出，钻头底部高出基础200 mm时，将4 m工字钢及木板摆放到扩孔钻头后方，封严上口。在回风眼边缘以外顶板上挂1台5 t手拉葫芦，将扩孔钻头落到底板上,托运到回风眼硐室外，装车升井。

5 结 语

43°斜井施工工程取得预期效果,实践证明，反井钻机施工斜井工艺是一种高效安全的施工工艺，可以替代传统的人工反导井或爬罐斜井施工工艺。现将反井钻机扩展到40°～90°钻井施工，为人工扩挖创造了有力条件。反井钻机施工工艺较为先进,能适用于大倾角、大深度的斜井施工,与其他导井施工工艺相比,具有一定的效率优势和明显的安全优势,在未来斜井施工应用中前景广阔。

[1] 孙 炯，何 勇.反井钻机在长斜井施工中的应用[J].四川水力发电,2003，22(4):60-61.

[2] 杨明伟.进口反井钻机在长斜井施工中的应用[J]. 云南水力发电,2007，23(4):89-90.

[3] 董洪星.LM-120型反井钻机施工斜井技术及研究[J].河北煤炭，2008(5):9-10.

2014-12-25)

宿 明(1977—),男，工程师，112700 辽宁省调兵山市。