天井钻机在矿山中的应用

林 勇

（新疆阿勒泰地区哈巴河县阿舍勒铜矿 阿勒泰 836700）

0 前言

湖南创远高新机械有限公司生产的AT3000L天井钻机主要用于井下高深度、大直径通风井及溜井施工。该型天井钻机首先施工正向¢260mm的导向孔，与下中段顶板贯通后根据所需要井径大小选择不同直径刀盘并安装进行反掘刷扩。目前阿舍勒已成功施工直径3m，井深150m的矿石溜井1条，井深100m的废石溜井2条，井深50m的切割天井、通风井等数十条。其钻进深度可达500m，钻进倾角45°～90°，垂直孔偏斜率可控制在0.5%以内，采用新型机械手辅助上、卸钻杆，大大降低了人工搬运钻杆时存在的安全风险，同时减轻了工人的劳动强度。

2015年8月份阿舍勒铜业公司采购的AT3000L天井钻机正式投入井下深部作业，该天井钻机具有生产效率高，成井质量好，操作安全，劳动强度低，钻孔偏斜率小的特点。阿舍勒铜业公司通过使用天井钻机进行深孔天、溜井的施工极大地改善了深部的通风条件，为深部二期工程的建设提供了强有力的技术支撑和安全保障。

1 AT3000L天井钻机的简介

天井钻机AT3000L天井钻机为自行履带式钻机，可在20°以下斜坡道自由行使，施工及行走控制均采用无线遥控进行控制。其主要组成由底盘总成、减速箱总成、底座总成、推进支撑机构总成、机械手总成、动力单元总成、钻具系统、液压系统、电气系统组成。

2 AT3000L天井钻机作业前硐室及风水电的相关措施准备

（1）施工硐室尺寸要求

顶部需施工长8m、宽4.5m、高4.3m的操作硐室。为更大限度节约施工硐室的掘进工程量，同时避免因顶板暴露面积过大造成的应力集中，一般将开孔位置定位在硐室偏左端，右端预留1.5m宽度用于摆放钻杆，左端预留0.8m行人。顶板施工吊装锚杆2根，用于井筒刷扩完毕后提取刀盘。若施工直径1.5m以上天、溜井需在钻机施工位置浇筑作业平台，以确保钻机开孔前的调平作业不受影响，预埋长度4m的24KG轨道两根，铺设在钻机支腿下放，用于井筒刷扩完毕后支撑钻机，防止发生钻机滑入井筒。若施工直径1.5m以下天、溜井则不需要预埋轨道。

底部硐室大小视运送刀盘的铲运机或其它运输设备的尺寸及及转弯半径而定。若施工直径1.5m以上天、溜井需在钻机施工位置浇筑作业平台，以确保钻机开孔前的调平作业不受影响，预埋长度4m的24KG轨道两根，铺设在钻机支腿下放，用于井筒刷扩完毕后支撑钻机，防止发生钻机滑入井筒。若施工直径1.5m以下天、溜井则不需要预埋轨道。

表1 AT3000L天井钻机的基本性能参数

（2）水、电管路的铺设

电路：AT3000L天井钻机主泵电机为132KW，水泵电机≤55KW，工作电压380V。

水路：AT3000L天井钻机作业时采用水压排渣方式，若作业点附近有高压泵站则可从高压泵站接一套2″管到孔口用于排渣，否则需自带作业用高压水泵站并开挖集水用的简易小水仓（长*宽*深为1.5*1.5*1）。根据使用经验总结，采用高压风联合使用高压水排渣则效果更好。

3 AT3000L天井钻机的作业和安全注意事项

（1）天井钻机立起主机时注意控制速度，不得过快；主机的垂直度或倾斜度复检一定要准确（孔倾斜大时必须停止作业重新开孔），每班作业前后需仔细检查水准仪，确定钻机是否处于调平状态。

（2）天井钻机开孔时注意保证开孔质量

首先将牙轮钻头与短钻杆接好，机械手抓住短钻杆送入机架内与机头连接好，机械手收回，机头下降至牙轮钻头与岩石接触位置。并在机架底座的孔内装入插板，扶住钻杆。

先开水，用小钻压（约15～20kg/mm²）低转速开孔，上下提钻头扫孔并及时清理孔内的岩渣。同时加强测量，发现孔偏斜时及时纠正，孔偏斜大时要另行开孔，绝不允许按已偏斜的钻孔继续钻进。

低转速开孔完第一根钻杆后，先停机后停水。取出该钻杆并检查混泥土基础情况，若发现打导孔时孔壁不光滑有岩渣外泄现象必须立即停机，及时拆出钻杆后重新打好混泥土。混泥土基础正常则及时换上带有稳定器的钻杆，钻孔深超过3m后才能按正常参数钻进。钻孔操作时钻进3m后加一根稳定器，钻进10m再加一根稳定器，以后每隔10～20m米加一根稳定器。

更换钻杆时注意加钻杆螺纹脂，防止钻杆咬合后难以拆卸。当钻孔深部超过20m后每钻完一根钻杆需冲水排渣1～2分钟。

（3）扩孔刀盘的安装

导孔钻通下部巷道后先将钻杆提升至可安装扩孔刀盘的合适位置，然后将待扩天井下部的刀盘用铲运机配合安装。扩孔时先慢速扩孔，待扩孔完全进入天井内（1～2m）之后才能按正常速度扩孔。

扩孔时的安全操作注意事项：

1）扩孔时推进油缸的拉力保持在70～80kg/cm²，如果卡钻，机头不能旋转，此时先将机头下降使刀盘脱开岩层，然后让机头空转，待运转正常后再逐步加大拉力进行扩孔。如果机头不能上下运行又不能旋转，而油马达和推进油缸油压正常，则可能为岩层塌方，较大的岩石卡住刀盘，此时可采用迅速地正反转方法将岩石震掉。切记不能反转360°以上。

2）扩孔过程中严禁机头反转，以防钻杆脱扣。

3）卸钻杆时，上紧机头与钻杆的螺纹后才能取走叉板，以防钻杆脱落。

（4）刀盘的锁定和吊出天井

1）天井刷扩完毕后使用插板卡住钻杆，用两个5吨的葫芦吊葫芦拉住刀盘，撤出钻机后使用机器人或者破碎台车剔除底板混凝土，用吊葫芦将刀盘拉升出井筒进行回收。

2）将锚网铺设在天井口，封闭天井，拉好警戒线并悬挂警示灯、警示牌。

4 使用经验总结介绍

（1）利用天井钻机钻进切割成型天井是一种人员不进入掘进掌子面操作的全机械化连续作业的天井施工法。天井钻进法与凿岩爆破法相比，具有以下突出优点：

1）机械化连续作业，极大降低了安全风险，工作人员不受炮烟、冒落等危害，无高空作业，人身安全得以保障。

2）效率高，钻进速度快（比普通凿岩爆破法快3～4倍）。导向孔钻进时约40分钟/米，刀盘切割作业时约80分钟/米。正常情况下，若每天按2班作业进行生产组织，一个50m高的中段天井切割成型的时间约为15～20天。

3）可大量节省凿岩、爆破、支护材料和人工工资，钻进成本低。

4）无炮烟、淋水，噪音和粉尘浓度小，作业环境好。

5）通过无线遥控操作，工人劳动强度低。每台班仅需2人（1人操作，1人辅助），劳动生产率高。

（2）天井钻机的作业硐室和通道建设的准备周期较长，对此需形成标准化施工，设计人员应对需进行天井钻机的作业中段提前做好规划和建设，方能充分发挥天井钻机的循环作业效率。

（3）要十分重视钻机主机立机时的倾斜度检查复核，必要时请测量人员进行核实,核实完后才能开钻，开钻时注意控制开孔质量，钻进中注意检查钻机的平稳度和倾斜度是否变化。

（4）钻进导孔时必须保证高压供水正常，保证能及时排渣。若岩渣过细（钻头磨损并且转速较低时研磨孔内岩渣而形成）或水压不足，不能排渣时应外接高压风管并接在高压水管上，进行辅助洗孔。