反井鉆機(jī)在大隆礦斜井施工中的應(yīng)用

宿 明 童 帥 易微微

(1.遼寧鐵法能源公司大隆煤礦；2.湖北省京山縣第一中學(xué))

反井鉆機(jī)在大隆礦斜井施工中的應(yīng)用

宿 明1童 帥1易微微2

(1.遼寧鐵法能源公司大隆煤礦；2.湖北省京山縣第一中學(xué))

為了解決大隆煤礦斜井施工中的安全環(huán)境問題并提高施工效率，在斜井掘進(jìn)施工中使用了新型LM-300反井鉆機(jī)，結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)論述了LM-300反井鉆機(jī)的施工準(zhǔn)備工作、施工程序、具體工藝和拆除步驟。實(shí)踐證明，在43°斜井施工中，反井鉆機(jī)施工工藝可以替代傳統(tǒng)的人工反導(dǎo)井或爬罐斜井施工工藝，高效、安全。反井鉆機(jī)能適用于大傾角、大深度的斜井施工,與其他導(dǎo)井施工方法相比較,具有一定的效率優(yōu)勢(shì)和明顯的安全優(yōu)勢(shì)。

反井鉆機(jī) 斜井施工 安全高效

反井鉆機(jī)主要用于煤炭和水電系統(tǒng)的豎井和斜井施工，因成井速度快，施工安全，因而應(yīng)用廣泛。在煤礦斜井施工中，反井施工工藝應(yīng)用范圍廣，工程量大，傳統(tǒng)的施工工藝是由下向上采用爆破法循環(huán)施工，人員進(jìn)入迎頭，環(huán)境差，效率低，安全隱患大，使用反井鉆機(jī)，不僅安全，而且施工效率高。

1 工程概況

鐵能集團(tuán)大隆礦南翼12層回風(fēng)下山與南翼14層瓦斯道回風(fēng)聯(lián)絡(luò)道為傾角43°、長40 m的拱形巷道，傾角陡，地質(zhì)條件復(fù)雜,安全隱患尤為突出。本工作面老頂粗砂巖、細(xì)砂巖為主要含水層，以裂隙水為主,預(yù)計(jì)最大涌水量為8 m3/h，一般為5 m3/h，掘進(jìn)過程中局部頂板可能會(huì)有淋水現(xiàn)象。經(jīng)鉆孔和實(shí)踐分析，工作面區(qū)域內(nèi)12和13煤層下方有592火成巖體，呈巖床侵入，12煤層局部受侵蝕變質(zhì)。本工作面無陷落柱和河流沖刷帶。根據(jù)現(xiàn)場施工和反井鉆機(jī)的實(shí)際技術(shù)性能,決定采用反井鉆機(jī)結(jié)合人工架設(shè)導(dǎo)角支架的方案進(jìn)行施工,目前大隆礦LM-300型反井鉆機(jī)的實(shí)際斜井施工記錄未小于56°。

2 新型反井鉆機(jī)簡介

本次斜井施工采用LM-300型反井鉆機(jī)，主要由鉆機(jī)車、操作車、泵車、鉆具4部分組成,配套輔助設(shè)備為一臺(tái)潛水泵。其主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 LM-300型反井鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3 施工準(zhǔn)備

3.1 反井鉆機(jī)運(yùn)輸

運(yùn)輸反井鉆機(jī)前，在卸車地點(diǎn)鐵道上方頂板施工4根起吊錨桿，選用φ22 mm×2 000 mm全螺紋等強(qiáng)錨桿，間排距為200 mm×200 mm，2支CKZ2370錨固劑，使用φ18 mm×64 mm鏈條配合M20螺絲、連接環(huán)連接錨桿作為起吊點(diǎn)。

在裝卸反井鉆機(jī)位置頂板掛好5 t手拉葫蘆，起吊鉤通過φ18 mm×64 mm鏈條配合M20螺栓、連接環(huán)與鉆機(jī)架車連接。反井鉆機(jī)架車到位鎖車，使用手拉葫蘆將鉆機(jī)架車吊起距鐵道上沿50 mm高度，再使用5 t手拉葫蘆將反井鉆機(jī)架車吊拽下道。

將5 t手拉葫蘆用φ18 mm×64 mm鏈條配合連接環(huán)及M20螺栓固定在4根幫錨桿上，清理反井鉆機(jī)件移運(yùn)線路上的所有障礙物，將反井鉆機(jī)件運(yùn)到指定位置。按上述方法將其他反井鉆機(jī)物件運(yùn)到指定地點(diǎn)，不需要卸車的部件，使用2掛φ18 mm×64 mm鏈條配合連接環(huán)及M20螺栓將車輛鎖在鐵道上。

3.2 反井鉆機(jī)的安裝

3.2.1 安裝前準(zhǔn)備

在安裝反井鉆機(jī)處頂板施工6根起吊錨桿，規(guī)格為φ22 mm×2 000 mm全螺紋等強(qiáng)錨桿，間排距為200 mm×200 mm，2支CKZ2370錨固劑，使用φ18 mm×64 mm鏈條配合M20螺絲、連接環(huán)將錨桿與作業(yè)起吊點(diǎn)連接。鉆機(jī)泵站主泵由2臺(tái)75 kW的防爆電機(jī)組成，電壓為380～660 V，副泵由一臺(tái)11 kV補(bǔ)油泵電機(jī)和一臺(tái)5.5 kW輔助電機(jī)組成，電壓為380～660 V。水泵依現(xiàn)場實(shí)際而定。冷卻器用清潔水，流量為13～15 m3/h，水壓為0.98 MPa,導(dǎo)孔沖洗水流量不小于35 m3/h，水壓為0.686～0.98 MPa，擴(kuò)孔停止，沖洗水泵。水池盡量遠(yuǎn)離倉口，以便泥渣充分沉淀，水池容積不小于2 m3。上、下口安設(shè)電話，保持聯(lián)系。

3.2.2 安裝過程

反井鉆機(jī)工字鋼底座架按眼位采用底板錨桿固定，采用φ22 mm×2 000 mm全螺紋等強(qiáng)錨桿，使用2支CKZ2370樹脂錨固劑，進(jìn)行全長錨固，鉆機(jī)架車體后方與底板錨桿間用φ18.5 mm以上繩扣或φ18 mm×64 mm鏈條配用M20螺栓、連接環(huán)連接牢固。按現(xiàn)場實(shí)際眼位中心，將反井鉆機(jī)加強(qiáng)底座與眼位中心垂直，接觸嚴(yán)密，使用M30螺絲固定。按鉆機(jī)、鉆桿、泵車順序，使用手拉葫蘆或回柱絞車將反井鉆機(jī)運(yùn)到回風(fēng)眼硐室內(nèi)，擴(kuò)眼鉆具運(yùn)至預(yù)定孔底部位置，根據(jù)實(shí)際情況擺放好所有設(shè)備、設(shè)施。根據(jù)預(yù)鉆孔中心位置，使用2臺(tái)手拉葫蘆調(diào)整鉆機(jī)車位置，5掛φ18 mm×64 mm鏈條配合M20螺絲、M30花藍(lán)螺絲、連接環(huán)將反井鉆機(jī)捆綁牢固，鏈條另一端與幫、底錨桿連接，防止鉆機(jī)擺動(dòng)。

反井鉆機(jī)調(diào)整完畢后，動(dòng)力頭接頭與體軸同軸，按地測(cè)給定的中心，使用坡度儀測(cè)量出43°，以43°角正對(duì)預(yù)鉆孔中心安裝：注油→接電→接馬達(dá)、油缸、管路→起動(dòng)副泵→安斜拉桿→放翻轉(zhuǎn)架→安裝機(jī)械手、轉(zhuǎn)盤吊→安裝其余油缸管路→鉆機(jī)調(diào)整、固定牢固→接水管→準(zhǔn)備試車[1]。鉆機(jī)調(diào)整、固定牢固后，全面檢查各部件安裝是否正確、牢靠,開泵檢查壓力，空載主泵為0.8～1.2 MPa，副泵為0.1～0.2 MPa，若異常，應(yīng)停泵檢查并處理，反井鉆機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)無誤后，便可安裝上鉆桿、鉆頭，開孔鉆進(jìn)。

4 反井鉆機(jī)施工工藝

反井鉆機(jī)施工流程見圖1。

圖1 反井鉆機(jī)施工流程

4.1 導(dǎo)孔施工

先導(dǎo)孔鉆進(jìn)是最關(guān)鍵的一步，影響著后續(xù)施工的成敗。待管路連接就緒，冷卻系統(tǒng)調(diào)試完成，鉆進(jìn)角度校核完成，才可開鉆。慢速開孔鉆進(jìn)，且利用開孔扶正器和開孔鉆桿配合，開孔深度一般為3 m，達(dá)到開孔深度后，退出開孔鉆桿，退孔卸扣速度與轉(zhuǎn)速要匹配，最后取下扶正器并拆下鉆桿，接上普通鉆桿進(jìn)入導(dǎo)孔鉆進(jìn)[2]。導(dǎo)孔鉆進(jìn)時(shí)要注意以下事項(xiàng)：①由反鏟或人工配合手推車及時(shí)清理返出的巖渣，防止堆積;②在距離下面水平巷道3 m左右，要降低鉆進(jìn)壓力;③鉆進(jìn)一根鉆桿后，必須待沖洗巖孔干凈后才可接下一根鉆桿;④導(dǎo)孔快鉆透時(shí)，距鉆孔中心10 m禁止人員入內(nèi);⑤導(dǎo)孔鉆透后，鉆機(jī)不停，停止泥漿循環(huán)，向?qū)Э變?nèi)注入清水，直至鉆機(jī)平穩(wěn)，扭矩平穩(wěn)時(shí)方可停鉆;⑥在鉆進(jìn)施工時(shí)，不能中途停水停電，否則可能會(huì)導(dǎo)致卡鉆廢孔。

4.2 擴(kuò)孔施工

將擴(kuò)孔鉆頭運(yùn)到南翼14層回風(fēng)眼下平盤硐室內(nèi)，在施工地點(diǎn)找頂板巖性較好處施工2根起吊錨桿，采用全螺紋等強(qiáng)φ22 mm×2 000 mm錨桿，2支CK2370錨固劑，錨桿外露150 mm。將手拉葫蘆固定在起吊錨桿上，將擴(kuò)孔鉆頭吊進(jìn)下眼口，并調(diào)整擴(kuò)孔鉆頭位置，使鉆桿中心與擴(kuò)孔鉆頭中心重合，并在接頭絲扣處抹上潤滑油，連接擴(kuò)孔鉆頭。為了擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)鉆頭能平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，在修整工作面后才可鉆進(jìn)，使基本面和工作實(shí)際導(dǎo)孔垂直，最初時(shí)采用低鉆壓擴(kuò)進(jìn)，待鉆頭全部進(jìn)入孔內(nèi)，再按一般參數(shù)鉆進(jìn)。擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)排矸石礦渣不暢，鉆頭出現(xiàn)晃動(dòng)激烈和鉆進(jìn)困難等現(xiàn)象，可能有大塊巖石卡住刀盤，夾住刀具。此時(shí)應(yīng)反復(fù)多次上提鉆頭，再下放一段距離，抖落大塊巖石，然后一直以參數(shù)壓力擴(kuò)進(jìn)施工直至完成。反井鉆機(jī)施工示意見圖2。

圖2 反井鉆機(jī)斜井施工示意

4.3 擴(kuò)孔鉆頭及反井鉆機(jī)架拆除

拆除施工順序：系好安全帶→提升動(dòng)力頭、拆除鉆桿→安裝起吊螺母→使用鏈條連接起吊螺母與動(dòng)力頭→穿工字鋼、動(dòng)力頭下移→拆除鉆機(jī)架→吊擴(kuò)孔鉆頭→回風(fēng)眼上口封閉[3]。

擴(kuò)眼到位后，及時(shí)停鉆，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，上口基礎(chǔ)破損時(shí)，要將上口基礎(chǔ)用4 m長工字鋼按間距200 mm排好，防止人員墜入眼內(nèi)，作業(yè)人員要系好安全帶。升起動(dòng)力頭至最高位置，并用卡瓦卡住鉆桿下方扁，將卡瓦坐入底座圈，卸下鉆桿。使用雙股φ18.5 mm鋼絲繩或雙股φ18 mm×64 mm鏈條與鉆頭連接牢固，提起動(dòng)力頭，取出卡瓦。使動(dòng)力頭向下慢慢移動(dòng)500 mm轉(zhuǎn)為靜止?fàn)顟B(tài),在起吊螺母中間穿好2根3 m工字鋼(24 kg/m鐵道)，動(dòng)力頭向下慢慢移動(dòng)，并設(shè)專人觀察工字鋼下放情況，連接鏈條松弛以后，將鏈條與動(dòng)力頭連接部位解開。

在回風(fēng)眼硐室內(nèi)垂直反井鉆機(jī)架處掛好手拉葫蘆或回柱絞車滑輪，將反井鉆機(jī)架及工字鋼底座托運(yùn)到硐室外，裝車升井。將手拉葫蘆掛在回風(fēng)眼硐室的起吊錨桿上，與雙股φ18.5 mm鋼絲繩或雙股φ18 mm×64 mm鏈條連接。鉆頭從眼內(nèi)拉出，鉆頭底部高出基礎(chǔ)200 mm時(shí)，將4 m工字鋼及木板擺放到擴(kuò)孔鉆頭后方，封嚴(yán)上口。在回風(fēng)眼邊緣以外頂板上掛1臺(tái)5 t手拉葫蘆，將擴(kuò)孔鉆頭落到底板上,托運(yùn)到回風(fēng)眼硐室外，裝車升井。

5 結(jié) 語

43°斜井施工工程取得預(yù)期效果,實(shí)踐證明，反井鉆機(jī)施工斜井工藝是一種高效安全的施工工藝，可以替代傳統(tǒng)的人工反導(dǎo)井或爬罐斜井施工工藝?，F(xiàn)將反井鉆機(jī)擴(kuò)展到40°～90°鉆井施工，為人工擴(kuò)挖創(chuàng)造了有力條件。反井鉆機(jī)施工工藝較為先進(jìn),能適用于大傾角、大深度的斜井施工,與其他導(dǎo)井施工工藝相比,具有一定的效率優(yōu)勢(shì)和明顯的安全優(yōu)勢(shì),在未來斜井施工應(yīng)用中前景廣闊。

[1] 孫 炯，何 勇.反井鉆機(jī)在長斜井施工中的應(yīng)用[J].四川水力發(fā)電,2003，22(4):60-61.

[2] 楊明偉.進(jìn)口反井鉆機(jī)在長斜井施工中的應(yīng)用[J]. 云南水力發(fā)電,2007，23(4):89-90.

[3] 董洪星.LM-120型反井鉆機(jī)施工斜井技術(shù)及研究[J].河北煤炭，2008(5):9-10.

2014-12-25)

宿 明(1977—),男，工程師，112700 遼寧省調(diào)兵山市。