基于RBM鉆孔方法的分析

鄒學(xué)新，楊光照，李云濤，欒洪海

（二炮士官學(xué)校四系，山東 青州262500）

RBM（Raise Boring Machine）鉆孔是機械化鉆孔的進程，通常用來鉆鑿垂直的或斜向的巖孔。40多年前，羅賓斯公司生產(chǎn)研制了世界上首部RBM鉆孔機械，在地下礦山采掘及建筑行業(yè)引起了一場革命，并且當(dāng)前RBM鉆孔依然是公認的具有世界領(lǐng)先水平的鉆孔方法。新型的RBM鉆孔設(shè)備，采用計算機控制、水平鉸刀技術(shù)，在地下施工掘進中發(fā)揮了巨大的作用。

1 RBM鉆孔過程

RBM鉆孔設(shè)備一般安裝在地表或兩個相連表面之間（圖1）。設(shè)備為鉸刀提供旋轉(zhuǎn)扭矩和推進力。使用鉆頭向下鉆鑿一直徑較小較深的導(dǎo)向孔，完成導(dǎo)向孔后，由大直徑的鉸刀沿導(dǎo)向孔向上鉸孔。鉸削下的巖石落到下面通過便捷的方式進行運輸。在中等硬度或軟巖中，RBM鉆孔設(shè)備可鉆鑿直徑為6m的孔洞，并且在較硬巖石中鉆鑿單程長度可達1km。

2 RBM鉆孔的應(yīng)用

RBM鉆孔在鉆鑿開始時，工人無需進入掘進洞內(nèi)，掘進過程無需爆破，并且鉆鑿孔洞輪廓平滑，減少勞動力，提高工作效率。以前認為是非常危險的鑿巖操作，現(xiàn)在都可以輕而易舉的執(zhí)行。在礦業(yè)工程（礦石運輸、通風(fēng)工程、礦石生產(chǎn)等）及民用工程（下水管道建設(shè)、改變或修復(fù)水道、石油管道、天然氣管道、原子能工業(yè)廢料存儲、公路隧道通風(fēng)、鐵路隧道通風(fēng)、洪水的存儲及排泄、電纜設(shè)施入口開鑿、漁場進出口建設(shè)等）鉆孔中都有廣泛的應(yīng)用。

圖1 RBM鉆孔進程

3 RBM鉆孔方法

圍繞RBM鉆孔設(shè)備的應(yīng)用，在縱向及橫向掘進中發(fā)展了一些列機械化鉆孔的方法，包括：水平鉆孔和小角度鉆孔、溜口鉆孔、盲孔鉆鑿、下鉸鉆孔、下導(dǎo)下鉸鉆孔、Bor Pak鉆孔等。

（1）水平鉆孔和小角度鉆孔

標準型的RBM鉆孔設(shè)備能夠鉆鑿45～90°的巖孔，并且在這個角度范圍內(nèi)設(shè)備的調(diào)整幅度很小。對于45°以下角度的鉆孔，在標準型RBM鉆孔設(shè)備的基礎(chǔ)上加些附件和輔助裝置就可實現(xiàn)（圖2）。

（2）溜口鉆鑿

圖2 鉆鑿小角度孔

溜口鉆鑿常用于上部入口狹窄或根本沒有入口的場合。設(shè)備架在較低的平面位置上，用鉆頭、鉸刀直接向上鉆鑿，鉆鑿過程中穩(wěn)定器隨著掘進進程周期性累加，以減少鉆桿的振動和彎曲應(yīng)力。開鑿的巖石受重力作用自動下落由RBM設(shè)備排除。在有沒有導(dǎo)向孔的情況下溜口鉆鑿都可以直接順利完成（圖3）。

圖3 溜口鉆孔

（3）盲孔鉆鑿

盲孔鉆鑿用于向下鉆孔受限或不可能的情況下。采用該方法時，使用向下鉆鑿的鉸刀鉆進系統(tǒng)由上向下鉆鑿。該系統(tǒng)鉸刀固定在中心軸的頭部；穩(wěn)定器安裝在鉸刀的上部重力存儲器的上下兩端，確保鉸刀垂直掘進。開鑿下的巖石由真空吸塵器或由倒轉(zhuǎn)的循環(huán)系統(tǒng)排除（圖4）。

（4）下鉸鉆孔

下鉸鉆孔，首先使用鉆頭鉆鑿導(dǎo)向孔，然后使用鉸刀從上到下沿導(dǎo)向孔開鑿，通過鉸刀對導(dǎo)向孔的鉸削獲得大直徑的巖孔（圖5）。下鉸鉆孔適于沒有推進系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的情況，鉸刀連接鉆桿，由變速箱驅(qū)動鉆桿并帶動鉸刀鉸削做功。在重力加載裝置上部下部都安裝有穩(wěn)定器，減少鉆桿振動，確保開鑿方向。

圖4 盲孔鉆鑿

圖5 下鉸鉆孔

（5）下導(dǎo)下鉸鉆孔

下導(dǎo)下鉸鉆孔，是采用較小直徑的鉸刀沿導(dǎo)向孔鉆鑿的一種方法。導(dǎo)向孔用來導(dǎo)向定位，使鉸刀沿著導(dǎo)向孔的方向鉆進。穩(wěn)定器安裝在鉸刀后面，在鉆進過程中防止鉆桿彎曲，減少振動，確保鉆孔方向。在標準鉸刀系統(tǒng)不適用或不能用的情況下，一般采用下導(dǎo)下鉸鉆孔（圖6）。

圖6 下導(dǎo)下鉸鉆孔

（6）Bor Pak鉆孔

Bor Pak鉆孔，是盲孔鉆鑿采用的新型系統(tǒng)。它主要包括：鉆機、動力系統(tǒng)、導(dǎo)管、輸送裝置、控制系統(tǒng)等組成。切削的巖石從設(shè)備中心落下，經(jīng)導(dǎo)管由輸送裝置排出運輸（如圖7所示）。Bor Pak掘進設(shè)備可鉆鑿直徑1．2m到2．0m的大直徑孔，鉆鑿最低角度為水平30°。在掘進中它雖然不使用鉆桿，但具有較高的掘進速度。尤其在短程掘進中，Bor Pak鉆孔更具靈活性，可獲得較高的經(jīng)濟效益。

圖7 BorPak鉆孔