LM系列反井鉆機(jī)及反井鉆井技術(shù)發(fā)展

 

　　摘要：在LM系列反井鉆機(jī)設(shè)備和工藝技術(shù)上取得較大進(jìn)步，為了適應(yīng)煤炭、水電等深井工程建設(shè)的需要，由研制成LM-400型、LM-300型反井鉆機(jī)，和用于抗壓強(qiáng)度達(dá)到300MPa的極硬巖滾刀，為拓展反井鉆井技術(shù)應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

 

　　關(guān)鍵詞：反井鉆機(jī) 水電站建設(shè) 煤炭建設(shè) 巖石破碎

 

　　1．反井鉆機(jī)應(yīng)用概況

 

　　反井鉆機(jī)在20世紀(jì)五十到六十年代出現(xiàn)在美國和德國采礦工程領(lǐng)域，它是將隧道掘進(jìn)機(jī)和鉆井法鑿井機(jī)結(jié)合形成的井筒施工設(shè)備，用于施工礦山地下暗井、溜井、礦倉等導(dǎo)井工程。我國在八十年代將反井鉆機(jī)用于煤礦地下工程中，煤炭科學(xué)研究總院研制出LM系列反井鉆機(jī)，其中LM-120型反井鉆機(jī)1986年第一次應(yīng)用在開灤趙各莊礦，LM-200型反井鉆機(jī)在1992年4月首次將LM-200型反井鉆機(jī)應(yīng)用于十三陵抽水蓄能電站，完成直徑1.4m深度158m出現(xiàn)豎井導(dǎo)井施工，到目前反井鉆機(jī)先后在國內(nèi)各大礦務(wù)局（礦業(yè)集團(tuán)公司），十幾個水電站和抽水蓄能電站等工程應(yīng)用，最大豎井深度316m，最大斜井長度236m（傾角50度），由于反井鉆井施工技術(shù)具有安全、快速、高質(zhì)量等優(yōu)勢，得到地下工程建設(shè)者的歡迎。

 

　　2．LM系列反井鉆機(jī)

 

　　LM系列反井鉆機(jī)包括LM-90型、LM-200型和LM-200型，原設(shè)計主要是為煤炭系統(tǒng)中硬巖石（小于100MPa）、深度小于200m，直徑0.9－-1.2－1.4m的反井工程，雖然在實際工程應(yīng)用中也完成深度、巖石硬度都超過設(shè)計的豎井和斜井，但施工工效大大降低，事故率也大大增加，難以滿足快速建設(shè)煤炭、水電深井工程的目的。LM系列反井鉆機(jī)設(shè)計主要意圖有：

 

　　盡量減輕設(shè)備重量和體積，便于井筒內(nèi)提升下放和井下運輸；

 

　　要滿足煤礦井下有瓦斯、煤塵條件下防爆要求；

 

　　煤炭沉積地層巖石一般礦壓強(qiáng)度較低，單軸抗壓強(qiáng)度小于100MPa；

 

　　鉆孔直徑小于1.4m到2.0m，鉆孔深度小于200m：

 

　　3．LM系列反井鉆機(jī)完成的部分工程

 

　　反井鉆機(jī)可以應(yīng)用在地下工程中。

 

　　4．新型反井鉆機(jī)研制

 

　　2.1 ZFY2.0/400型（LM-400型）強(qiáng)力反井鉆機(jī)

 

　　為改變LM系列反井鉆井在煤炭、水電深井工程中應(yīng)用的一些不足之處，北京中煤礦山工程有限公司（原煤炭科學(xué)研究總院北京建井研究所）又研制成功ZFY2.0/400型（LM-400型）強(qiáng)力反井鉆機(jī)，該機(jī)是科技部專項資金項目。

 

　　2.1.1 ZFY2.0/400型反井鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)為：

 

　　(1) 導(dǎo)孔直徑： 270mm

 

　　(2) 擴(kuò)孔最大直徑： 2.0m

 

　　(3) 鉆孔深度： 400m

 

　　(4) 鉆孔傾角： 45～90°

 

　　(5) 適用巖石： 單軸抗壓強(qiáng)度<250MPa

 

　　(6) 額定推力： 1650kN（25 MPa）

 

　　(7) 額定拉力： 2400kN（25 MPa）

 

　　(8) 額定扭矩： 101.5kNm( 20 MPa）

 

　　2.1.2 ZFY2.0/400 型反井鉆機(jī)特點：

 

　　(1)該機(jī)專門為煤炭、水電深井工程特點設(shè)計，可以在堅硬的巖石中施工深度400m，直徑φ1.4、φ1.7、φ2.0m多種直徑的豎井和斜井導(dǎo)井工程；

 

　　(2)采用L型主機(jī)框架結(jié)構(gòu)，減輕了主機(jī)重量，易于調(diào)節(jié)鉆進(jìn)角度和方位，便于斜井施工。主機(jī)前后分別用兩根拉桿固定，鉆架間用較大截面型鋼固定，具有可靠的穩(wěn)定性；

 

　　(3)擴(kuò)孔時，采用大扭矩雙液壓馬達(dá)驅(qū)動，使鉆頭產(chǎn)生較大的扭矩；

 

　　(4)配備高性能液壓油過濾、冷卻系統(tǒng)，保證鉆機(jī)液壓系統(tǒng)能夠長時間連續(xù)、穩(wěn)定的工作；

 

　　(5)加長了鉆桿，減少裝卸扣長度，從而減少輔助操作時間，提高鉆桿特別是鉆桿絲扣的壽命，雖然鉆機(jī)高度增加，但是對于主要應(yīng)用于深井鉆進(jìn)，體積限制較小；

 

　　(6)采用全套自備的鉆桿搬運與裝卸輔助設(shè)備，包括液控小型轉(zhuǎn)盤吊、液控機(jī)械手、翻轉(zhuǎn)架、輔助卸扣裝置等，使鉆桿的裝卸靈活、準(zhǔn)確、操縱機(jī)械化。

 

　　2.1.3 ZFY2.0/400型反井鉆機(jī)實際應(yīng)用

 

　　(1)ZFY2.0/400型(LM-400型)反井鉆機(jī)設(shè)計完成后投入加工生產(chǎn)，2002年9月18日出廠驗收，2003年初運到瑯琊山抽水蓄能電站，對鉆進(jìn)進(jìn)行循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行配套；施工鉆機(jī)基礎(chǔ)；進(jìn)行鉆機(jī)安裝、調(diào)平找正、澆注地腳螺栓；鉆機(jī)是運轉(zhuǎn)；整個系統(tǒng)試運轉(zhuǎn)；導(dǎo)孔鉆進(jìn)；處理不良地層；拆到孔鉆頭；接擴(kuò)孔鉆頭；擴(kuò)孔鉆進(jìn)；拆機(jī)。完成了直徑1.4m、深度148.3m的地下廠房排煙豎井，其中導(dǎo)孔鉆進(jìn)時間12天，包括處理不良地層4天，擴(kuò)孔時間10天。

 

　　(2)宜興抽水蓄能電站位于江蘇省宜興市境內(nèi)的西南郊10km處的銅官山區(qū)，電站安裝4臺單機(jī)容量為250MW的可逆式發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為100MW。電站樞紐主要由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、地面開關(guān)站、下水庫及補(bǔ)水工程等建筑物組成。電站建設(shè)開工后，廠頂交通洞施工到位后，可以開始廠房排煙豎井施工，以便廠房開挖階段通風(fēng)。首先完成排煙豎井上口明挖施工，開挖到較完整、風(fēng)化程度低的巖石，施工鉆機(jī)基礎(chǔ)和循環(huán)池，然后安裝鉆機(jī)，最后鉆成直徑1.4m、深度218m的地下廠房排煙豎井。

 

　　2．2 LM-300型反井鉆機(jī)

 

　　LM-300型反井鉆機(jī)和LM-400型設(shè)計側(cè)重點不同，后者主要針對地面條件下施工深井，前者是在水電建設(shè)工程應(yīng)用普遍的LM－200型反井鉆機(jī)替代產(chǎn)品，解決LM－200型反井鉆機(jī)能力偏低的缺點，仍保留體積小、重量輕、搬遷移動方便的特點，具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。主要技術(shù)參數(shù)為：

 

　　(1) 導(dǎo)孔直徑： 216mm

 

　　(2) 擴(kuò)孔最大直徑： 1.4m

 

　　(3) 鉆孔深度： 300m

 

　　(4) 鉆孔傾角： 50～90°

 

　　(5) 適用巖石： 單軸抗壓強(qiáng)度<200MPa

 

　　(6) 額定推力： 320kN（25 MPa）

 

　　(7) 額定拉力： 1256kN（25 MPa）

 

　　(8) 額定扭矩： 50kN.m（20 MPa）

 

　　2．3 破巖滾刀

 

　　破巖滾刀是反井鉆機(jī)及反井鉆井技術(shù)關(guān)鍵，特別是硬巖反井破巖滾刀研制，技術(shù)難度更大。2003年水電電站建設(shè)的大力發(fā)展，其中大部分選址在堅硬巖石中，如山東泰安抽水蓄能電站、四川自一里電站、吉林白山電站、福建穆陽溪電站等多為花崗巖地層，巖石堅硬，單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)到250MPa，泰安抽水蓄能電站花崗巖抗壓強(qiáng)度達(dá)到310MPa，這類巖石石英、長石等磨粒性強(qiáng)的礦物含量在70％以上。專為煤炭軟巖以及中硬巖滾刀已不能滿足施工需要，在泰安抽水蓄能電站是用普通滾刀，其壽命只有5－10m，工效非常低，破巖刀具費用達(dá)到每米一萬元以上，這樣反井鉆機(jī)將無法作為工程設(shè)備應(yīng)用。為此，進(jìn)行了滾刀技術(shù)科技攻關(guān)，研制出特殊的硬巖滾刀，在泰安工程應(yīng)用其壽命達(dá)到125m以上，并經(jīng)多個電站不同巖石條件應(yīng)用實踐，硬巖滾刀可以滿足不同工程需要，解決了硬巖地層中鉆進(jìn)反井的難題。

 

　　5．結(jié)語

 

　　隨著我國能源開發(fā)需要，煤炭、水電、冶金等有大量地下工程，反井鉆機(jī)的應(yīng)用范圍將日益擴(kuò)展。LM-300和LM-400型反井鉆機(jī)的研制，極硬巖滾刀的在泰安抽水蓄能電鉆的成功應(yīng)用，使反井鉆機(jī)能夠較高效的破碎巖石，提高了反井鉆機(jī)功效，降低了工程成本。今后應(yīng)加強(qiáng)對深井反井鉆井工藝的研究，使反井鉆機(jī)在地下工程建設(shè)中發(fā)揮更大作用。