潜孔钻机在矿山施工钻孔成井技术中的应用

潜孔钻机在矿山施工钻孔成井技术中的应用

陆郑权

中煤第七十一工程处有限责任公司安徽234000

摘要：潜孔钻机以其特有的凿孔特点占据了很大一块市场，文章分析了潜孔钻机发展现状，并提出了其在矿山施工钻孔成井技术中的应用，通过潜孔钻机在金属矿山井下施工废渣充填井钻孔成井技术的实践应用，打破人工掘进施工的常规操作，提高了短溜井掘进的经济效益和安全性，为其他金属矿山施工等类似工程提供了借鉴与参考。

关键词：潜孔钻机；矿山施工；钻孔成井

1前言

潜孔凿岩技术始于国外20世纪30年代，到60年代初我国矿山工业开始应用和推广，经过不到10年的时间，潜孔凿岩设备一举发展成为我国石方工程爆破的主要穿孔设备。目前，我国潜孔凿岩技术正紧跟世界的发展潮流向高气压的方向发展，它将在我国建筑、矿山、水电、道路及港口建设中发挥越来越重要的作用。

在潜孔凿岩作业过程中，冲击能量不同于气动和液压凿岩机要通过钻杆传递到钻头上，而是直接传递到钻头上，其能量传递效率高，凿岩效率不随钻孔深度增加而降低，同时，由于冲击器紧跟钻头，其工作压气全部通过钻头排放，有效地完成了压气能的二次利用，不仅增强了排渣效果，而且有效地提高了穿孔速度。

影响潜孔凿岩作业效率和成本的因素很多，除了岩石特性和节理构造之外，还有钻具的结构、冲击器的性能、钻机工作参数的匹配以及操作者的水平等。

2国内潜孔钻机概况

2.1国内潜孔钻机现状

我国对潜孔钻机的研究起步较晚，现露天潜孔钻机已有多种机型及其配套设备，而应用于地下潜孔凿岩的钻机早期仅有YQ-100型钻架，钻孔直径105mm，钻孔每台班6～7m。近年来，100mm左右孔径的井下潜孔钻机多台，但这些潜孔钻机由于钻孔直径和钻孔深度均较小，孔斜率也无法控制，不能满足大直径深孔采矿的要求。所以，我国从80年代开始试验大直径采矿法以来，先后从瑞典、美国、加拿大引进了ROC306、PromeeM177、Simba261、CMM-1、CMM-2、CD-360、CD-90等类型的许多潜孔钻机及其配套设备。随着大直径深孔采矿方法在我国的推广和应用，为了解决凿岩设备依赖进口的局面，近年来进行了一些研究工作，在钻具方面已有自己的系列产品，钻机的研究一直发展缓慢，主要以仿制为主。先后仿制了ROC306（国产型号DQ150）20余台，该钻机在我国大直径深孔采矿初期阶段发挥了重大作用，但由于其主要工作机构用气压驱动，使钻机工作效率不高，定位稳定性差，钻孔精度低，不能满足生产的需求，已淘汰使用。近年，山河智能和中南大学智能研究所共同研

发了SWDB系列一体化液压潜孔钻机，具有高气压潜孔钻进系统，能高精度、高效率地钻凿爆破孔。设计了功率匹配与负载适应的系统，实现了动力系统从动力-泵-负载全局功率匹配，有效降低了整机能耗，确保了整机最佳性能与高可靠性。

长沙矿山研究院研制了CS165E智能型整体式露天潜孔钻机，采用了先进的CANbus技术，实现了高度的智能化，利用盘式钻杆库增加了钻孔深度，节约了换杆时间，提高了凿岩效率。同时高度集成的液压系统使能耗大大降低。还开发了CS100L高风压履带式潜孔钻机、CS100D高气压环形潜孔钻机、CS100ET潜孔钻机。其中CS100D高气压环形潜孔钻机、CS100ET潜孔钻机可以应用于地下采矿，并能满足高效凿岩要求。

2.2国内潜孔钻机目前的发展思路

随着对效率和采矿自动化水平要求的提高，未来该类钻机在国内的市场潜力很大。因此，首先立足本身的技术实力，大力发展智能一体化液压潜孔钻机是有非常巨大的战略意义的。同时这也符合国家“十一五”规划支持机电液一体化控制的智能型产品技术发展，支持产品节能技术、先进环保技术的开发应用的要求。

3国内潜孔钻机发展存在的问题

（1）在安全和简易操作方面的设计考虑欠缺。

国外的潜孔钻机在接卸杆处都装有急停拉线与控制传感器，能及时防止事故的发生及扩大，防止人员的伤害及机器的损坏，安全保护措施周到；在设计上坚持以人为本的思想，驾驶环境舒适、安全、操作方便、劳动强度低并配置多种辅助机构；在动力头与钻架上还装有指示箭头，使接卸杆的到位情况一目了然，操作快捷方便，工作效率高。

（2）结构及参数没有合理匹配。如系统匹配、热平衡、油温及可靠性等方面问题，存在漏油、渗油等现象，外购、外协件的质量难以保证。

（3）自动化程度低，缺乏智能高效凿岩潜孔钻机。随着我国经济的发展，人们生活水平的提高，对产品质量与使用性能的要求也相应提高。国家重点工程因工期短，因此施工单位要求设备要具有高质量、高效率的特点，能够降低人力资源成本。因此，国内制造企业下一步应开发机动灵活、适应性强的臂架式一体化液压潜孔钻机。

（4）保养与维护。国外的潜孔钻机都编制了详细的使用维修说明书，规定了严格的操作规程，要求操作者严格执行。进口潜孔钻机价格昂贵，备品、备件供货周期长，价格不菲，因而使用单位一般也会严格按操作规程操作，并注意维修和保养，所以使用起来故障少，使用寿命长，生产效率高。而国产潜孔钻机价格相对来说就便宜的多，备品、配件供货也容易得到保证，相比之下使用单位对国产潜孔钻机的使用要求就有所松懈，操作者常不能严格按操作规程操作，不注意维修与保养。

4潜孔钻机在矿山施工钻孔成井技术工艺方案

废渣充填井钻孔成井工艺，即是在采空区顶部安全、合理的位置用潜孔钻机进行施工，根据采空区高度、平距、角度、爆破后成孔大小进行精确、精准布孔，然后爆破成井的技术。

施工顺序：

施工钻机硐室→支钻→调整角度、布孔→回收钻机→装药分次爆破→形成充填溜井。

4.1钻机硐室设计

根据技术要求，在施工前必须在充填溜井上部做钻机硐室，要求规格（宽×高）为3.0ｍ×3.0ｍ，深度根据现场而定。

4.2布孔角度

根据选点位置进行合理、精准地分布钻孔角度，钻孔角度宜选择在50°～90°之间，钻孔深度不宜大于30ｍ。

4.3钻孔布置

根据充填方案要求，设计1.0ｍ×1.0ｍ井位中施工９个孔（４个装药孔，５个空孔），采用正方形断面平行孔或圆形断面平行孔，利用立柱左右旋转及滑架左右调整进行钻孔施工，爆破后形成2.0ｍ×2.0ｍ的充填井。

5潜孔钻机在矿山施工钻孔成井技术中的施工工和方法

１）施工前由测量技术人员根据设计中心点放线，施工人员严格按照中心点施工中心孔。

２）潜孔钻机安装时，钻机立柱要垂直，安装牢靠，上、下脚爪必须用木料垫实，下脚爪垫枕木高度不得大于0.5ｍ，机高位置不能低于1.5ｍ，横臂必须水平，滑架安放必须垂直。

３）施工时严格按照设计角度施工，开孔前、后必须反复测量冲击器角度，保证施工孔的角度精准。施工过程中，压力要小，施工速度要慢，保证成孔质量。

４）施工过程中严格按照技术要求进行操作，详细记录透孔位置及地质情况，如岩性较差可考虑下塑料井壁管（井壁管壁厚不宜过厚）。

５）废渣充填井钻孔施工结束后由采矿技术人员对该井进行多次分段装药、成井爆破。

6结语

实践证明，潜孔钻机钻机在井下施工废渣充填井钻孔成井技术与人工掘进施工相比，具有安全性能高、成井质量高、节约成本、大幅减轻工人劳动强度等特点，为今后金属矿山施工充填井提供了可靠依据。

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