天井钻机在切割井施工中的应用

天井钻机在切割井施工中的应用

赖爱婷   杨鹏

紫金矿业集团股份有限公司

摘  要：以某矿深部开拓切割井施工为例，介绍了AT1500天井钻机的主要施工工艺，对天井钻机与吊罐法施工进行了对比分析，最后提出了天井钻机施工的不足及改进措施。

关键词：天井钻机、切割井施工

    该矿深部开拓开采对象为标高+100m～-100m之间花岗岩型硫化铜矿石，岩石以坚硬半坚硬块状岩类为主，普氏硬度系数f=8～10,采用大直径深孔阶段嗣后充填采矿法开采，设计中段高度为50m，共分+50m、0m、-50m和－100m四个中段，切割井高度为46m，该矿另一采区518硐内采用吊罐法施工切割井，这种作业方式一旦设备故障或人员操作失误，乘罐人员安全得不到保障，并且采用吊罐法施工的切割井，井壁存在浮石多，成型差等现象，安全得不到保障。该矿于2014年2月引进湖南有色重型有限责任公司生产的AT1500型天井钻机，取得了良好的效果。

1  天井钻机施工工艺

1.1  AT1500天井钻机简介

 AT1500天井钻机由主机和行走两大部分构成，并带有泵站、钻具、电气控制操作箱等配套设备。该钻机采用全液压驱动技术，具有大扭矩，钻进无级调速，抗冲击性能好，工作可靠等特点，其基本性能如表1。

表1 AT1500天井钻机基本性能

其工作原理是主机通过钻杆提供给破岩刀具旋转扭矩和正向压力，使破岩刀具作用于岩石上，对岩石进行冲击、挤压和剪切，从而破碎岩石。钻机先正向钻出导孔、然后反向扩孔形成切割井，钻进导孔时，切削岩渣由专用水泵排出，扩孔作业时，产生的岩渣在重力作用下落入下水平巷道或硐室。掘井示意图见图1。

图1 AT1500天井钻机掘井示意图

1.2  主要工艺流程

 天井钻机施工主要分以下三个阶段：

（1）准备阶段。根据天井钻机外形尺寸的要求设计操作硐室，一般硐室的最小尺寸（长×宽×高）为6m×6.5m×4m。因钻机采用水压排渣方式，要求在操作硐室附近建立人工蓄水池，并配备排水量不小于40m³/h的专用水泵供水，然后将天井钻机安装在预先浇筑好的混凝土基础上，对正孔位中点，连接好各部分液压系统管路和电气线路，钻机安装好后，对机组各部件进行全面检查，一切正常后启动主机进行调试。

（2）导孔阶段。设备安装固定后用短钻杆、小钻压、低转速开孔，并断续推进，上下提动钻头扫孔，及时清理孔内的岩渣，钻进3 米后加1 根稳定器，钻进10 米后再加一根稳定器，以后每10-20 米加一根稳定器，随着钻孔深度的增加，稳定器之间的间隔可适当加大，对于破碎软岩层应采用低钻压，对于较坚硬岩层宜采用高钻压。

2  天井钻机与吊罐法施工的对比分析

   该矿以往采用吊罐法施工切割井，现通过46m高切割井为例，对天井钻机施工法与吊罐法施工效率、施工质量、施工安全及施工成本进行对比分析。

2.1  施工效率对比

     采用天井钻机施工切割井，扩刷硐室、安装电缆等施工准备期约5d，根据现场施工记录，采用天井钻机施工效率见表2。

表2 AT1500天井钻机施工效率

     采用吊罐法施工切割井，施工效率见表3。

表3 吊罐法施工效率

通过以上分析比较，可以得出天井钻机施工切割井工期约24天，吊罐法施工工期约29d，天井钻机施工效率快于吊罐法，且天井钻机具有连续作业性强，施工影响因素少的优点。

2.2  施工安全、质量对比

两种施工方法安全质量对比见表4

表4 两种施工方法质量、安全对比

     通过表4对比可以看出，天井钻机施工切割井井筒质量好，无炮烟中毒、高处坠落、冒顶片帮等危险，安全优势明显，而且机械化程度高，工人劳动强度小。

2.3 综合效果分析

与吊罐法掘进切割井相比，天井钻机施工优点有：施工安全高效、成井质量好、巷道偏斜率低、机械化程度高，工人劳动强度低等。缺点有：设备投资大、刀具磨损大、施工成本较高、钻机重量大，不便搬运等。

3  改进建议

（1）AT1500天井钻机设计是有轨设备，靠有轨电机车在轨道上拖动行走。而该矿各中段为无轨运输，无法满足生产要求，为此必须进行无轨化改造，主机是该设备的核心部分，建议在主机底部增加无轨车轮及车架。

   （2）为降低AT1500天井钻机施工成本，降低刀具磨损程度，建议改进滚刀和合金齿刀具的材质和结构形式，使之具有较高的刚度、强度和耐磨性，同时提高滚刀轴承的密封程度。

   （3）虽然天井钻机配备机械手用来从地面抓起钻杆，但还需采用人工方式将钻杆挪至机械手下方，因钻杆重量大，人工作业强度大，建议增加小型吊机辅助吊运钻杆。

4  结语

采用AT1500天井钻机在该矿深部开拓先后成功施工了多条切割井。天井钻机施工切割井具有效率高、安全性好等优越性，具有广泛的推广应用前景。

参考文献  

[1]   夏国文，宋菊峰.天井钻机扩孔掘进工况分析 [J].采矿技术,2013，(4).

[2]   孙书彬，汪忠波.天井钻机在夏甸金矿开拓工程中的应用 [J].采矿技术,2010,(1).

[3]  王长贵.地下矿石天溜井施工方法的探讨[J].采矿技术,2008.8(5):19-21.