论文部分内容阅读
摘要：本文通过对反井钻机在井下煤仓导井施工的应用，为同类井下煤仓导井施工提供了一定的经验借鉴。
关键词：矿山工程；井下煤仓；反井钻机；导井施工
中图分类号：F407.21文献标识码：A文章编号：
1、 工程概况
赵家寨西翼采区煤仓设计净直径10.0m、净断面78.5㎡，掘进断面94.98㎡，深33.186m，底部设计成双漏斗；煤仓上口位于西翼上仓皮带巷机头硐室上平台，西翼上仓巷上平台现采用锚网喷支护，净断面20.7m²；煤仓下口位于主井底装载硐室行人斜巷与装载皮带巷交岔点向东108m处，与装载硐室皮带巷相连，煤仓下口处巷道现采用锚网喷支护，净断面13.6m²。
2、施工方案
对于下部有出口的竖井工程，井身开挖一般采用先导井后扩挖的施工方案。导井施工方法有正井法和反井法，正井法是由上向下掘一小井，这种方法工效低、不安全，除在特殊条件下已很少应用；反井法由下向上施工导井，石渣直接落到井底，施工速度高于正井法。反井法主要有木垛法、吊罐法、爬罐法、反井钻机法，木垛法、吊罐法、爬罐法需要施工人员进入工作面，存在较大的安全隐患；反井钻机法实现了全机械化施工，不需要施工人员直接进入工作面，并可以连续施工，效率高，速度快，安全性好。
结合赵家寨西翼煤仓的实际情况采用反井钻机施工导井，具体施工方案为：2.1在上仓皮带巷机头硐室煤仓上口先施工反井钻机基础。
2.2反井钻机在煤仓的近中心位置正向钻一个Φ241mm的导孔与装载硐室皮带巷贯通。
2.3在煤仓底完成扩孔钻头的安装，自下向上一次完成Φ1400mm导井的扩孔。
2.4 在煤仓下口合适位置安装一台耙碴机和一部皮带，及时将石碴排至装载皮带上运出。
3．煤仓导井施工机械设备配置
导井直径采用1400mm，根据实际情况，选用ZFY1.4／300（BMC 300）型反井钻机进行施工。
反井钻机型号及技术参数如下：
本煤仓采用的是防爆型ZFY1.4／300（BMC 300）反井钻机，该钻机采用全液压驱动，主要由主机、操作台、主泵机、、副泵机、钻具等组成。其中钻具包括导孔钻头、φ1.4m的扩孔钻头，钻杆（开孔钻杆、稳定钻杆和普通钻杆）等。
为满足施工需要，另需配置泥浆泵、潜水泵、吊装工具等设备。
4．施工准备
4.1 风、水、电布置
4.1.1 施工用风：利用矿方提供的供风系统集中供风。
4.1.2 施工用水：主要用于冲洗排渣、冷却钻头、冷却液压油等。沉碴池、泥浆池紧连钻机基础混凝土布置；循环水系统所需洗井液池容积不低于5m³，将水源引入蓄水池后用潜水泵送入油泵车的冷却水箱，循环冷却油温，油泵车出水口设置一个三通接头，三通接头的一端接入蓄水池，另一端接入孔口。将蓄水池内水用潜水泵直接连接至钻机供排渣使用，使用80㎜供水专用管路，水量不小于15～20m³/h。
4.1.3 施工用电：线路由矿方提供，接至施工现场，设有井下固定660伏电源供电。反井钻机为连续作业，为保证安全施工，在钻机、循环池等位置分别设置不小于200W的照明灯，供施工使用。
4.2 钻机基础施工
钻机基础施工根据反井钻机施工要求，反井钻机布置首先应进行基础面开挖和混凝土浇筑施工。在煤仓上口正上方布置钻机基础（以图纸设计布置）。要求场地平整，清理到完整基岩，基础砼标号不小于C20。当混凝土达到7天龄期强度后，进行设备安装，钻机吊装就位并调平后再浇筑二期混凝土。
4.3 工作面主机吊装施工
巷道内主机吊装采用手动葫芦，在洞顶岩石较好部位预装φ28锚杆，锚杆与垂直方向成45°夹角。在锚杆端部焊接封闭性挂钩，焊接挂钩尽量靠近开挖岩层边缘，以减少其所占空间。
5． 反井钻机钻井施工方法
根据本工程特点及工期要求，导井作业分为二次进行，即先钻进正导孔，再进行反扩孔的施工。
5.1 反井钻机就位
钻机车运输吊装就位是整个反井钻机安装运输的关键工序。在运输过程中根据实际条件进行排放运输至工作面，反井钻机至工作面的摆放顺序依次为：主机、操作台、副泵、主泵，电控部分根据现场临时布置。
反井鉆机基本就位后，接通工作电源，启动钻机车，操作钻机臂架，使其中心轴线与水平面夹角置于60°或90°，与洞中心轴线吻合，钻头对准测量预先放样的起孔点。测量再次对钻杆倾角及中心线复测，精确定位，其偏差通过地脚螺栓微调。通过复查满足施工精度后，锁紧地脚螺栓，并进行二次浇灌混凝土。
5.2 正导孔施工
导孔钻进的过程，也是对地层的勘探过程，反井钻机虽然不是取芯钻进，但根据对钻进过程观测以及返出岩屑的情况，根据以往的经验，可以对地层有初步定性分析和了解，为φ1.4m扩孔钻进、孔壁维护以及最后扩挖到设计直径提供参考资料。
在进行正导孔施工前先进行开孔钻进，深度约为5m。待开孔结束后拆去扶正器和开孔钻杆，换上正常钻进的钻具组合。
正导孔开始钻进时采用高转速低钻压，随后在钻进过程中视地质情况合理调节钻压。
在每根钻杆钻进结束时，上下方向提动钻头，待孔内的石屑冲洗并排完后再接钻杆钻进。直到和下水平洞贯通。
5.3 扩孔钻进
扩孔开孔，当扩孔钻头接好后，慢速上提钻具。直到滚刀开始接触岩石，然后停止上提，用最低转速(5～9rpm)旋转，并慢慢给进、保证钻头滚刀不受过大的冲击而受到破坏，给进一些停下，等刀齿把凸出的岩石破碎掉，再继续给进。开始扩孔时，下边要有人观察，将情况及时通知操作人员，等钻头全部均匀接触岩石，才能正常扩孔钻进。在扩孔过程中，当岩石硬度较大，可适当增加钻压，反之可以减少钻压。扩孔时，要及时出渣，防止堵孔。扩孔过程，也是拆钻杆的过程，拆下的钻杆要进行必要的清理，上油带好保护帽。
当钻头始至距基础2.5m时，要降低钻压慢速钻进，并且要认真观察基础周围是否有异常现象，如果有，要及时采取措施处理。慢慢的扩孔，直至钻头露出地面。
6．特殊情况处理
导孔施工时，如果因地质有裂隙，导致孔口不能正常地返水和排碴时，应对破碎带、泥岩等地层进行必要的处理，根据钻进过程观察，导孔钻进钻到这些地层时，加大循环量，将断层中泥质部分冲洗较干净后，提钻进行灌浆处理，水泥砂浆配合比为1：1：1.6(水:水泥:砂)，灌浆时由稀浆逐渐增大稠度，使其达到一定的扩散范围。然后重新钻进到孔，当通过全部影响带后，再将钻具提出，用稀浆进行全孔灌浆，主要是增强地层稳定性和封堵部分地层涌水，然后继续钻进直到和下水平洞贯通。
7．结语
ZFY1.4／300（BMC 300）型反井钻机在施工中具有钻井工艺简单、施工安全可靠、施工配置人员少、成井速度快等特点，能够有效降低施工危险性。该钻机在本工程中的应用极大地缩短了煤仓的开挖工期，为煤仓二次扩挖创造了较好的工作环境。
关键词：矿山工程；井下煤仓；反井钻机；导井施工
中图分类号：F407.21文献标识码：A文章编号：
1、 工程概况
赵家寨西翼采区煤仓设计净直径10.0m、净断面78.5㎡，掘进断面94.98㎡，深33.186m，底部设计成双漏斗；煤仓上口位于西翼上仓皮带巷机头硐室上平台，西翼上仓巷上平台现采用锚网喷支护，净断面20.7m²；煤仓下口位于主井底装载硐室行人斜巷与装载皮带巷交岔点向东108m处，与装载硐室皮带巷相连，煤仓下口处巷道现采用锚网喷支护，净断面13.6m²。
2、施工方案
对于下部有出口的竖井工程，井身开挖一般采用先导井后扩挖的施工方案。导井施工方法有正井法和反井法，正井法是由上向下掘一小井，这种方法工效低、不安全，除在特殊条件下已很少应用；反井法由下向上施工导井，石渣直接落到井底，施工速度高于正井法。反井法主要有木垛法、吊罐法、爬罐法、反井钻机法，木垛法、吊罐法、爬罐法需要施工人员进入工作面，存在较大的安全隐患；反井钻机法实现了全机械化施工，不需要施工人员直接进入工作面，并可以连续施工，效率高，速度快，安全性好。
结合赵家寨西翼煤仓的实际情况采用反井钻机施工导井，具体施工方案为：2.1在上仓皮带巷机头硐室煤仓上口先施工反井钻机基础。
2.2反井钻机在煤仓的近中心位置正向钻一个Φ241mm的导孔与装载硐室皮带巷贯通。
2.3在煤仓底完成扩孔钻头的安装，自下向上一次完成Φ1400mm导井的扩孔。
2.4 在煤仓下口合适位置安装一台耙碴机和一部皮带，及时将石碴排至装载皮带上运出。
3．煤仓导井施工机械设备配置
导井直径采用1400mm，根据实际情况，选用ZFY1.4／300（BMC 300）型反井钻机进行施工。
反井钻机型号及技术参数如下：
本煤仓采用的是防爆型ZFY1.4／300（BMC 300）反井钻机，该钻机采用全液压驱动，主要由主机、操作台、主泵机、、副泵机、钻具等组成。其中钻具包括导孔钻头、φ1.4m的扩孔钻头，钻杆（开孔钻杆、稳定钻杆和普通钻杆）等。
为满足施工需要，另需配置泥浆泵、潜水泵、吊装工具等设备。
4．施工准备
4.1 风、水、电布置
4.1.1 施工用风：利用矿方提供的供风系统集中供风。
4.1.2 施工用水：主要用于冲洗排渣、冷却钻头、冷却液压油等。沉碴池、泥浆池紧连钻机基础混凝土布置；循环水系统所需洗井液池容积不低于5m³，将水源引入蓄水池后用潜水泵送入油泵车的冷却水箱，循环冷却油温，油泵车出水口设置一个三通接头，三通接头的一端接入蓄水池，另一端接入孔口。将蓄水池内水用潜水泵直接连接至钻机供排渣使用，使用80㎜供水专用管路，水量不小于15～20m³/h。
4.1.3 施工用电：线路由矿方提供，接至施工现场，设有井下固定660伏电源供电。反井钻机为连续作业，为保证安全施工，在钻机、循环池等位置分别设置不小于200W的照明灯，供施工使用。
4.2 钻机基础施工
钻机基础施工根据反井钻机施工要求，反井钻机布置首先应进行基础面开挖和混凝土浇筑施工。在煤仓上口正上方布置钻机基础（以图纸设计布置）。要求场地平整，清理到完整基岩，基础砼标号不小于C20。当混凝土达到7天龄期强度后，进行设备安装，钻机吊装就位并调平后再浇筑二期混凝土。
4.3 工作面主机吊装施工
巷道内主机吊装采用手动葫芦，在洞顶岩石较好部位预装φ28锚杆，锚杆与垂直方向成45°夹角。在锚杆端部焊接封闭性挂钩，焊接挂钩尽量靠近开挖岩层边缘，以减少其所占空间。
5． 反井钻机钻井施工方法
根据本工程特点及工期要求，导井作业分为二次进行，即先钻进正导孔，再进行反扩孔的施工。
5.1 反井钻机就位
钻机车运输吊装就位是整个反井钻机安装运输的关键工序。在运输过程中根据实际条件进行排放运输至工作面，反井钻机至工作面的摆放顺序依次为：主机、操作台、副泵、主泵，电控部分根据现场临时布置。
反井鉆机基本就位后，接通工作电源，启动钻机车，操作钻机臂架，使其中心轴线与水平面夹角置于60°或90°，与洞中心轴线吻合，钻头对准测量预先放样的起孔点。测量再次对钻杆倾角及中心线复测，精确定位，其偏差通过地脚螺栓微调。通过复查满足施工精度后，锁紧地脚螺栓，并进行二次浇灌混凝土。
5.2 正导孔施工
导孔钻进的过程，也是对地层的勘探过程，反井钻机虽然不是取芯钻进，但根据对钻进过程观测以及返出岩屑的情况，根据以往的经验，可以对地层有初步定性分析和了解，为φ1.4m扩孔钻进、孔壁维护以及最后扩挖到设计直径提供参考资料。
在进行正导孔施工前先进行开孔钻进，深度约为5m。待开孔结束后拆去扶正器和开孔钻杆，换上正常钻进的钻具组合。
正导孔开始钻进时采用高转速低钻压，随后在钻进过程中视地质情况合理调节钻压。
在每根钻杆钻进结束时，上下方向提动钻头，待孔内的石屑冲洗并排完后再接钻杆钻进。直到和下水平洞贯通。
5.3 扩孔钻进
扩孔开孔，当扩孔钻头接好后，慢速上提钻具。直到滚刀开始接触岩石，然后停止上提，用最低转速(5～9rpm)旋转，并慢慢给进、保证钻头滚刀不受过大的冲击而受到破坏，给进一些停下，等刀齿把凸出的岩石破碎掉，再继续给进。开始扩孔时，下边要有人观察，将情况及时通知操作人员，等钻头全部均匀接触岩石，才能正常扩孔钻进。在扩孔过程中，当岩石硬度较大，可适当增加钻压，反之可以减少钻压。扩孔时，要及时出渣，防止堵孔。扩孔过程，也是拆钻杆的过程，拆下的钻杆要进行必要的清理，上油带好保护帽。
当钻头始至距基础2.5m时，要降低钻压慢速钻进，并且要认真观察基础周围是否有异常现象，如果有，要及时采取措施处理。慢慢的扩孔，直至钻头露出地面。
6．特殊情况处理
导孔施工时，如果因地质有裂隙，导致孔口不能正常地返水和排碴时，应对破碎带、泥岩等地层进行必要的处理，根据钻进过程观察，导孔钻进钻到这些地层时，加大循环量，将断层中泥质部分冲洗较干净后，提钻进行灌浆处理，水泥砂浆配合比为1：1：1.6(水:水泥:砂)，灌浆时由稀浆逐渐增大稠度，使其达到一定的扩散范围。然后重新钻进到孔，当通过全部影响带后，再将钻具提出，用稀浆进行全孔灌浆，主要是增强地层稳定性和封堵部分地层涌水，然后继续钻进直到和下水平洞贯通。
7．结语
ZFY1.4／300（BMC 300）型反井钻机在施工中具有钻井工艺简单、施工安全可靠、施工配置人员少、成井速度快等特点，能够有效降低施工危险性。该钻机在本工程中的应用极大地缩短了煤仓的开挖工期，为煤仓二次扩挖创造了较好的工作环境。