LM系列反井鉆機及反井鉆井技術(shù)發(fā)展.doc

LM系列反井鉆機及反井鉆井技術(shù)發(fā)展（劉林松 楊紅 劉志強）時間： 2004年9月14日09:21 來源： 中國水利水電市場 放大縮小打印摘要：在LM系列反井鉆機設(shè)備和工藝技術(shù)上取得較大進步，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，和用于抗壓強度達到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 水電站建設(shè) 煤炭建設(shè) 巖石破碎1反井鉆機應(yīng)用概況反 井鉆機在20世紀五十到六十年代出現(xiàn)在美國和德國采礦工程領(lǐng)域，它是將隧道掘進機和鉆井法鑿井機結(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，其中LM-120型反井鉆機1986年第一次應(yīng)用 在開灤趙各莊礦，LM-200型反井鉆機在1992年4月首次將LM-200型反井鉆機應(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，到目前反井鉆機先后在國內(nèi)各大礦務(wù)局（礦業(yè)集團公司），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。2LM系列反井鉆機LM 系列反井鉆機包括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 -1.21.4m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度較低，單軸抗壓強度小于100MPa；鉆孔直徑小于1.4m到2.0m，鉆孔深度小于200m：3LM系列反井鉆機完成的部分工程反井鉆機可以應(yīng)用在地下工程中。4新型反井鉆機研制2.1 ZFY2.0/400型（LM-400型）強力反井鉆機為改變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）強力反井鉆機，該機是科技部專項資金項目。2.1.1 ZFY2.0/400型反井鉆機主要技術(shù)參數(shù)為：(1) 導(dǎo)孔直徑： 270mm(2) 擴孔最大直徑： 2.0m(3) 鉆孔深度： 400m(4) 鉆孔傾角： 4590(5) 適用巖石： 單軸抗壓強度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 型反井鉆機特點：(1)該機專門為煤炭、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1.4、1.7、2.0m多種直徑的豎井和斜井導(dǎo)井工程；(2)采用L型主機框架結(jié)構(gòu)，減輕了主機重量，易于調(diào)節(jié)鉆進角度和方位，便于斜井施工。主機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)擴孔時，采用大扭矩雙液壓馬達驅(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，雖然鉆機高度增加，但是對于主要應(yīng)用于深井鉆進，體積限制較??；(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、液控機械手、翻轉(zhuǎn)架、輔助卸扣裝置等，使鉆桿的裝卸靈活、準確、操縱機械化。2.1.3 ZFY2.0/400型反井鉆機實際應(yīng)用(1) ZFY2.0/400型(LM-400型)反井鉆機設(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 進行循環(huán)系統(tǒng)進行配套；施工鉆機基礎(chǔ)；進行鉆機安裝、調(diào)平找正、澆注地腳螺栓；鉆機是運轉(zhuǎn)；整個系統(tǒng)試運轉(zhuǎn)；導(dǎo)孔鉆進；處理不良地層；拆到孔鉆頭；接擴孔 鉆頭；擴孔鉆進；拆機。完成了直徑1.4m、深度148.3m的地下廠房排煙豎井，其中導(dǎo)孔鉆進時間12天，包括處理不良地層4天，擴孔時間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臺單機容量為250MW的可逆式發(fā)電機組，總裝機容量為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，施工鉆機基礎(chǔ)和循環(huán)池，然后安裝鉆機，最后鉆成直徑 1.4m、深度218m的地下廠房排煙豎井。22 LM-300型反井鉆機LM-300型反井鉆機和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LM200型反井鉆機替代產(chǎn)品，解決LM200型反井鉆機能力偏低的缺 點，仍保留體積小、重量輕、搬遷移動方便的特點，具有更強的適應(yīng)性。主要技術(shù)參數(shù)為：(1) 導(dǎo)孔直徑： 216mm(2) 擴孔最大直徑： 1.4m(3) 鉆孔深度： 300m(4) 鉆孔傾角： 5090(5) 適用巖石： 單軸抗壓強度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）23 破巖滾刀破 巖滾刀是反井鉆機及反井鉆井技術(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，單軸抗壓強度達到250MPa，泰安抽水蓄能電站花崗巖 抗壓強度達到310MPa，這類巖石石英、長石等磨粒性強的礦物含量在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510m，工效非常低，破巖刀具費用達到每米一萬元以上，這樣反井鉆機將無法作為工程設(shè)備應(yīng)用。為此，進行了滾刀技術(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 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，反井鉆機的應(yīng)用范圍將日益擴展。LM- 300和LM-400型反井鉆機的研制，極硬巖滾刀的在泰安抽水蓄能電鉆的成功應(yīng)用，使反井鉆機能夠較高效的破碎巖石，提高了反井鉆機功效，降低了工程成 本。今后應(yīng)加強對深井反井鉆井工藝的研究，使反井鉆機在地下工程建設(shè)中發(fā)揮更大作用。參考文獻：1劉志強，反井鉆機技術(shù)及發(fā)展，煤炭科學(xué)技術(shù)，2001年，第四期（P9，12）2劉志強，甘文鴻等，反井鉆機在水電工程建設(shè)中的應(yīng)用，水力發(fā)電，2001年，第12期（P53，54）；3劉志強，甘文鴻，反井鉆機技術(shù)與地下工程開發(fā)，地下空間，1999年10月，第19卷第5期（P425，428）作者簡介：劉志強，1984年畢業(yè)于山東礦業(yè)學(xué)院，研究員，現(xiàn)任北京中煤礦山工程有限公司鉆井分公司經(jīng)理，從事反井鉆井施工技術(shù)及裝備研究，和反井鉆井工程承包和技術(shù)咨詢，獲得多項煤炭和電力科技進步獎，發(fā)表論文30多篇。劉林松，男，漢，工程師，1966年10月3日生，山縣垣曲縣，1990年畢業(yè)于山東礦業(yè)學(xué)院礦井建設(shè)專業(yè)，現(xiàn)在山西晉城宏圣建筑工程有限公司生產(chǎn)技術(shù)部工作。ZFY系列反井鉆機(原LM型) 產(chǎn)品圖片技術(shù)特征ZFY系列反井鉆機采用全液壓驅(qū)動，機型新穎、結(jié)構(gòu)緊湊、機械化程度高，運輸方便、操作簡單、能滿足在防爆要求的環(huán)境下作業(yè)，鉆機適應(yīng)性強，可滿足礦山不同地質(zhì)條件的施工要求可大幅度提高建井速度，且施工安全、成孔質(zhì)量高，施工成本低的特點。使用反井鉆機，這是建井工藝的一場革命。技術(shù)參數(shù)鉆機型號基本參數(shù)ZFY0.9/90(LM-90)ZFY1.2/100(LM-120)ZFY1.4/200(LM-200)ZFY1.8/250(LM-250)ZFY1.4/280(LM-280)ZFY1.4/300(LM-300)導(dǎo)孔直徑(mm)190244216244250250擴孔直徑(m)鉆孔深度(m)90100200250280300出軸轉(zhuǎn)速(rpm)5-335-335-335-335-365-36導(dǎo)孔額定扭矩(KN.m)715201736擴孔最大扭矩(KN.m)1530405270鉆頭許用最大推力(KN)150250350700550550擴孔最大拉力(KN)380500850125012501300鉆孔傾角（）60-9060-9060-9060-9060-9060-90主機重量（t）包括搬運車4.56.08.38.51210主機運輸尺寸(mm)(長寬高)19009501115229011101430295013701700267013801560300014101740300014101740主機工作尺寸(mm)(長寬高)238012752847297714223277323017703448335016503940328018103488328018103488鉆桿有效長度(mm)100010001000100010001000鉆孔偏斜率(%)111111電機功率(KW)52.766868686129.6驅(qū)動方式全液壓驅(qū)動全液壓驅(qū)動全液壓驅(qū)動全液壓驅(qū)動全液壓驅(qū)動全液壓驅(qū)動適應(yīng)巖性巖石單向抗壓強度140Mpa主要用途ZFY系列反井鉆機是為改變我國煤礦暗井