楊引娥

(中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所，河北廊坊065000)

隨著國(guó)家對(duì)煤礦安全生產(chǎn)越來(lái)越重視，煤礦送料孔、通風(fēng)孔、瓦斯排放孔及救援孔等工程鉆孔的施工越來(lái)越多，給多功能動(dòng)力頭鉆機(jī)及大口徑嵌巖鉆頭與鉆具市場(chǎng)帶來(lái)了很好的機(jī)遇。此類(lèi)工程鉆孔的特點(diǎn)是鉆孔直徑大，而且比較深，要求成孔質(zhì)量要好、成孔速度要快，特別是救援孔，時(shí)間就是生命。要做到快速成孔，必須要有先進(jìn)的施工設(shè)備和先進(jìn)的鉆進(jìn)工藝方法。同時(shí)要求所鉆鉆孔要準(zhǔn)確無(wú)誤地打入所要求的巷道內(nèi)，因此，鉆孔的垂直度要求很高。此類(lèi)工程孔往往所穿地層復(fù)雜多變，很多鉆孔要通過(guò)煤礦采空區(qū)，施工中往往要采取多種組合工藝方可完成整個(gè)施工任務(wù)。筆者結(jié)合多年研究成果及工作經(jīng)驗(yàn)，就此類(lèi)工程鉆孔的成孔技術(shù)進(jìn)行總結(jié)和介紹，供同行們參考。

1 施工設(shè)備

救援孔、通風(fēng)孔、送料孔等工程鉆孔，一般鉆孔直徑500～1200mm，鉆孔深度250～600m，所需設(shè)備要求有較強(qiáng)的鉆進(jìn)能力。就鉆機(jī)而言，目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用比較廣泛的有表1所列的幾種機(jī)型。

表1 幾種比較常用的煤礦工程孔鉆機(jī)

此類(lèi)鉆機(jī)的共同點(diǎn)是均可滿(mǎn)足壓縮空氣鉆進(jìn)、泡沫鉆進(jìn)和泥漿鉆進(jìn)，具有機(jī)動(dòng)性好、作業(yè)效率高、鉆孔質(zhì)量好、低污染等特點(diǎn)。一機(jī)多用，既可用于煤礦區(qū)地面瓦斯排放井施工，又可用于淺層石油及水文水井的施工，也可用于礦山搶險(xiǎn)鉆探施工等。

2 成孔技術(shù)

如前所述，此類(lèi)煤礦工程鉆孔口徑和深度都比較大，成孔一般采用先鉆小直徑導(dǎo)向孔，然后逐級(jí)擴(kuò)孔到所需鉆孔直徑的方法。這種工法主要針對(duì)中靶要求高的鉆孔，諸如鉆孔的垂直度及鉆孔孔底的水平位移等。這種情況采用小眼鉆進(jìn)容易對(duì)鉆孔軌跡進(jìn)行控制糾偏。如果對(duì)鉆孔垂直度或中靶要求不高，也可以采用一級(jí)成孔方案，不過(guò)這要根據(jù)鉆機(jī)的能力大小以及鉆具的配備情況而定。

2.1 一次性成孔技術(shù)

2.1.1 鉆頭

全斷面基巖鉆進(jìn)鉆頭有牙輪鉆頭及滾刀鉆頭2種。為有效防止孔斜，鉆頭底部一般采用階梯式結(jié)構(gòu)，中心牙輪超前，先行切入巖石，這樣既增加了鉆頭切削巖石的自由面，又起到了超前導(dǎo)正作用;增加鉆頭護(hù)筒或?qū)д潴w的高度，提高鉆頭鉆進(jìn)過(guò)程中的穩(wěn)定性和鉆孔垂直度;在保證有效返渣的情況下盡可能增加扶正段的直徑，在其外側(cè)增焊長(zhǎng)條減磨扶正塊或直接在扶正箱體上鑲焊硬質(zhì)合金以確保鉆頭的扶正效果。為了便于清理擴(kuò)孔處的巖粉，在每?jī)蓚€(gè)牙輪掌之間應(yīng)裝有噴嘴，可以將高壓液流引導(dǎo)至牙輪或滾刀處，使牙輪或滾刀的破巖形成高壓噴射液流，以提高鉆頭的水馬力，有助于提高鉆進(jìn)效率，具體鉆頭結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 階梯式正循環(huán)全斷面鉆進(jìn)鉆頭

2.1.2 鉆柱結(jié)構(gòu)

為了保證鉆具的平穩(wěn)性及鉆孔的垂直度，除鉆頭本身設(shè)置導(dǎo)正機(jī)構(gòu)外，整個(gè)鉆桿柱應(yīng)設(shè)計(jì)為鉆頭、扶正器、粗徑鉆鋌、鉆桿以次連接的塔式結(jié)構(gòu)，如果有條件可設(shè)置減震器，不僅能起到扶正效果，更可以有效降低鉆進(jìn)過(guò)程中的震動(dòng)及擺動(dòng)，取得很好的使用效果。

2.1.3 鉆進(jìn)工藝

由于鉆頭直徑大鉆桿直徑相對(duì)小，孔壁間隙大，影響鉆進(jìn)效率的關(guān)鍵因素就是排渣問(wèn)題，如果采用泥漿正循環(huán)鉆進(jìn)，應(yīng)采取大泵量高泵壓泥漿泵，同時(shí)提高泥漿的性能，諸如泥漿的粘度和靜切力，以便提高泥漿的懸浮能力和攜帶能力，必要時(shí)可以設(shè)置取粉管，有條件的單位最好采用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)。全斷面鉆進(jìn)鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)參見(jiàn)表2。

表2 全斷面鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)

2.1.4 工程實(shí)例

山西煤電公司通風(fēng)孔，設(shè)計(jì)鉆孔直徑914 mm，鉆孔深度400 m，鉆頭結(jié)構(gòu)為階梯式牙輪滾刀混裝鉆頭，所用鉆機(jī)為石家莊產(chǎn)水源2000型鉆機(jī)，泥漿泵配備的是青州產(chǎn)350型泥漿泵，φ127 mm鉆桿，φ280 mm粗徑鉆鋌。采用一級(jí)成孔泥漿正循環(huán)工藝。所鉆地層為灰?guī)r、砂巖，鉆頭使用壽命在200 h以上，鉆速0.4～0.7 m/h。鉆進(jìn)效率偏低的原因主要是正循環(huán)鉆進(jìn)排渣效果不好，由于巖渣不能在第一時(shí)間排出，形成重復(fù)破碎，鉆頭在孔底工作環(huán)境惡劣，巖渣磨損刀座鉆頭體嚴(yán)重，影響鉆進(jìn)效率和鉆頭壽命。如果加以氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)效果會(huì)大幅度提高。

2.2 多級(jí)成孔技術(shù)

2.2.1 前導(dǎo)孔鉆進(jìn)工藝

對(duì)于口徑偏大鉆孔較深的工程，多采用多級(jí)成孔技術(shù)，即先鉆進(jìn)前導(dǎo)孔然后逐級(jí)擴(kuò)孔鉆進(jìn)完孔，根據(jù)所鉆地層不同，前導(dǎo)鉆進(jìn)一般采用氣舉反循環(huán)牙輪鉆頭鉆進(jìn)、正循環(huán)潛孔錘鉆進(jìn)、反循環(huán)潛孔錘鉆進(jìn)等鉆進(jìn)技術(shù)。

2.2.1.1 氣舉反循環(huán)牙輪鉆頭鉆進(jìn)

對(duì)于地層較為完整、能在孔內(nèi)建立一定水位的鉆孔而言，一般采用氣舉反循環(huán)牙輪鉆頭鉆進(jìn)法。氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)是將壓縮空氣沿著雙壁鉆具內(nèi)外管之間的間隙送入處于一定深度的的混合器內(nèi)，在混合器處與孔內(nèi)的沖洗液混合，使得其密度小于孔壁間隙的液體密度從而產(chǎn)生壓差，在壓差作用下使得管內(nèi)的混合氣液以較高的速度向上流動(dòng)，從而將孔底的巖屑或巖心連續(xù)不斷地帶出地表，經(jīng)振動(dòng)篩過(guò)濾排入沉淀池內(nèi)，沉淀后的泥漿再流回孔內(nèi)補(bǔ)充循環(huán)液，如此不斷循環(huán)形成連續(xù)鉆進(jìn)的過(guò)程，其最大優(yōu)點(diǎn)是排屑能力強(qiáng)、鉆進(jìn)效率高、鉆頭壽命長(zhǎng)。該鉆進(jìn)法的鉆具級(jí)配如圖2所示，由于救援孔等鉆孔口徑偏大，一般前導(dǎo)孔以φ311 mm口徑居多，在進(jìn)行氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)，根據(jù)鉆孔的深度配備合適的雙壁鉆桿長(zhǎng)度，對(duì)于孔深不超過(guò)800 m的鉆孔，一般配備雙壁鉆桿長(zhǎng)度為150～200 m，一般控制空壓機(jī)的送氣量在5～10 m3/min，氣壓1.5～2.5 MPa。

圖2 氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)示意

2.2.1.2 潛孔錘正循環(huán)鉆進(jìn)法

前導(dǎo)鉆進(jìn)用的最多的方法應(yīng)該就是潛孔錘正循環(huán)鉆進(jìn)法，此法由于潛孔錘在鉆具正?；剞D(zhuǎn)的同時(shí)，對(duì)鉆頭又施以較大的沖擊力，所以巖石呈大塊體積破碎，鉆進(jìn)效率非常高，而且用于此類(lèi)鉆孔鉆進(jìn)的鉆機(jī)，一般均無(wú)需增加任何鉆具就可實(shí)現(xiàn)正常鉆進(jìn)，簡(jiǎn)便易行，受到用戶(hù)的普遍青睞。在潛孔錘正循環(huán)鉆進(jìn)中，空壓機(jī)的配備既要滿(mǎn)足潛孔錘的正常工作，又要滿(mǎn)足巖粉的攜帶，在潛孔錘工作風(fēng)量一定的情況下，應(yīng)盡可能的減小鉆孔孔壁的間隙以提高巖粉的上返速度，一般空壓機(jī)風(fēng)量要求：正循環(huán)鉆進(jìn)以滿(mǎn)足上返風(fēng)速在15～35 m/s間為宜。

2.2.1.3 潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)法

對(duì)于前導(dǎo)鉆頭偏大、鉆桿與孔壁的間隙比較大的情況下，若采用正循環(huán)潛孔錘鉆進(jìn)，空氣的上返速度很難達(dá)到攜帶巖粉的能力，這種情況下采用潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)法不失為一種行之有效的辦法。

空氣潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)與正循環(huán)潛孔錘鉆進(jìn)一樣，是以沖擊碎巖為主要的碎巖方式，高壓空氣既作為沖擊動(dòng)力，又作為循環(huán)介質(zhì)，清理孔底冷卻鉆頭并攜帶巖粉到地表。其返渣方式與正循環(huán)相反，它是將空壓機(jī)送出的壓縮空氣通過(guò)氣水龍頭及雙壁鉆桿之間的環(huán)空間隙送到孔底，驅(qū)動(dòng)潛孔錘工作達(dá)到碎巖目的，而巖粉則通過(guò)內(nèi)管中心通道及水龍頭返到地面。由于內(nèi)管過(guò)流面積小，所需的空壓機(jī)風(fēng)量也小，反循環(huán)鉆進(jìn)一般選擇空壓機(jī)的風(fēng)量滿(mǎn)足潛孔錘正常工作的風(fēng)量就可以了。

空氣反循環(huán)潛孔錘的鉆進(jìn)工藝流程圖和鉆具連接如圖3、圖4所示。

圖3 空氣反循環(huán)潛孔錘鉆進(jìn)工藝流程

圖4 潛孔錘空氣反循環(huán)鉆進(jìn)鉆具連接示意

潛孔錘空氣反循環(huán)鉆進(jìn)目前有2種形式。一是全孔反循環(huán)鉆進(jìn)，即潛孔錘為貫通式(中空式)結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)需要一個(gè)雙通道變絲接頭將雙壁鉆桿與潛孔錘連接，空氣通過(guò)潛孔錘的環(huán)狀通道進(jìn)入潛孔錘并推動(dòng)潛孔錘工作，空氣流入鉆頭底部后，攜帶巖粉經(jīng)過(guò)潛孔錘的中心通道到鉆桿中心通道最終將巖粉帶出地表。目前國(guó)內(nèi)中空式反循環(huán)潛孔錘用得很少。另一種就是常用的局部反循環(huán)，即潛孔錘處為正循環(huán)，而上部為反循環(huán)，這就要求增加一個(gè)十字分流接頭，即從鉆桿內(nèi)外管間送入孔內(nèi)的空氣到達(dá)潛孔錘上部后通過(guò)位于潛孔錘上部的十字分流接頭或叫封堵器送到潛孔錘內(nèi)，使?jié)摽族N工作，空氣從錘頭底部吹出后攜帶巖粉經(jīng)過(guò)潛孔錘與孔壁之間間隙而后進(jìn)入十字分流接頭，再沿著鉆桿內(nèi)管到地面。

十字分流接頭是把正循環(huán)潛孔錘鉆進(jìn)工藝轉(zhuǎn)變成反循環(huán)鉆進(jìn)工藝的關(guān)鍵部件，其設(shè)計(jì)是否合理關(guān)乎到潛孔錘是否可正常工作及反循環(huán)能否正常形成，其與孔壁之間的密封性，要能保證下部上返空氣進(jìn)入鉆桿與孔壁之間的環(huán)空間隙內(nèi)的量越少越好，應(yīng)確保80%的空氣量進(jìn)入鉆桿中心通道參與攜帶巖粉。

涌水地層及遇采空區(qū)對(duì)潛孔錘鉆進(jìn)來(lái)說(shuō)是技術(shù)難題，孔內(nèi)涌水按涌水量大小分為3類(lèi)：滲水(小于0.5 m3/h)，中涌水(0.5～8 m3/h)，大涌水(大于8 m3/h)。

當(dāng)孔內(nèi)出現(xiàn)涌水時(shí)，有較多的水與空氣一起返到地表，巖粉呈泥團(tuán)狀，孔內(nèi)回轉(zhuǎn)扭矩加大，空壓機(jī)壓力增加，鉆桿內(nèi)通孔容易堵塞，處理辦法如下：

(1)定時(shí)將鉆具提離孔底，加大空氣量和空氣壓力，排除孔內(nèi)積水，然后再放下鉆具正常鉆進(jìn);

(2)采用泡沫鉆進(jìn)，泡沫的氣液兩態(tài)交界面上具有很強(qiáng)的吸附作用，能提高循環(huán)系統(tǒng)攜帶巖粉能力，避免糊鉆，減少巖粉與管壁摩擦及對(duì)空壓機(jī)的壓力穩(wěn)定都起著重要作用。

若遇采空區(qū)，潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)是行之有效的辦法。當(dāng)遇到采空區(qū)時(shí)，鉆頭突然快速下降進(jìn)入采空區(qū)下層底板，在局部正循環(huán)情況下，鉆頭破碎下的巖粉被吹到采空區(qū)周?chē)蚩斩戳严吨?，但是?dāng)連接在潛孔錘上部的封堵器進(jìn)入孔內(nèi)后，氣流的上返又進(jìn)入到雙壁鉆桿內(nèi)管通道，鉆進(jìn)便進(jìn)入了一個(gè)正常的狀況。

另外，穿越采空區(qū)的鉆具組合最好是兩級(jí)扶正，即鉆頭+扶正器+鉆鋌+扶正器，保證鉆孔垂直度。

2.2.2 擴(kuò)孔鉆進(jìn)

根據(jù)所鉆地層及鉆機(jī)能力設(shè)計(jì)擴(kuò)孔鉆頭的擴(kuò)徑量大小，一般每隔150～200 mm擴(kuò)徑量為一個(gè)級(jí)別。擴(kuò)孔鉆頭從切削具類(lèi)型可分為牙輪及滾刀2種形式，從鉆孔結(jié)構(gòu)是貫通孔還是盲孔又分為反井鉆擴(kuò)和正常擴(kuò)孔2種形式。

2.2.2.1 擴(kuò)孔鉆頭結(jié)構(gòu)

2.2.2.1.1 牙輪擴(kuò)孔鉆頭

由于擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭下部處于懸空狀態(tài)，鉆頭在設(shè)計(jì)制作時(shí)，應(yīng)絕對(duì)避免鉆頭在鉆進(jìn)時(shí)由于承受鉆進(jìn)中產(chǎn)生的振動(dòng)力作用而使鉆頭下部脫落掉入孔內(nèi)的現(xiàn)象發(fā)生。一般刀盤(pán)上下部分的中心管設(shè)計(jì)為整體結(jié)構(gòu)，牙輪掌下端應(yīng)插入刀盤(pán)內(nèi)再行焊接，為了保證擴(kuò)孔鉆進(jìn)沿著原導(dǎo)向孔軌跡進(jìn)行，鉆頭要設(shè)計(jì)前導(dǎo)向刮刀結(jié)構(gòu)，前導(dǎo)焊有硬質(zhì)合金并有足夠長(zhǎng)度的扶正段，周邊牙掌的規(guī)格一般不小于φ311 mm，也可采用鑲齒滾刀與牙輪混裝式結(jié)構(gòu)。為了便于清理擴(kuò)孔鉆進(jìn)產(chǎn)生的巖粉，可以把高壓液流引到牙輪掌上的水口噴嘴，刀盤(pán)結(jié)構(gòu)也需要做改進(jìn)設(shè)計(jì)，增大過(guò)流通道，減少回轉(zhuǎn)過(guò)程中液流上返阻力，以便于提高鉆頭鉆進(jìn)效率。擴(kuò)孔鉆頭結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

圖5 擴(kuò)孔鉆頭

2.2.2.1.2 滾刀擴(kuò)孔鉆頭

滾刀擴(kuò)孔鉆頭，根據(jù)地層不同分為鑲齒滾刀及焊齒滾刀2大類(lèi)，焊齒滾刀鉆頭適合鉆進(jìn)中風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化地層，巖石硬度一般在5級(jí)左右，鑲齒滾刀鉆頭適合鉆進(jìn)5級(jí)以上中硬～堅(jiān)硬地層。滾刀鉆頭軸承結(jié)構(gòu)均為金屬密封，滾刀與刀座的連接采用雙支點(diǎn)連接，安全可靠。邊刀座上鑲焊有保徑硬質(zhì)合金，確保整個(gè)鉆頭的耐磨性。

與牙輪鉆頭一樣，滾刀鉆頭本身設(shè)計(jì)有很好的扶正機(jī)構(gòu)。

2.2.2.1.3 反井?dāng)U孔鉆頭

對(duì)于貫通孔擴(kuò)孔及大扭矩鉆機(jī)，經(jīng)常采用反井?dāng)U孔，反井?dāng)U孔鉆頭見(jiàn)圖6。

圖6 反井?dāng)U孔鉆頭

反井?dāng)U孔鉆頭每一級(jí)的擴(kuò)孔量一般偏大，由于擴(kuò)孔工作量大，鉆頭要承受較大的扭矩及回拉力，鉆頭應(yīng)設(shè)計(jì)為高強(qiáng)度長(zhǎng)壽命型，鉆頭體為箱體結(jié)構(gòu)，鉆頭箱體既要保證有很好的強(qiáng)度和剛性，又要考慮破碎的巖渣能順利掉到孔底，所以必須留有較大的漏渣通道。鉆頭的刀盤(pán)及邊刀均要設(shè)計(jì)為耐磨結(jié)構(gòu)并要設(shè)置硬支點(diǎn)減磨塊。

2.2.2.2 擴(kuò)孔鉆進(jìn)工藝

如前所述，擴(kuò)孔鉆進(jìn)分正擴(kuò)及反擴(kuò)2種形式。

2.2.2.2.1 正擴(kuò)鉆進(jìn)

對(duì)于盲孔，必須采用正擴(kuò)鉆進(jìn)，正擴(kuò)鉆進(jìn)又分為正循環(huán)與反循環(huán)2種。

排渣效果的好壞直接影響著鉆進(jìn)效率的高低。擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)由于鉆孔口徑逐級(jí)加大，鉆桿與孔壁的間隙比較大，若采用正循環(huán)泥漿鉆進(jìn)，巖粉很難隨沖洗液上返至地表，鉆進(jìn)效率很低，鉆探成本高，這種方法相對(duì)落后。

氣舉反循環(huán)擴(kuò)孔鉆進(jìn)可以很好解決返渣問(wèn)題，鉆進(jìn)效率高，鉆頭壽命長(zhǎng)。擴(kuò)孔鉆頭受力更加復(fù)雜，約束力點(diǎn)多，鉆進(jìn)時(shí)整個(gè)鉆桿柱會(huì)有較大幅度的振動(dòng)甚至于擺動(dòng)，所以對(duì)于雙壁鉆桿的結(jié)構(gòu)提出了很高的要求，內(nèi)管的密封顯得尤為重要。目前國(guó)內(nèi)用于深孔大口徑鉆進(jìn)的雙壁鉆具有以下2種結(jié)構(gòu)：一是同心圓雙壁鉆桿，外管是高強(qiáng)度摩擦焊鉆桿，內(nèi)管及內(nèi)管接頭通過(guò)懸掛機(jī)構(gòu)固定在外管接頭上，內(nèi)外管之間作為送氣通道，內(nèi)管中心為返渣通道，這種結(jié)構(gòu)的雙壁鉆桿對(duì)于全斷面小直徑鉆進(jìn)而言是比較有效的，但對(duì)于大直徑擴(kuò)孔鉆進(jìn)而言難以抵擋較大的振動(dòng)力及擺動(dòng)力，其壽命很難達(dá)到使用要求，因此，目前已對(duì)該結(jié)構(gòu)內(nèi)管固定方式進(jìn)行了改進(jìn)，即將投入市場(chǎng);二是內(nèi)外管相對(duì)獨(dú)立，內(nèi)管懸吊于水龍頭殼體上，是一個(gè)獨(dú)立的柔性鉆柱，鉆進(jìn)時(shí)鉆桿旋轉(zhuǎn)，內(nèi)管相對(duì)靜止，此種結(jié)構(gòu)國(guó)外已有成功應(yīng)用，國(guó)內(nèi)也正在研制，很快能投入市場(chǎng)。

對(duì)于擴(kuò)孔鉆進(jìn)氣舉反循環(huán)工藝的一些具體參數(shù)和要求類(lèi)似于導(dǎo)向孔氣舉反循環(huán)工藝，這里不再敘述。

2.2.2.2.2 反井?dāng)U孔鉆進(jìn)

反井?dāng)U孔鉆進(jìn)是煤礦通風(fēng)孔、送料孔常用的一種施工方法，它是在貫通的導(dǎo)向孔內(nèi)下入鉆桿，人工將鉆頭送到采掘巷道內(nèi)的鉆孔處與鉆桿連接，鉆機(jī)回轉(zhuǎn)提拉，使得鉆頭向上回?cái)U(kuò)破碎巖石，破碎的巖渣掉入孔內(nèi)，由人工清理走。此法最大的特點(diǎn)就是不需要大量的循環(huán)液或氣體就可以解決排渣問(wèn)題，鉆進(jìn)效率很高，但對(duì)設(shè)備有要求，適合于動(dòng)力頭鉆機(jī)，轉(zhuǎn)盤(pán)鉆機(jī)很難適應(yīng)，所以在國(guó)內(nèi)施工送料孔、通風(fēng)孔及救援孔應(yīng)用還不太普遍。

2.2.3 工程實(shí)例

位于黃河?xùn)|岸的山西保德煤礦隸屬神華煤炭集團(tuán)神東煤炭分公司，年生產(chǎn)能力1200萬(wàn)t，保德煤礦為高瓦斯礦井，地質(zhì)條件復(fù)雜，頂板破碎，安全管理難度大。為此神華集團(tuán)投巨資從江蘇天明機(jī)械集團(tuán)購(gòu)得2臺(tái)套全液壓動(dòng)力頭車(chē)裝鉆機(jī)及其附屬設(shè)備及鉆具用于礦區(qū)的瓦斯抽放孔和通風(fēng)孔的施工。2011年6月開(kāi)始在橋家頭礦施工通風(fēng)孔作業(yè)(圖7)，現(xiàn)已完成直徑850 mm、孔深320 m左右的通風(fēng)孔3個(gè)和1個(gè)直徑311 mm、深度340 m的瓦斯抽采孔。

圖7 通風(fēng)孔施工現(xiàn)場(chǎng)

鉆機(jī)：天明神明1號(hào)動(dòng)力頭鉆機(jī);

配套空壓機(jī)：美國(guó)壽力900XHH/1150XH型2臺(tái);

1號(hào)孔，設(shè)計(jì)孔深320 m，孔徑850 mm，施工方案是導(dǎo)向孔直徑311 mm，一擴(kuò)至660 mm，這個(gè)直徑是應(yīng)急搶險(xiǎn)口徑，主要是檢驗(yàn)鉆機(jī)及其鉆具在應(yīng)急搶險(xiǎn)救災(zāi)時(shí)實(shí)際能力和效率，二擴(kuò)至φ850 mm，這個(gè)口徑是通風(fēng)孔需要的尺寸，具體施工程序如下。

(1)開(kāi)孔。φ445 mm刮刀鉆頭開(kāi)孔鉆進(jìn)到基巖，下φ377 mm套管，然后鉆導(dǎo)向孔，用φ311 mm潛孔錘鉆進(jìn)至預(yù)定深度(鉆穿至采掘面頂板)，水平位移誤差＜0.5 m。

(2)鉆具組合：φ311 mm潛孔錘+φ203 mm鉆鋌4根+φ168 mm鉆桿。壽力1150型空壓機(jī)2臺(tái)供風(fēng)，150 m以?xún)?nèi)用一臺(tái)空壓機(jī)，150 m以深用2臺(tái)空壓機(jī)。鉆進(jìn)效率6～8 m/h，3天鉆通。

(3)擴(kuò)孔鉆進(jìn)。上部覆蓋層先用φ1200 mm鉆頭擴(kuò)孔至深度50 m，下φ1020 mm套管固井。此段用的是泥漿正循環(huán)施工方法，擴(kuò)孔鉆進(jìn)之前需要事先對(duì)前導(dǎo)孔下端進(jìn)行封堵，采用圓木塞子封堵在采掘面頂板處，以保證上部擴(kuò)孔鉆進(jìn)正循環(huán)工藝能夠?qū)崿F(xiàn)。

在50 m以深改用φ660 mm集束式潛孔錘(韓國(guó)產(chǎn))進(jìn)行擴(kuò)孔鉆進(jìn)，在擴(kuò)孔鉆進(jìn)前把導(dǎo)向孔下端的圓木塞取掉，鉆孔為貫通式，擴(kuò)孔鉆進(jìn)的巖渣掉入巷道內(nèi)人工排走，空壓機(jī)使用2臺(tái)，鉆壓為4根φ203 mm鉆鋌，鉆進(jìn)效率4～5 m/h。在擴(kuò)穿全孔段后進(jìn)行二級(jí)擴(kuò)孔，采用我所研制的φ660/850 mm反井鑲齒滾刀鉆頭進(jìn)行反擴(kuò)，將鉆頭送至巷道內(nèi)與鉆桿連接，在鉆機(jī)的提升力和回轉(zhuǎn)作用下鉆頭進(jìn)行反拉鉆進(jìn)，作用在鉆頭上的提拉力在150 kN左右。施工過(guò)程中，往孔內(nèi)適量注水以冷卻鉆頭和降塵。鉆進(jìn)效率為3～4 m/h。反井施工方法既節(jié)約燃料成本，鉆進(jìn)效率又比較高。

后續(xù)的2個(gè)同類(lèi)孔施工中，在導(dǎo)向孔鉆完后直接用φ311/850 mm滾刀反拉擴(kuò)孔鉆頭施工，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。一個(gè)滾刀擴(kuò)孔鉆頭完成了2個(gè)孔的擴(kuò)孔工作量，共計(jì)擴(kuò)孔500余米，第三個(gè)孔在更換了2把滾刀后繼續(xù)使用(圖8)。為施工單位節(jié)約了大量的施工成本，受到了用戶(hù)的一致好評(píng)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)保德礦3個(gè)通風(fēng)孔的施工實(shí)踐表明，在條件允許的情況下，盡量采用潛孔錘鉆進(jìn)導(dǎo)向孔，如果巷道可以進(jìn)人操作，最好將導(dǎo)向孔貫通，采用反拉鉆進(jìn)方式效果明顯，能大大提高鉆進(jìn)效率和縮短成孔時(shí)間，降低鉆探成本。

圖8 φ311/850 mm反井?dāng)U孔鉆頭

如果鉆進(jìn)盲孔，也應(yīng)先進(jìn)行導(dǎo)向孔鉆進(jìn)，一方面鉆孔垂直度容易控制，另一方面為后續(xù)的擴(kuò)孔鉆進(jìn)增加破巖自由面，利于破碎巖石，同時(shí)采用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)方式，提高鉆進(jìn)效率。

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