豎井鉆機

煤礦豎井鉆機從ZZS - 1 型開始,發(fā)展到今天,大致可分為三個階段,分別為煤礦豎井鉆機初級階段、專用鉆機使用階段、專用鉆機改進和新型鉆機發(fā)展階段。

1.煤礦豎井鉆機初級階段

最初的豎井鉆機ZZS - 1 型,是利用石油鉆機的轉盤、絞車、天車、游車、水龍頭、大鉤六大件,由北京建井所、淮南蔡家崗煤機廠等單位設計制造鉆臺、井架、鉆頭等配套設備。由中煤特殊鑿井(集團) 有限責任公司與北京建井所在淮北朔里南風井合作完成了我國第一臺豎井鉆機的試驗工作,并取得成功。此后,形成了地面轉盤驅(qū)動鉆桿和鉆頭;絞車提升和下放;減壓鉆進;超前孔鉆進、分次擴孔;泥漿護壁、壓氣反循環(huán)泥漿洗井、恒鉆壓、恒鉆速或手動進給操作工藝。雖然期間對鉆機的結構形式進行了各種探索,如:QZ - 3. 5 型(潛入式) 鉆機;紅陽大鉆(行星輪式鉆機) ;BZ - 1 型(門吊提升) 鉆機等,均因可靠性、效率低等原因,僅鉆一至兩口井就被后來的專用的大鉆機所淘汰。

2.煤礦豎井專用鉆機階段

由于初期階段鉆機能力較小,提升力、轉盤扭矩、鉆井直徑和深度也很難滿足施工需要,特別是在鉆進過程中,故障率高,純鉆率僅30～40 %;為此,在1972 年上海重型機器廠專門為上海大屯礦區(qū)研制了一臺ND - 1 型鉆機;上世紀70 年代中后期,洛陽礦山機器廠和中煤特殊鑿井(集團) 公司研制了一臺SZ - 9/ 700 型鉆機、兩臺AS - 9/500 型鉆機;中煤特殊鑿井(集團) 公司還引進了原西德產(chǎn)的L40/ 800 型鉆機兩臺。這六臺鉆機為我國的鉆井法施工作出了很大的貢獻,鉆機的性能得到了較大的提高,和初期的鉆機相比,鉆機能力提高了1 倍多。純鉆率提升到了50 %以上。

特別是在1982～1997 年間,兩臺AS - 9/ 500 型鉆機和兩臺L40/ 800 型鉆機共成井7 個在400m以上的深大型井筒,為鉆井法在特殊鑿井中的地位立下了大功。

3.煤礦豎井鉆機現(xiàn)階段的特點

進入本世紀后,由于煤炭事業(yè)的較快發(fā)展,鉆井法鑿井也相應地朝兩個方向發(fā)展,一是小型的淺表土井筒采用普通鑿井行不通,采用凍結法施工工人井下空間太小,作業(yè)困難,而鉆井法施工不存在這些問題,這樣崔生了中型鉆機;另一個是大型的深厚沖積層井筒大量涌現(xiàn),當沖積層大于400m、特別是沖積層大于500m 后,鉆井法成井的綜合優(yōu)勢大于凍結法時,給鉆井法施工提供了很大的平臺。

中煤特殊鑿井(集團) 公司為適應市場的需求自行研究、制造了4 臺中型鉆機,在2000 年至今共成井了15 個,同時這4 臺鉆機還兼有施工大型鉆孔灌注樁的優(yōu)點,在同一時段內(nèi)還施工了426 根樁(樁徑為φ1. 5～2. 8m;樁深65～115m) 。同時為滿足深厚沖積層的鉆井法施工的需求,中煤礦建集團公司對一臺SZ - 9/ 700 型鉆機、兩臺AS - 9/ 500 型鉆機、兩臺L40/ 800 型鉆機進行了成功的改造,提高了這5 臺鉆機的能力。在2003～2004 年間,華煤泰安強科礦建公司研制出AS - 12/ 800 型鉆機,并承擔了板集煤礦副井的鉆井施工任務。2006 年華煤開始了AD120/900 型鉆機的研制 。

2007 年原中煤特殊鑿井(集團) 公司與洛陽礦山機械工程設計研究院、南京晨光集團聯(lián)合設計制造了AD130/ 1000 型鉆機,該鉆機于2007 年8 月出廠。

該鉆機的設計思想是,結合中型鉆機、AS -9/ 5000 型鉆機、L40/ 800 型鉆機以及AS - 12/800 鉆機的優(yōu)點,參考洛陽礦山機械工程設計研究院2005 年制造的全液壓動力頭形式的AD60/400 型鉆機進行設計。

AD130/ 1000 型鉆機采用液壓驅(qū)動,主油泵為10 臺A7V117 型的柱塞泵,總功率達800kW, 工作液壓為25MPa ; 動力頭靠8 臺A6V250 型馬達驅(qū)動;主提升為兩根φ450/φ360 的12m 行程大油缸; 鉆機扭矩達600kNm; 提升力8000kN ;鉆井深度大于1000m; 鉆孔直徑最大為13m(分四級鉆進:超前孔φ6. 0m; 一級擴孔φ9.0m;二級擴孔φ11. 0m;三級擴孔φ13. 0m;) ;動力頭轉速0～18rpm;采用牙嵌式和法蘭式連接的兩種鉆桿,管材為φ500 ×20 的合金(35CrMoA) 無縫鋼管;專用機械手垂直接、卸,鉆桿長度為5m、10m兩種;鉆頭最大組裝重量2800kN (配300t 門式起重機,軌距18m ,提升高度17m) ;可采用恒鉆壓方式鉆進; ;外風管式的壓氣反循環(huán)洗井;可移動式鉆架(軌距16m) ;整機重量約為560 噸(不含鉆桿和鉆頭) ,1000m 鉆桿總重量為321 噸。

煤礦鉆井法鑿井技術的研究開始于50 年代初期。1963 年在煤炭科學研究院進行了鉆井法小型試驗,1968 年底成功地制造出ZZS - 1 型豎井鉆機,1969 年上半年,中煤特殊鑿井(集團) 公司與北京建井所在淮北朔里南風井合作完成了我國第一臺豎井鉆機的試驗工作,并取得成功。

鉆井法鑿井具有機械化、自動化程度高,鑿井不用工人下井,作業(yè)條件好,勞動強度低,施工安全,井壁質(zhì)量好,成井偏斜率低,適應性強,深表土鑿井成本低等優(yōu)點。特別是近幾年,鉆井法鑿井技術在成井垂直度、工序快速轉換、壁后充填、抗井筒豎向破壞等方面取得了新的進步,使鉆井法鑿井得到了越來越多的建設單位的青睞。中煤礦建集團公司鉆井工程處創(chuàng)造了我國鉆井最深和最大的紀錄,鉆井最深井為板集礦主井660m(鉆孔直徑9. 5m,凈徑6.2m) ,鉆孔直徑和鉆井凈徑最大的為張集礦西進風井,分別為Φ10. 8m、Φ8. 3m(井筒深度458) 。

進入本世紀后,鉆井法成井的垂直度有了很大的提高,這主要得益于井壁制作的規(guī)范化、井壁內(nèi)圓采用上大下小結構、下沉井壁測量找正采用誤差抵消法和井筒到底后的扶正技術的進步。再加上近年來,鉆井法施工在泥包鉆頭、掉鉆處理、泥漿處理、鉆井井壁結構、壁后充填、改絞轉換等方面均取得了較大的進步,使鉆井法施工不再只鉆風井,而是能鉆主井、副井。

此外,由于AD130/ 1000 型鉆機由于具有可移動性,在進場施工時,可在施工鉆井臨時鎖口的同時,組裝300t 門式起重機和鉆機,當鎖口鋼筋混凝土養(yǎng)護達到強度后,鉆機就可就位開鉆,這樣僅需1 個月的時間就能達到開鉆條件,而退場則更加方便,只需將鉆機開走。這樣,與以前的鉆機相比,節(jié)省進出場時間2. 5 個月。

AD130/ 1000 型鉆機出廠后,受到了業(yè)主的青睞,2008 年中煤礦山建設集團鉆井工程處在淮北礦業(yè)集團的袁店一礦南風井鉆鑿成功第一口井,深度302m ,鉆孔直徑7. 1m ,成井凈徑5. 0m ,綜合月成井達到42m ,2010 年2 月,該處又在皖北煤電集團公司的朱集西礦成功地建成了矸石井,井筒深度545m ,鉆孔直徑7. 7m ,凈徑5. 2m ,綜合月成井達到45m。上述兩口井的鉆井均為一鉆成孔,比原來的9m 或8m 鉆機少擴鉆一至兩級,總鉆進時間可節(jié)省30 %左右。

展望未來,AD130/ 1000 型鉆機無論在淺表土或深厚沖積層的復雜地質(zhì)條件下,都將以快速成井、快速進出場、快速改絞轉換的特點,成為特殊鑿井的新亮點 。2100433B

王占軍、張路明等。

中信重型機械公司。