豎井鉆機(jī)新型鉆機(jī)的研制

2007 年原中煤特殊鑿井(集團(tuán)) 公司與洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院、南京晨光集團(tuán)聯(lián)合設(shè)計(jì)制造了AD130/ 1000 型鉆機(jī),該鉆機(jī)于2007 年8 月出廠。

該鉆機(jī)的設(shè)計(jì)思想是,結(jié)合中型鉆機(jī)、AS -9/ 5000 型鉆機(jī)、L40/ 800 型鉆機(jī)以及AS - 12/800 鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn),參考洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院2005 年制造的全液壓動(dòng)力頭形式的AD60/400 型鉆機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

AD130/ 1000 型鉆機(jī)采用液壓驅(qū)動(dòng),主油泵為10 臺(tái)A7V117 型的柱塞泵,總功率達(dá)800kW, 工作液壓為25MPa ; 動(dòng)力頭靠8 臺(tái)A6V250 型馬達(dá)驅(qū)動(dòng);主提升為兩根φ450/φ360 的12m 行程大油缸; 鉆機(jī)扭矩達(dá)600kNm; 提升力8000kN ;鉆井深度大于1000m; 鉆孔直徑最大為13m(分四級(jí)鉆進(jìn):超前孔φ6. 0m; 一級(jí)擴(kuò)孔φ9.0m;二級(jí)擴(kuò)孔φ11. 0m;三級(jí)擴(kuò)孔φ13. 0m;) ;動(dòng)力頭轉(zhuǎn)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(jī)械手垂直接、卸,鉆桿長(zhǎng)度為5m、10m兩種;鉆頭最大組裝重量2800kN (配300t 門式起重機(jī),軌距18m ,提升高度17m) ;可采用恒鉆壓方式鉆進(jìn); ;外風(fēng)管式的壓氣反循環(huán)洗井;可移動(dòng)式鉆架(軌距16m) ;整機(jī)重量約為560 噸(不含鉆桿和鉆頭) ,1000m 鉆桿總重量為321 噸。

煤礦豎井鉆機(jī)從ZZS - 1 型開始,發(fā)展到今天,大致可分為三個(gè)階段,分別為煤礦豎井鉆機(jī)初級(jí)階段、專用鉆機(jī)使用階段、專用鉆機(jī)改進(jìn)和新型鉆機(jī)發(fā)展階段。

1.煤礦豎井鉆機(jī)初級(jí)階段

最初的豎井鉆機(jī)ZZS - 1 型,是利用石油鉆機(jī)的轉(zhuǎn)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(jī)廠等單位設(shè)計(jì)制造鉆臺(tái)、井架、鉆頭等配套設(shè)備。由中煤特殊鑿井(集團(tuán)) 有限責(zé)任公司與北京建井所在淮北朔里南風(fēng)井合作完成了我國(guó)第一臺(tái)豎井鉆機(jī)的試驗(yàn)工作,并取得成功。此后,形成了地面轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)鉆桿和鉆頭;絞車提升和下放;減壓鉆進(jìn);超前孔鉆進(jìn)、分次擴(kuò)孔;泥漿護(hù)壁、壓氣反循環(huán)泥漿洗井、恒鉆壓、恒鉆速或手動(dòng)進(jìn)給操作工藝。雖然期間對(duì)鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了各種探索,如:QZ - 3. 5 型(潛入式) 鉆機(jī);紅陽大鉆(行星輪式鉆機(jī)) ;BZ - 1 型(門吊提升) 鉆機(jī)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(jī)所淘汰。

2.煤礦豎井專用鉆機(jī)階段

由于初期階段鉆機(jī)能力較小,提升力、轉(zhuǎn)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(jìn)過程中,故障率高,純鉆率僅30～40 %;為此,在1972 年上海重型機(jī)器廠專門為上海大屯礦區(qū)研制了一臺(tái)ND - 1 型鉆機(jī);上世紀(jì)70 年代中后期,洛陽礦山機(jī)器廠和中煤特殊鑿井(集團(tuán)) 公司研制了一臺(tái)SZ - 9/ 700 型鉆機(jī)、兩臺(tái)AS - 9/500 型鉆機(jī);中煤特殊鑿井(集團(tuán)) 公司還引進(jìn)了原西德產(chǎn)的L40/ 800 型鉆機(jī)兩臺(tái)。這六臺(tái)鉆機(jī)為我國(guó)的鉆井法施工作出了很大的貢獻(xiàn),鉆機(jī)的性能得到了較大的提高,和初期的鉆機(jī)相比,鉆機(jī)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(tái)AS - 9/ 500 型鉆機(jī)和兩臺(tái)L40/ 800 型鉆機(jī)共成井7 個(gè)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(jī)現(xiàn)階段的特點(diǎn)

進(jìn)入本世紀(jì)后,由于煤炭事業(yè)的較快發(fā)展,鉆井法鑿井也相應(yīng)地朝兩個(gè)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(jié)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(jī);另一個(gè)是大型的深厚沖積層井筒大量涌現(xiàn),當(dāng)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(shì)大于凍結(jié)法時(shí),給鉆井法施工提供了很大的平臺(tái)。

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

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

鉆井法鑿井具有機(jī)械化、自動(dòng)化程度高,鑿井不用工人下井,作業(yè)條件好,勞動(dòng)強(qiáng)度低,施工安全,井壁質(zhì)量好,成井偏斜率低,適應(yīng)性強(qiáng),深表土鑿井成本低等優(yōu)點(diǎn)。特別是近幾年,鉆井法鑿井技術(shù)在成井垂直度、工序快速轉(zhuǎn)換、壁后充填、抗井筒豎向破壞等方面取得了新的進(jìn)步,使鉆井法鑿井得到了越來越多的建設(shè)單位的青睞。中煤礦建集團(tuán)公司鉆井工程處創(chuàng)造了我國(guó)鉆井最深和最大的紀(jì)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(jìn)風(fēng)井,分別為Φ10. 8m、Φ8. 3m(井筒深度458) 。

進(jìn)入本世紀(jì)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(jié)構(gòu)、下沉井壁測(cè)量找正采用誤差抵消法和井筒到底后的扶正技術(shù)的進(jìn)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(jié)構(gòu)、壁后充填、改絞轉(zhuǎn)換等方面均取得了較大的進(jìn)步,使鉆井法施工不再只鉆風(fēng)井,而是能鉆主井、副井。

此外,由于AD130/ 1000 型鉆機(jī)由于具有可移動(dòng)性,在進(jìn)場(chǎng)施工時(shí),可在施工鉆井臨時(shí)鎖口的同時(shí),組裝300t 門式起重機(jī)和鉆機(jī),當(dāng)鎖口鋼筋混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)到強(qiáng)度后,鉆機(jī)就可就位開鉆,這樣僅需1 個(gè)月的時(shí)間就能達(dá)到開鉆條件,而退場(chǎng)則更加方便,只需將鉆機(jī)開走。這樣,與以前的鉆機(jī)相比,節(jié)省進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間2. 5 個(gè)月。

AD130/ 1000 型鉆機(jī)出廠后,受到了業(yè)主的青睞,2008 年中煤礦山建設(shè)集團(tuán)鉆井工程處在淮北礦業(yè)集團(tuán)的袁店一礦南風(fēng)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(dá)到42m ,2010 年2 月,該處又在皖北煤電集團(tuán)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(dá)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(jī)少擴(kuò)鉆一至兩級(jí),總鉆進(jìn)時(shí)間可節(jié)省30 %左右。

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

王占軍、張路明等。

中信重型機(jī)械公司。