豎井鑽機

豎井鑽機是大深度500米的煤礦豎井及其它工程井筒使用的設備。煤礦豎井鑽機從ZZS - 1 型開始,發展到今天,大致可分為三個階段,分別為煤礦豎井鑽機初級階段、專用鑽機使用階段、專用鑽機改進和新型鑽機發展階段。

基本介紹

• 中文名：豎井鑽機
• 外文名：Shaft drill
• 學科：冶金工程
• 領域：採礦
• 用於：深度500米的煤礦豎井
• 型號：ZZS - 1 型

簡介

煤礦鑽井法鑿井技術的研究開始於50 年代初期。1963 年在煤炭科學研究院進行了鑽井法小型試驗,1968 年底成功地製造出ZZS - 1 型豎井鑽機,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台豎井鑽機的試驗工作,並取得成功。

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

煤礦豎井鑽機的發展歷程

煤礦豎井鑽機從ZZS - 1 型開始,發展到今天,大致可分為三個階段,分別為煤礦豎井鑽機初級階段、專用鑽機使用階段、專用鑽機改進和新型鑽機發展階段。

1.煤礦豎井鑽機初級階段

最初的豎井鑽機ZZS - 1 型,是利用石油鑽機的轉盤、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製造鑽台、井架、鑽頭等配套設備。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台豎井鑽機的試驗工作,並取得成功。此後,形成了地面轉盤驅動鑽桿和鑽頭;絞車提升和下放;減壓鑽進;超前孔鑽進、分次擴孔;泥漿護壁、壓氣反循環泥漿洗井、恆鑽壓、恆鑽速或手動進給操作工藝。雖然期間對鑽機的結構形式進行了各種探索,如:QZ - 3. 5 型(潛入式) 鑽機;紅陽大鑽(行星輪式鑽機) ;BZ - 1 型(門吊提升) 鑽機等,均因可靠性、效率低等原因,僅鑽一至兩口井就被後來的專用的大鑽機所淘汰。

2.煤礦豎井專用鑽機階段

由於初期階段鑽機能力較小,提升力、轉盤扭矩、鑽井直徑和深度也很難滿足施工需要,特別是在鑽進過程中,故障率高,純鑽率僅30～40 %;為此,在1972 年上海重型機器廠專門為上海大屯礦區研製了一台ND - 1 型鑽機;上世紀70 年代中後期,洛陽礦山機器廠和中煤特殊鑿井(集團) 公司研製了一台SZ - 9/ 700 型鑽機、兩台AS - 9/500 型鑽機;中煤特殊鑿井(集團) 公司還引進了原西德產的L40/ 800 型鑽機兩台。這六台鑽機為我國的鑽井法施工作出了很大的貢獻,鑽機的性能得到了較大的提高,和初期的鑽機相比,鑽機能力提高了1 倍多。純鑽率提升到了50 %以上。

特別是在1982～1997 年間,兩台AS - 9/ 500 型鑽機和兩台L40/ 800 型鑽機共成井7 個在400m以上的深大型井筒,為鑽井法在特殊鑿井中的地位立下了大功。

3.煤礦豎井鑽機現階段的特點

進入本世紀後,由於煤炭事業的較快發展,鑽井法鑿井也相應地朝兩個方向發展,一是小型的淺表土井筒採用普通鑿井行不通,採用凍結法施工工人井下空間太小,作業困難,而鑽井法施工不存在這些問題,這樣崔生了中型鑽機;另一個是大型的深厚沖積層井筒大量湧現,當沖積層大於400m、特別是沖積層大於500m 後,鑽井法成井的綜合優勢大於凍結法時,給鑽井法施工提供了很大的平台。

中煤特殊鑿井(集團) 公司為適應市場的需求自行研究、製造了4 台中型鑽機,在2000 年至今共成井了15 個,同時這4 台鑽機還兼有施工大型鑽孔灌注樁的優點,在同一時段內還施工了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鑽井法施工的需求,中煤礦建集團公司對一台SZ - 9/ 700 型鑽機、兩台AS - 9/ 500 型鑽機、兩台L40/ 800 型鑽機進行了成功的改造,提高了這5 台鑽機的能力。在2003～2004 年間,華煤泰安強科礦建公司研製出AS - 12/ 800 型鑽機,並承擔了板集煤礦副井的鑽井施工任務。2006 年華煤開始了AD120/900 型鑽機的研製。

新型鑽機的研製

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、南京晨光集團聯合設計製造了AD130/ 1000 型鑽機,該鑽機於2007 年8 月出廠。

該鑽機的設計思想是,結合中型鑽機、AS -9/ 5000 型鑽機、L40/ 800 型鑽機以及AS - 12/800 鑽機的優點,參考洛陽礦山機械工程設計研究院2005 年製造的全液壓動力頭形式的AD60/400 型鑽機進行設計。

AD130/ 1000 型鑽機採用液壓驅動,主油泵為10 台A7V117 型的柱塞泵,總功率達800kW, 工作液壓為25MPa ; 動力頭靠8 台A6V250 型馬達驅動;主提升為兩根φ450/φ360 的12m 行程大油缸; 鑽機扭矩達600kNm; 提升力8000kN ;鑽井深度大於1000m; 鑽孔直徑最大為13m(分四級鑽進: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;採用牙嵌式和法蘭式連線的兩種鑽桿,管材為φ500 ×20 的合金(35CrMoA) 無縫鋼管;專用機械手垂直接、卸,鑽桿長度為5m、10m兩種;鑽頭最大組裝重量2800kN (配300t 門式起重機,軌距18m ,提升高度17m) ;可採用恆鑽壓方式鑽進; ;外風管式的壓氣反循環洗井;可移動式鑽架(軌距16m) ;整機重量約為560 噸(不含鑽桿和鑽頭) ,1000m 鑽桿總重量為321 噸。

新型鑽機的套用及前景展望

進入本世紀後,鑽井法成井的垂直度有了很大的提高,這主要得益於井壁製作的規範化、井壁內圓採用上大下小結構、下沉井壁測量找正採用誤差抵消法和井筒到底後的扶正技術的進步。再加上近年來,鑽井法施工在泥包鑽頭、掉鑽處理、泥漿處理、鑽井井壁結構、壁後充填、改絞轉換等方面均取得了較大的進步,使鑽井法施工不再只鑽風井,而是能鑽主井、副井。

此外,由於AD130/ 1000 型鑽機由於具有可移動性,在進場施工時,可在施工鑽井臨時鎖口的同時,組裝300t 門式起重機和鑽機,當鎖口鋼筋混凝土養護達到強度後,鑽機就可就位開鑽,這樣僅需1 個月的時間就能達到開鑽條件,而退場則更加方便,只需將鑽機開走。這樣,與以前的鑽機相比,節省進出場時間2. 5 個月。

AD130/ 1000 型鑽機出廠後,受到了業主的青睞,2008 年中煤礦山建設集團鑽井工程處在淮北礦業集團的袁店一礦南風井鑽鑿成功第一口井,深度302m ,鑽孔直徑7. 1m ,成井淨徑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 ,鑽孔直徑7. 7m ,淨徑5. 2m ,綜合月成井達到45m。上述兩口井的鑽井均為一鑽成孔,比原來的9m 或8m 鑽機少擴鑽一至兩級,總鑽進時間可節省30 %左右。

展望未來,AD130/ 1000 型鑽機無論在淺表土或深厚沖積層的複雜地質條件下,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。