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LM系列反井鉆機(jī)介紹及反井鉆井技術(shù)發(fā)展

  • 發(fā)布時(shí)間:2022-06-29
  • 發(fā)布者: 小編
  • 來源: 本站
  • 閱讀量:423

概況:在LM系列反井鉆機(jī)設(shè)備和工藝技術(shù)上取得較大進(jìn)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(jī),和用于抗壓強(qiáng)度達(dá)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)。

LM系列反井鉆機(jī)

  1.反井鉆機(jī)應(yīng)用

 

  反井鉆機(jī)在20世紀(jì)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(jìn)機(jī)和鉆井法鑿井機(jī)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(jī)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(jī),其中LM-120型反井鉆機(jī)1986年第一次應(yīng)用在開灤趙各莊礦,LM-200型反井鉆機(jī)在1992年4月首次將LM-200型反井鉆機(jī)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(jī)先后在國內(nèi)各大礦務(wù)局(礦業(yè)集團(tuán)公司),十幾個(gè)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。

 

  2.LM系列反井鉆機(jī)

 

  LM系列反井鉆機(jī)包括LM-90型、LM-200型和LM-200型,原設(shè)計(jì)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--1.2-1.4m的反井工程,雖然在實(shí)際工程應(yīng)用中也完成深度、巖石硬度都超過設(shè)計(jì)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(jī)設(shè)計(jì)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(yùn)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(qiáng)度較低,單軸抗壓強(qiáng)度小于100MPa;

   鉆孔直徑小于1.4m到2.0m,鉆孔深度小于200m:


   3.LM系列反井鉆機(jī)完成的部分工程

   反井鉆機(jī)可以應(yīng)用在地下工程中。

 

   4.新型反井鉆機(jī)研制

   2.1 ZFY2.0/400型(LM-400型)強(qiáng)力反井鉆機(jī)

   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(qiáng)力反井鉆機(jī),該機(jī)是科技部專項(xiàng)資金項(xiàng)目。

   2.1.1 ZFY2.0/400型反井鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)為:

 

  (1) 導(dǎo)孔直徑: 270mm

   (2) 擴(kuò)孔最大直徑: 2.0m

   (3) 鉆孔深度: 400m

   (4) 鉆孔傾角: 45~90°

   (5) 適用巖石: 單軸抗壓強(qiáng)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(jī)特點(diǎn):

   (1)該機(jī)專門為煤炭、水電深井工程特點(diǎn)設(shè)計(jì),可以在堅(jiān)硬的巖石中施工深度400m,直徑φ1.4、φ1.7、φ2.0m多種直徑的豎井和斜井導(dǎo)井工程;

   (2)采用L型主機(jī)框架結(jié)構(gòu),減輕了主機(jī)重量,易于調(diào)節(jié)鉆進(jìn)角度和方位,便于斜井施工。主機(jī)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(kuò)孔時(shí),采用大扭矩雙液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng),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(jī)液壓系統(tǒng)能夠長時(shí)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(shí)間,提高鉆桿特別是鉆桿絲扣的壽命,雖然鉆機(jī)高度增加,但是對于主要應(yīng)用于深井鉆進(jìn),體積限制較??;

   (6)采用全套自備的鉆桿搬運(yùn)與裝卸輔助設(shè)備,包括液控小型轉(zhuǎn)盤吊、液控機(jī)械手、翻轉(zhuǎn)架、輔助卸扣裝置等,使鉆桿的裝卸靈活、準(zhǔn)確、操縱機(jī)械化。

 

  2.1.3 ZFY2.0/400型反井鉆機(jī)實(shí)際應(yīng)用

 

  (1)ZFY2.0/400型(LM-400型)反井鉆機(jī)設(shè)計(jì)完成后投入加工生產(chǎn),2002年9月18日出廠驗(yàn)收,2003年初運(yùn)到瑯琊山抽水蓄能電站,對鉆進(jìn)進(jìn)行循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行配套;施工鉆機(jī)基礎(chǔ);進(jìn)行鉆機(jī)安裝、調(diào)平找正、澆注地腳螺栓;鉆機(jī)是運(yùn)轉(zhuǎn);整個(gè)系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn);導(dǎo)孔鉆進(jìn);處理不良地層;拆到孔鉆頭;接擴(kuò)孔鉆頭;擴(kuò)孔鉆進(jìn);拆機(jī)。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(jìn)時(shí)間12天,包括處理不良地層4天,擴(kuò)孔時(shí)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(jī)容量為250MW的可逆式發(fā)電機(jī)組,總裝機(jī)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(bǔ)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(jī)基礎(chǔ)和循環(huán)池,然后安裝鉆機(jī),最后鉆成直徑1.4m、深度218m的地下廠房排煙豎井。

 

  2.2 LM-300型反井鉆機(jī)

 

  LM-300型反井鉆機(jī)和LM-400型設(shè)計(jì)側(cè)重點(diǎn)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LM-200型反井鉆機(jī)替代產(chǎn)品,解決LM-200型反井鉆機(jī)能力偏低的缺點(diǎn),仍保留體積小、重量輕、搬遷移動(dòng)方便的特點(diǎn),具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。主要技術(shù)參數(shù)為: 

   (1) 導(dǎo)孔直徑: 216mm

   (2) 擴(kuò)孔最大直徑: 1.4m

   (3) 鉆孔深度: 300m

   (4) 鉆孔傾角: 50~90°

        (5) 適用巖石: 單軸抗壓強(qiáng)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)

 

  2.3 破巖滾刀

 

  破巖滾刀是反井鉆機(jī)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(jiān)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(jiān)硬,單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)到250MPa,泰安抽水蓄能電站花崗巖抗壓強(qiáng)度達(dá)到310MPa,這類巖石石英、長石等磨粒性強(qiáng)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5-10m,工效非常低,破巖刀具費(fèi)用達(dá)到每米一萬元以上,這樣反井鉆機(jī)將無法作為工程設(shè)備應(yīng)用。為此,進(jìn)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(dá)到125m以上,并經(jīng)多個(gè)電站不同巖石條件應(yīng)用實(shí)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(jìn)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(jī)的應(yīng)用范圍將日益擴(kuò)展。LM-300和LM-400型反井鉆機(jī)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(jī)能夠較高效的破碎巖石,提高了反井鉆機(jī)功效,降低了工程成本。今后應(yīng)加強(qiáng)對深井反井鉆井工藝的研究,使反井鉆機(jī)在地下工程建設(shè)中發(fā)揮更大作用。


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