AT1500天井钻机在漓铁集团的实际应用

韩伟新,童樟明,王金波

(浙江漓铁集团有限公司, 浙江绍兴市 312041)

AT1500天井钻机在漓铁集团的实际应用

韩伟新,童樟明,王金波

(浙江漓铁集团有限公司, 浙江绍兴市 312041)

介绍了漓铁集团以前天溜井掘进所存在的缺点,以及使用AT1500型天井钻机进行天井掘进后的实际应用效果和技术要求,重点分析了新设备施工和使用过程中所遇到的问题,以及解决问题所采取的技术改进措施等,实践证明,使用天井钻机钻进天溜井生产效率高、成井质量好,操作安全,可以带来良好的经济效益和社会效益。

天井钻机;天井掘进;技术改造

漓铁矿业公司是一个地下开采的矿山,主要采用溜井进行井下放矿。以往天溜井施工都是采用吊罐法,先用牙轮钻机沿天井全高钻一个120mm中心孔,再在上一水平安装一台游动绞车,钢丝绳穿过中心孔与吊罐挂接,在吊罐上完成凿岩装药作业后,下放吊罐,再进行爆破,在下水平用装岩机出渣。这种作业方式,一旦突发设备故障或人员操作失误,乘罐人员安全得不到保障。并且采用吊罐法施工的天溜井,井壁凸凹不平,由于经过爆破,井壁岩石产生松动、破碎,存在浮石多,易塌陷等现象,成井质量较差,大多需再喷浆支护,安全得不到保障。为了适应井下安全生产的需要,本着安全、高效的宗旨,改变过去天溜井钻孔偏差大、安全系数低、成井质量差等弊病,该公司引进了湖南有色重型机器有限责任公司生产的AT1500型天井钻机。

1 工程情况及要求

(1)项目的意义和必要性。2009年,根据生产接续安排,西矿-85～-135溜井、东矿大采场-135～-185溜井,均需要尽快施工。如何利用好AT1500型天井钻机,并达到安全、成熟使用,是当年溜井作业任务能否完成的关键前提和保障。

(2)引进技术设备的目的。公司井下作业的重要危险点之一就是吊罐法掘进天溜井,作业人员在吊罐上进行凿岩和装药,上下层只能通过电话进行联系。再者,游动绞车和钢丝绳虽安全系数较高,然而一旦突发设备故障或人员操作失误,乘罐人员安全将得不到保障。在硬件和工艺上,达不到矿山以“安全第一”为宗旨的目的。另外,采用吊罐法进行天溜井作业的工艺方法,井壁凸凹不平,且岩石松动破碎、浮石多,易塌陷,大多需再喷浆支护,成井质量较差。在大力营造企业安全文化的背景下,适时引进天井钻机,采用新设备、新工艺,并成熟使用和推广应用,提高机械化作业程度,保人员安全,还是具有现实意义的。

(3)工程项目的要求。地下开采矿山主要采用溜井放矿,再者受井下巷道、罐笼等因素的影响,要求AT1500型天井钻机需达到以下技术要求:主机运输外型尺寸长度不超过2800mm,宽度小于1360 mm,高度不超过2100mm(包含平板拉车的高度);主电机启动方式需采用降压启动,额定电压380V;控制电源36V,380V/36V控制变压器;配套电器箱功能需完备,当需要作业时,只需接通供电电缆,就可以开机进行作业;行走机构轨距600mm;钻具采用镶齿盘式滚刀;刀架与滚刀寿命需达到预先规定的要求;配备水平仪一只;主机与泵站所联接油管长度不小于5000mm。

2 天井钻机主要特点及构造

2.1 主要特点

(1)该钻机采用全液压驱动技术。具有各种钻进参数可以无级调速,结构紧凑,安装简单方便,抗冲击性能好,工作可靠等特点;与其他普通凿岩相比,天井钻机具有生产效率高,成井质量好,操作安全,钻孔偏斜率小的优势。

(2)因为成井方式为机械切削岩石,无需打眼放炮,围岩受损小。

(3)工人劳动强度低。因工人无需进入反井作业,完全避免了炮烟和冒顶的危险。加上上下钻杆机械化,工人劳动强度大为减轻。

(4)采用双油缸推进,钻进平稳,成井效率高。

2.2 钻机构造

TYZ1500天井钻机由主机、行走机构、泵站、操纵台、给杆机构、钻架和钻具等7部分组成(见图1),并配有卸杆工具、锚杆等辅助件。其动作原理是由泵站上的YB2-315S-6(75kW)主泵电动机带动250SCY14-1B轴向柱塞泵,驱动2个NJM-4B内曲线径向液压马达,通过减速箱带动钻杆旋转,并由泵站上的5.5kW电动机带动10SCY14-1B轴向柱塞泵将压力油送进二推进缸,推动减速箱上下运动,并带动钻杆和钻头或刀盘上下运动。以框架为导轨,当减速箱带动钻杆和钻头向下运动时,完成钻进导向孔作业。切削岩渣由专用水泵排出。当减速箱带动钻杆和刀盘向上运动时,完成扩孔作业,岩渣依靠自重落下。

3 使用效果及解决的问题

3.1 使用效果

图1 钻机构造

2009年1～12月份,在西矿共完成了6口溜井的施工任务。总体上,从施工的6口井进度情况来看,每口井打小孔和扩孔所用的纯作业时间基本上差距不大,施工峒室掘进、铺道、浇基础、设备转场等约需半个月,整口溜井天井钻机施工约半个月左右。在正常情况下,一个月左右可以完成一口溜井的施工任务。具体钻机施工时间详见表1。

表1 钻机施工时间

以2#、3#井为例:

(1)2009年2月16日开始投入使用,到3月15日,历时29d,实际施工共计23d,完成第一口溜井(2#)施工。3月26日～6月25日,完成第二口溜井(3#)施工,历时92d,主要原因是因马达、油泵损坏、刀具卡钻、刀盘拉杆断裂卡在半空中等影响工期。

(2)施工对比:第一口溜井(2#):导向孔用时累计1721min,扩孔用时累计5427min。扩孔时间为打导向孔时间的3.16倍;第二口溜井(3#):导向孔用时累计2456min,扩孔用时累计5724min,扩孔时间为打导向孔时间的2.33倍。

(3)作业时间对比:在刀具、作业压力、转速等技术参数相同情况下,3#溜井比2#溜井打导向孔多用时736min,相当于比2#溜井多用时42.7%。说明3#溜井岩性相对较硬;3#溜井扩孔较2#溜井多用时297min,基本相当,但作业技术参数不一样,3#较2#溜井足足多出40kg/cm2提升压力,为原来的150%。

(4)钻孔精度:2009年间,在西矿已施工的6口溜井中,中心孔偏斜率均在1%以内,并且有两只孔偏斜很小,只有20cm左右。

通过总结经验可知,第一,根据实际施工记录和其它矿山使用情况,岩性不超过12级情况下,打导向孔时间一般约为30～40h。扩孔时间为导向孔时间的3～4倍;第二,西矿岩质不适合长齿刀具,易发生卡钻现象,或引起其它故障;第三,扩孔为硬质、球状刀具,使用效果相对较好;第四,作业技术参数,打导向孔:小泵压力为40～60kg/cm2,随着深度增加,压力逐步调小,大泵压力为140～160kg/cm2;扩孔:小泵压力为75～85kg/cm2,大泵压力为140～160kg/cm2,最后2m时,压力降为40kg/cm2左右。

3.2 解决的问题

(1)解决了吊罐天井中心孔偏斜率问题。吊罐天井因为牙轮钻机设备技术性能因素,中心孔精度较低,施工时,打出的中心孔偏斜率太大,容易超过安全规定要求。而且经常由于偏斜率过大,在下一层根本找不到钻孔而需要重新钻孔,既浪费成本,又影响工作进度。天井钻机体积、重量大,施工时,钻机振动小,且钻杆重量也大,在钻孔时,钻杆不易偏斜;而牙轮钻机体积、重量小,施工时,钻机振动大,钻杆轻,导致钻杆极易发飘,打出的中心孔偏斜较大。天井钻机很好地解决了中心孔偏斜率问题,已施工好的6口溜井中心孔偏斜率均在1%以内,其中有两只孔与中心只有20cm左右偏斜。

(2)解决了溜井质量问题。吊罐法施工的天溜井,由于存在爆破工艺,对溜井的井壁必然会造成一定的破坏,井壁岩石会存在一定松动,如果岩质较差,则必须进行支护处理,并且对以后的溜井使用、人员在溜井内的维修作业,都带来一定的安全隐患。2009年1～12月份,在西矿利用天井钻机共施工了2#、3#、4#、6#、15#、14#共6口天溜井,从施工的溜井情况看,井壁均平滑稳定,对周围岩石未造成破坏,不需要再喷浆支护,成井质量好。

(3)保证了溜井施工安全。吊罐天井施工法,人员直接在天井工作面下面作业,需要岩质相对较好,同时,必须确保游动绞车设备可靠,才好施工。另外,在施工中,上、下层需要通过电话、信号联系,工作条件差,安全风险大。利用天井钻机施工天溜井,作业人员均在同一分层,不需再在下层乘吊罐进行凿岩、爆破,只需要两个人员装卸钻杆、一人操作即可,扩孔可一次成井,待岩渣在下层堆积到一定高度后再进行一次清理。还可以对任何岩石进行施工,只是速度快慢问题,避免了乘罐凿岩、爆破、上下层通信联系等诸多不安全环节,作业人员得到了更大安全保障。

4 存在问题及解决方法

在西矿施工中,特别是在施工3#溜井时,发生的问题相对较多,液压马达、油泵、阀体、刀具、钻杆等发生了一系列问题。通过生产厂家的技术培训、现场指导,以及后面几口天溜井的实践操作,天井钻机操作工已能够熟练、独立操作。并且能够通过对岩质变化的判断,及时调整设备液压推进压力;还可根据工况条件的实际情况,及时调整工况,以适应施工现场的需要。通过实践摸索,在个别地方进行了技术工艺的改进,解决了许多难题,操作更加简便、安全。改进的地方主要有:进水装置改进;安装刀盘方法改进;拆卸刀盘方法改进;卸杆卡块改进等等。具体如下:

(1)进水装置改进。原来主机进水装置设在机器后背,且角度存在一定缺陷。在工作时,随着缸体升降,胶管很容易磨通漏水,同时,又因角度存在一定缺陷,胶管始终处于压扁状态,容易造成水量不足。根据实际测量,进水装置进行了更改,改为主机前上方进水,从根本上解决了上述缺陷。

(2)安装刀盘方法改进。原来安装刀盘时,需进行开道叉、铺道,刀盘装在平板车上再运到位;考虑到随着溜井进一步施工,放矿巷开道叉太多,正式放矿时,容易发生车辆掉道事故。为此,现已改为不再开道叉,而是在导向孔附近打3只眼,利用手拉葫芦方式安装刀盘。

(3)拆卸刀盘方法改进。根据厂家指导,扩孔结束后,在拆卸刀盘时,采用钢丝绳吊挂法,主机用钢丝绳吊起刀盘时,在打好的溜井口正上方横穿一钢管,将刀盘悬在空中,待主机移开后,再用手拉葫芦将刀盘提起。这种方法存在的弊端是,两股钢丝绳受力绷紧时,钢管很难从中间穿过,且操作麻烦,对安全不利。现在用30mm钢板制作了一套特定工具,使用非常方便,且很安全。

(4)卸杆卡块改进。施工中,在更换钻杆时,卸杆卡块不够灵活,基本上用人力拉不开,需借助工具方可拉开,非常不方便。经过仔细分析后,对卸杆卡块尺寸进行了局部变动,改进后,机构比较灵活,随手可以拉开。

除上述4点外,在刀具选型上,也比较讲究,选择适宜刀具既可节省成本,又加快了工程进度。经不断分析摸索,在生产厂家大力协助下,对不同刀型进行了试用。扩孔滚刀共分A型(含8把滚刀)、B型和C型3种,根据实际试用情况看,A型滚刀在扩孔时,不容易发生卡钻现象,断齿现象也相对较少。滚刀磨损情况相对较好,寿命相对较长。比较适合西矿岩性,而B型和C型滚刀齿形较长,扩孔时,易发生断齿和卡钻现象,并且磨损严重,不适合西矿天溜井作业。结合西矿岩质情况,最后选用了A型扩孔滚刀。通过试用,1套A型扩孔刀盘可施工5口溜井(每口井按50m算)共扩孔250m,牙轮钻头(球齿)刚好打导向孔300m报废,基本上可达到6口溜井的施工任务。

5 结束语

利用天井钻机进行天溜井掘进,生产效率高,成井质量好,井壁平滑稳定,机械化程度高,且不需要爆破,不需要再喷浆支护,最大优点就是提高了安全系数,能更好地保障人身安全,为职工创造了一个良好的工作环境,顺利完成了2009年在西矿掘进6口溜井的施工任务。同时,也学到不少解决问题的知识和方法,得到了很好的锻炼,为今后独立解决设备故障打下了较坚实基础,并且通过新技术、新设备的引进,给公司带来了良好的经济效益和社会效益。

2010-05-14)