基于RBM钻孔方法的分析

邹学新，杨光照，李云涛，栾洪海

（二炮士官学校四系，山东 青州262500）

RBM（Raise Boring Machine）钻孔是机械化钻孔的进程，通常用来钻凿垂直的或斜向的岩孔。40多年前，罗宾斯公司生产研制了世界上首部RBM钻孔机械，在地下矿山采掘及建筑行业引起了一场革命，并且当前RBM钻孔依然是公认的具有世界领先水平的钻孔方法。新型的RBM钻孔设备，采用计算机控制、水平铰刀技术，在地下施工掘进中发挥了巨大的作用。

1 RBM钻孔过程

RBM钻孔设备一般安装在地表或两个相连表面之间（图1）。设备为铰刀提供旋转扭矩和推进力。使用钻头向下钻凿一直径较小较深的导向孔，完成导向孔后，由大直径的铰刀沿导向孔向上铰孔。铰削下的岩石落到下面通过便捷的方式进行运输。在中等硬度或软岩中，RBM钻孔设备可钻凿直径为6m的孔洞，并且在较硬岩石中钻凿单程长度可达1km。

2 RBM钻孔的应用

RBM钻孔在钻凿开始时，工人无需进入掘进洞内，掘进过程无需爆破，并且钻凿孔洞轮廓平滑，减少劳动力，提高工作效率。以前认为是非常危险的凿岩操作，现在都可以轻而易举的执行。在矿业工程（矿石运输、通风工程、矿石生产等）及民用工程（下水管道建设、改变或修复水道、石油管道、天然气管道、原子能工业废料存储、公路隧道通风、铁路隧道通风、洪水的存储及排泄、电缆设施入口开凿、渔场进出口建设等）钻孔中都有广泛的应用。

图1 RBM钻孔进程

3 RBM钻孔方法

围绕RBM钻孔设备的应用，在纵向及横向掘进中发展了一些列机械化钻孔的方法，包括：水平钻孔和小角度钻孔、溜口钻孔、盲孔钻凿、下铰钻孔、下导下铰钻孔、Bor Pak钻孔等。

（1）水平钻孔和小角度钻孔

标准型的RBM钻孔设备能够钻凿45～90°的岩孔，并且在这个角度范围内设备的调整幅度很小。对于45°以下角度的钻孔，在标准型RBM钻孔设备的基础上加些附件和辅助装置就可实现（图2）。

（2）溜口钻凿

图2 钻凿小角度孔

溜口钻凿常用于上部入口狭窄或根本没有入口的场合。设备架在较低的平面位置上，用钻头、铰刀直接向上钻凿，钻凿过程中稳定器随着掘进进程周期性累加，以减少钻杆的振动和弯曲应力。开凿的岩石受重力作用自动下落由RBM设备排除。在有没有导向孔的情况下溜口钻凿都可以直接顺利完成（图3）。

图3 溜口钻孔

（3）盲孔钻凿

盲孔钻凿用于向下钻孔受限或不可能的情况下。采用该方法时，使用向下钻凿的铰刀钻进系统由上向下钻凿。该系统铰刀固定在中心轴的头部；稳定器安装在铰刀的上部重力存储器的上下两端，确保铰刀垂直掘进。开凿下的岩石由真空吸尘器或由倒转的循环系统排除（图4）。

（4）下铰钻孔

下铰钻孔，首先使用钻头钻凿导向孔，然后使用铰刀从上到下沿导向孔开凿，通过铰刀对导向孔的铰削获得大直径的岩孔（图5）。下铰钻孔适于没有推进系统和旋转系统的情况，铰刀连接钻杆，由变速箱驱动钻杆并带动铰刀铰削做功。在重力加载装置上部下部都安装有稳定器，减少钻杆振动，确保开凿方向。

图4 盲孔钻凿

图5 下铰钻孔

（5）下导下铰钻孔

下导下铰钻孔，是采用较小直径的铰刀沿导向孔钻凿的一种方法。导向孔用来导向定位，使铰刀沿着导向孔的方向钻进。稳定器安装在铰刀后面，在钻进过程中防止钻杆弯曲，减少振动，确保钻孔方向。在标准铰刀系统不适用或不能用的情况下，一般采用下导下铰钻孔（图6）。

图6 下导下铰钻孔

（6）Bor Pak钻孔

Bor Pak钻孔，是盲孔钻凿采用的新型系统。它主要包括：钻机、动力系统、导管、输送装置、控制系统等组成。切削的岩石从设备中心落下，经导管由输送装置排出运输（如图7所示）。Bor Pak掘进设备可钻凿直径1．2m到2．0m的大直径孔，钻凿最低角度为水平30°。在掘进中它虽然不使用钻杆，但具有较高的掘进速度。尤其在短程掘进中，Bor Pak钻孔更具灵活性，可获得较高的经济效益。

图7 BorPak钻孔