招金矿业股份有限公司河东金矿 山东 招远 265400
摘要：天井钻机在金矿开拓工程当中的使用程度很高，掌握天井钻机在使用过程中的一些注意事项，能够保证金矿开拓工程的有效展开。本文对黄金矿山井下人工施工大倾角天井的相关不利因素进行了简要分析，主要介绍了AT000天井钻机在大倾角、斜坡长、精度高的天井施工中的应用情况，以及对比传统人工开拓的优缺点，对使用天井钻机进行施工中应注意的一些事项进行了总结。
关键词：天井钻机、金矿开拓、应用现象
1.前言
目前，天井钻机已经在多个国家得到普遍应用。与传统的天井凿岩爆破法相比，天井钻机的使用能够有效缩短工期、减小工作量、降低噪音、提高施工安全的有点。在金矿开拓工程中，天井钻机也发挥着重要作用。天井钻机的性能正在随着工业的进步不断提升，对金矿开凿的性能要求也一定能够满足。
2.天井钻机概述
天井钻机是利用旋转钻进破岩成孔并能反向扩孔的井筒开挖机械设备。天井钻机掘进是指用天井钻机和扩孔刀头刀具完成天井掘进作业的方法。目前，天井钻机掘进的施上过程全部实现机械化并在天井外进行作业。天井钻机掘进法与其他天井掘进法比较，具有掘进速度快、劳动生产率高、作业安全、劳动强度低、并可实现微机遥控等优点。但天井钻机价格高，一般矿山难以购置。并且如果管理不善，单位进尺的成本会很高。按钻进方式分为上扩法、下扩法和全断固上向钻进法三种。按照不同的钻进方式，天井钻机大致分为标准天井钻机、反循环天井钻机和盲天井钻机。标准天井钻机安装在预钻进筒的上水平或地表。先用牙轮钻头向下钻一个直径为200-300mm的导向孔。孔通后，在下水平更换扩孔刀头，然后再由下槽上搞成直径为0.5-6m的天井。
反循环天井钻机的钻进方式与标准天井钻机相反。钻机安装在下水平，向上钻导向孔，在上水平更换扩孔刀头，由下向上扩成。但这种钻机扩孔时排碴比较困难，也有安装、操作不便等问题存在。盲天井钻机一般安装在下水平。采用盲孔刀头向上全断面钻进，直接成井，无需钻导向孔。也有盲天井钻机通过有线或无线遥控，迈步进入井内钻进，不需要钻杆，钻进倾角扩大到可钻进水平井。
3.国内外天井钻机的发展概况
1950年代，一些国家开始采用天井钻机掘进，到1980年代已经可以钻凿直径为6m、深度为1000m的天井。综合成井速度为2-4m/班。1960年代我国开始研究天井钻进法，1970年代后期开始应用于生产先后研制应用了普通型和低矮型两种天井钻机，其中低矮型应用较多，可钻凿直径为1-2m、深度100-120m的天井。当岩石坚固险系数为12-14时，导孔的钻速为5-7m/h，扩孔速度为1-1.5m/h，天井偏斜率小于100,1980年代后期，我国天井钻机的整机加上质量和技术性能指标，以及破岩刀具的材质和耐用程度，都有较大提高，从而为进一步扩大天井钻机的应用范围创造f条件。
美国于1962年开始应用天井钻机，到1990年代初，国外地下矿山用钻进法掘进各种用途天井得到迅速推广，天井钻机得到卓有成效的应用。钻进法实际上已取代f普通掘进法，使用区域的分布上要集中在澳大利亚、加拿大、墨酉哥、南非、美国和赞比亚等地。但随着世界采矿向深部发展，采矿方法不断改变，使中段高度有继续增加的趋势，原来的掘进方式已不能适应要求。因此，近几年来，国外各上要制造厂为深部开采和坚硬岩石制造了大扭矩大推拉力的天井钻机。随着天井钻机技术的进步和发展，天井钻机功率已由75kW发展到750kW，扩孔孔径可达7.1m,钻孔深度达到1500m。
4．施工关键技术及优缺点
4.1导孔精度控制
(1)牢固的固定钻机。钻机在施工过程中会产生较大的震动，钻机的震动会造成钻孔偏斜，因此立机时牢固的固定钻机是保证精度的基本条件。
(2)机头扶钎半卡环间隙。机头端部的扶钎半卡环，可以减少钻杆与机体之间的间隙，有效保证钻杆与设备的同心度。
(3)稳定杆布置。短接杆后连下三根稳定杆，接一根钻杆，之后再下三根稳定杆，其后基本可以不下稳定杆也可以保证钻孔精度。
(4)控制轴向压力与施工速度。过大的轴向压力和施工速度会引起钻头的偏斜，尤其是在通过软硬岩交界的地方时，轴压过大很容易造成钻头沿硬岩面滑入软岩，造成较大的偏斜。这一点尤其要注意，在遇到硬岩时不要盲目加大轴压，一定要放慢钻进速度，缓慢通过。
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(5)控制排渣。岩渣排除的干净与否也是影响精度的因素之一，岩渣排除彻底后由于重力作用钻头会向下沉造成钻孔向下偏斜。因此在孔底积存部分岩渣，控制钻头下沉可以有效的控制下向偏斜。但是积渣作业会对积渣段的稳定杆和钻头的寿命造成不良影响，同时注意停机时要将钻杆提出岩渣，以免岩渣将钻杆抱死。
4.2扩孔作业安全
扩孔施工是天井施工的最后一道工序，前期的导孔精度是扩孔施工的有效保证，也是减少扩孔作业出现断杆事故的基础。导孔控制好了扩孔作业基本没有什么问题。需要注意的是要将轴向拉力和回转压力恒定的控制在技术要求的范围内，禁止遇到硬岩时或追求进度时盲目加压，否则极易造成断杆事故，造成不必要的损失。其次天井的下口要修整出一个与天井轴线垂直并大于刀盘直径的平面，以保证扩孔初期刀盘均匀受力。在刀盘完全进入原岩以前一定要慢速扩进，以免崩断滚刀的合金齿。扩孔至上部中段1. 5 ~ 3m时要根据岩石的硬度尽量放慢扩进的速度，必要时要间歇作业，以免将剩下的原岩整体拉起而造成设备事故。
4.3与传统掘进法相比优劣分析
4.3.1安全性对比
人工开拓天井先要进行测量定位，而后在要开拓井的下部用YZG7655钻机钻孔爆破，用铲运设备把爆破下的岩石运走;随着天井高度增加，需要架设梯子便于人员上下行走、设备运输及通风，明显存在下列问题:随着开拓天井深度的增加，特别是天井倾角大、深度长的天井，通风与人员、设备的上下运输较难，费时又费工;井巷不规则，容易造成天井堵塞，给后期安全生产带来诸多不便;YZG90钻机作业人员暴露在顶板之下，钻机工作时噪音大，存有高空坠落、物体打击等重大安全隐患。
天井钻机施工则是在天井定位后，在上部安装天井钻机，正向钻进直径250mm导向孔，导向孔到位后，在天井的下部把牙轮刀盘连接好，根据需求规格反向扩孔成井，同时用铲运设备把扩孔钻削下的岩石运走。此种方法掘进的天井，明显效率高、安全性
4.3.2优缺点对比
(1)天井钻机施工效率高，工期缩短，降低了生产成本，增加了企业生产效益。
(2)天井钻机施工降低了人工施工带来的中毒、高空坠落、物体打击等安全风险，安全性好，企业的安全效益社会效益十分明显。
(3)采用液压天井钻机，节省人力与财力，每米天井成本可节省250元。
(4)解决了大高度天井带来的高温、通风不良等因素而造成的人工无法施工的难题，改变了传统的开拓方法，节省了大量的开拓工程。
5.存在问题及注意事项
(1)施工过程中无论导孔作业还是扩孔作业，都应注意其速度不能过快，否则易加速刀具的磨损，如果盲目追求速度而给压过大，甚至会损坏刀具轴承，造成不必要的损失，人为增加成本费用。
(2)斜井的扩孔作业由于冷却水是沿孔底流淌，上部滚刀喷淋的水量较少，对滚刀的磨损较重。
(3)稳定杆钻杆与井壁接触面大，磨损严重。
(4)每次钻孔结束后，应对钻杆进行探伤，及早发现疲劳钻杆，否则，会造成钻杆断裂，增加不必要的费用。
6.结束语
天井钻机在金矿开拓工程当中已经得到了十分广泛的应用，这得益于其优越的性能与工作效益。熟悉天井钻机的特点、掌握天井钻机的使用注意事项能够大大的提高开拓工程的工作效率与质量，保证施工安全。目前天井钻机还在不断的研发与改进过程当中，其性能还在进一步改善，相信能够在金矿开拓工程中发挥更大的作用。
参考文献
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[4]湖南有色重机天井钻机在海拔5200m高峰成功运行[J].中国矿业.2015(08)
论文作者:李志海
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/21
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