反井钻机综合标准施工基础工艺.doc
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1、第一章 反井钻机选择煤矿、金属矿和非金属矿、水电站和蓄能电站、人防工程、交通、铁路和隧道、军事工程等地下工程施工环境、工程参数(深度、直径和倾角等)、地质条件(岩石岩性、硬度、抗压强度、结构等)千差万别;怎样正确地配置适宜施工机具、制订优异施工工艺、合理选择多种参数、落实可靠安全方法是反井钻井施工成败关键。第一节 反井钻机选型1 设备选择依据依据竖井或斜井施工综合条件,在确定采取反井钻井法施工后,即要开始选择反井钻机和配套设备及工艺选择。选择设备关键依据是:(1) 工程条件。关键包含工程性质、用途、关键技术参数(井孔深度、终孔直径、井孔倾角度等)、相关工程情况。依据施工井筒深度和倾角等要求,结
2、合现有设备及市场情况确定钻机。(2) 地质条件。包含岩石物理力学性质、岩体产状、关键地质结构及参数、水文地质条件等。对于深孔、斜孔,应有钻孔位置勘探孔资料和地质柱状图。依据施工井位地质结构及岩性,确定冲洗液为泥浆或清水,从而选择用泥浆泵或水泵。(3) 施工条件。运输条件,吊装条件和供电、供水情况。依据井位供电、供水、运输及井位下水平巷道开通情况确定钻机类型。通常在井位处应有供电、供水,含有钻机工作空间,在下水平巷道开通情况下,选择上扩法施工,应选择上扩类全断面反井钻机。在煤矿多选择电驱动液压反井钻机。2 可行性分析和风险评定对工程施工条件进行分析,包含上下水平隧道是否形含有运输、出渣、供水、供
3、电、通风等生产系统;对地质条件进行分析,分析围岩在反井钻井施工过程中和扩孔期间能否稳定,不发生较大涌水和塌方,造成钻孔堵塞和下部设施淹没。因为在反井施工期间,无法进行支护,若围岩不能自稳,发生塌方,将会堵塞钻孔,造成事故;对施工位置安全情况进行分析,包含交通运输、通风、隧道支护情况及稳定情况、洪水、有害气体等是否对施工人员和设备伤害程度。综合以上分析,以确定是否含有采取反井钻机施工可能。3 反井钻机选择3.1 钻孔参数确实定工程本身已确定了钻孔深度和倾角,还要确定扩孔直径。钻孔作用是溜渣、排水、通风,所以要有足够断面强。需要再扩挖(刷大)工程,扩挖期间不发生堵塞。扩孔直径太小,除了轻易发生堵塞
4、外,还增加了扩挖时打眼和出渣工作量,降低扩挖速度。导井直径过大,反井钻井施工成本增加,所以,钻孔直径选择必需合理,通常钻孔直径选择如表4-1。表 4-1 钻孔直径选择参考开挖直径(m)通风井等偏斜精度要求低工程井筒、压力管道等偏斜精度要求高工程7导井直径2m后扩挖导井直径2m后扩挖3.2 选择破岩滚刀反井钻机靠滚刀对岩石挤压、刮削和剪切破碎岩石,依据岩石矿物组成、硬度、磨蚀性和抗压、抗拉、抗剪等力学指标来确定滚刀齿形类型,选择以下:岩石磨蚀性:低中高;硬度:软中硬坚硬齿形:楔齿锥形复合型球形;滚刀结构:单刃盘形滚刀(无镶齿)多刃盘形滚刀(刀刃上镶齿)无刃滚刀(刀体锥面镶齿)。反井钻机滚刀选择后
5、,依据岩石条件在扩孔钻头合理部署滚刀,也就能够确定,破碎岩石需要最大钻压。如在抗压强度100MPa岩石中,钻进深度200m、直径1.4m钻孔,在扩孔钻头上需要部署6把中硬岩滚刀,每把滚刀需要约30kN破岩压力,整个钻头破岩钻压180kN。3.3 钻杆选择钻杆包含一般钻杆、稳定钻杆、接头钻杆,选择钻杆时要满足拉力和扭矩共同作用下强度、刚度要求,同时要达成一定抗疲惫破坏能力,钻杆连接丝扣要有通用性和交换性。钻杆选择完成后,钻杆重量是影响钻机选择原因。如有效长度1.0m、外径182mm钻杆,重量约155kg。稳定钻杆和接头钻杆外径,要予导孔钻头外径匹配。3.4 反井钻机选择首先依据钻孔深度、钻孔直径
6、,初步选择对应反井钻机,然后对钻机关键技术参数进行验算:实际工作拉力=动力头重量+扩孔钻头重量+钻杆重量+最大钻压实际工作扭矩=破岩阻力矩+摩擦阻力如在抗压强度100MPa岩石中,钻进深度200m、直径1.4m钻孔,能够初步选择LM200型反井钻机(其参数前面以作说明),进行钻机拉力和扭矩验算:实际工作拉力40kN(动力头及油缸重量)25kN(扩空钻头重量)200m155kg9.8(重力加速度)/1000180kN(钻压)548.8kN扭矩通常要求实际工作拉力不超出钻机设计最大提升力60%,扭矩不超出设计最大扭矩60%。在本例中LM200型反井钻机最大拉力为850kN,实际工作拉力/最大拉力比
7、是64.5,LM200型基础上满足工程要求,但也能够选择更大型号反井钻机。第二节 辅助设施选择1. 导孔钻头选择2. 循环液选择3. 循环泵选择4. 出渣设备选择5. 电控设备选择6. 冷却系统选择反井钻井施工钻机稳装(固定)反井钻机在开钻前,必需将其固定在基础上或钻进峒室中,以承受因钻进而产生推拉力和扭矩,以预防机器偏移和振动,这种对钻机固定方法称之为钻机稳装。(1) 技术要求。选定钻孔地点后,按主机基础图进行基础施工。该基础必需水平,而且要有足够强度。井字型框架在离扩孔直径地基上用数根底脚螺栓紧固,螺栓紧固形式可依据现场岩石(煤)情况而定,但每根螺栓锚固力不得低于4t,螺栓和井字框架和井字
8、框架和钻机底脚板连接必需紧固,基础混凝土厚度不得小于300mm,强度不得低于25MPa标准强度。当钻机没有顶部支撑,则钻机自重及钻机在作业中反扭矩、反钻压全靠基础承受。基础施工好坏直接影响成井质量,甚至造成钻机稳装失效,所以,基础浮渣必需根本清除洁净,浇筑时必需捣固,仔细找平。对于井位是煤层或破碎地层及对井筒偏斜率要求较高深井,应合适加大基础面积和厚度,通常可将面积增至3.0m3.0m,混凝土基础厚度可增至0.8m以上。(2) 注意事项。稳装好坏对钻机工作十分关键。钻进时,假如稳装失效,往往会引发钻机偏移,机器振动急剧加大,钻进效率显著降低,严重时损坏钻杆、钻头和钻机各部件,甚至迫使钻进中止。
9、实践证实,为了不使钻机稳装失效,必需做好以下工作:安装钻机前钻机基础准备工作,必需严格根据钻机基础设计施工,混凝土质量符合技术要求,底脚螺栓质量、基础井字框架质量必需在基础施工前做认真检验,发觉损坏应立即更换,决不能敷衍凑数;安装时,要按要求将全部紧固件固紧,尤其是基础底脚螺栓和基础井字框架及基础井字框架和钻机底脚板上螺栓、螺母,一定要逐一检验紧固;钻进工作开始后,当班辅助工要依据钻机工作情况,常常注意检验关键性紧固件,发觉稍有松动,务必立即紧固处理。第三节 反井钻进工艺一、 反井钻机工艺原理反井钻进工艺(关键说明第一类反井钻机),包含导孔钻进和扩孔钻进。反井钻进工艺原理是经过钻机电机带动液压
10、马达,液压马达驱动水龙头,并利用液压动力将扭矩传输给钻具系统,带动钻杆及钻头旋转,导孔钻头或扩孔钻头上滚刀在钻压作用下,沿井底岩石工作面作纯滚动和微量滑移。同时,主机油缸产生轴向拉、压力,也经过动力头、钻杆作用在导孔钻头或扩孔钻头上,使导孔钻头滚刀在钻压作用下滚动,产生冲击载荷,使滚刀齿对岩石产生冲击、挤压和剪切作用,破碎岩石。被破碎岩屑在导孔钻进时被正循环洗井液冲洗,岩屑沿着钻杆和孔壁间环形空间由洗井液提升到钻孔外。在扩孔时岩屑靠自重直接落到下水平巷道内,采取装岩机和运输设备立即清理运出。导孔钻进时钻杆不停加长,从上水平到钻透下水平形成小直径(200300mm)钻孔。以后将导孔钻头卸下,装上
11、扩孔钻头。扩孔钻进时不停拆下钻杆,直到钻杆拆完,扩孔钻头从下水平拉到上水平为止。比如,钻凿1.4m井孔时,只需先钻216mm导孔,直至导孔钻透下水平巷道,将导孔钻头在此卸下,接上1.4m扩孔钻头,再由下往上扩孔钻至上水平巷道即可。若需钻进2.0m井孔,再将1.4m钻头下放到下水平巷道拆掉,接上2.0m扩孔钻头,继续由下往上钻进,直至钻头露出。好反井钻机只是钻成高质量反井必需条件,必需依据不一样条件确定不一样施工工艺。反井钻机功效关键考虑是满足反井钻进推进和旋转基础要求,和其它方面辅助工艺要求,还要由掌握工艺技术人员实施,才能达成应有效果。可见,反井钻机在地下恶劣环境、复杂地质条件下钻进地下工程
12、,不仅需要有可靠设备,而且需要有适合钻进工艺,方便在达成一定质量要求前提下,安全、高效、快速完成施工任务。导孔作用是将钻具下放到下水平,方便连接扩孔钻头。导孔破岩量即使只占总破岩量2.5%或更小,但导孔钻进关系到钻孔质量,是反井施工关键。导孔垂直度决定了钻孔偏斜率;导孔钻进过程也是对地层探测过程,能够了解岩石性质、地质结构等,对扩孔钻头破岩刀具选择及工程支护方法选择全部有参考价值;还能够经过导孔,对稳定性较差地层进行预加固处理。导孔钻进时通常要求推进速度较快、推进压力大(有时需要上拉)、转速高。反井钻机钻进导孔施工工艺见图4-1。扩孔钻进过程是大量破碎岩石过程,需要依据岩石条件选择破岩滚刀,部
13、署扩孔钻头,制订对应钻进参数。扩孔钻进通常要求推进速度较慢、推进力大(上拉力大)、转速低,以达成钻进效率最高。反井钻机扩孔施工工艺见图4-2。图4-1 反井钻机导孔工艺1- 动力水龙头;2- 钻杆;3- 导孔钻头;4- 从泥浆泵压入泥浆;5- 从环形空间返回携带岩渣泥浆;6- 泥浆循环池;7- 泥浆泵图4-2 反井钻机扩孔工艺1- 扩孔钻头;2- 下水平巷道;3- 扩孔自由落下岩渣二、 钻进参数选择(1) 钻压钻压是指钻机施加给破岩滚刀上压力总和。但有效钻压应使岩石达成体积破碎,也就是能够达成合理钻进速度(m/h)。钻进导孔时,钻压是钻机对钻具推力和钻具重量之和。为了确保钻孔垂直度,要恒压钻进
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