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基于依靠岩渣自重排渣的核心思想,目前已形成的大直径井筒钻掘技术工艺,主要体现在哪些方面?

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匿名 提出于2023-01-09
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  随着矿物开采和地下工程建设需求,非爆破机械破岩井筒掘进成为重要的发展方向。井筒工程采用机械破岩钻进依然需要进行破岩、排渣、支护等作业工序,其中排渣工序对钻掘效率、工程成本和施工安全的影响尤为显著。因此,如何实现高效排渣并保障掘-排-支协同作业是机械破岩钻井亟需解决的关键技术难题。

  在实际工程中,不论是井工开采的矿山领域,还是其他地下工程领域,有些井筒工程下部已具备生产系统,且能够满足通风、运输、排水等基本功能。因此,针对拟建井筒下部具备巷道的工程条件,充分利用已经形成的生产系统,发挥机械破岩连续作业的优势,提出依靠岩渣自重排渣方式。机械破岩钻井依靠岩渣自重排渣的核心思想是建立连接两个水平之间的导井,为工作面机械破岩钻进产生的岩渣提供依靠自重下落的通道,再由装载机高效装岩排渣,从而提高钻掘效率,降低能量消耗与控制成本;同步研发与之相匹配的钻井技术装备,形成基于重力排渣的大直径井筒钻井技术工艺,满足矿物开采和地下工程井筒高效低成本建设的需要。

  根据井筒穿越地质条件和工程条件的限制,基于依靠岩渣自重排渣的核心思想,目前已形成的大直径井筒钻掘技术工艺,主要体现在以下几个方面:

  (1)小直径反井钻井形成导井工艺。针对煤矿井下暗井、煤仓和溜煤眼等工程特点,研制了矿用小直径反井钻机,先由上向下钻进导孔,待导孔钻通后,将钻杆下放到下水平巷道内,更换扩孔钻头,再由下向上扩孔钻进,形成直径为1.4~2.5m小直径导井用于井筒扩挖溜渣,或者直接钻进达到设计断面,通过支护后形成所需的井筒工程结构。基于此技术工艺的拓展,目前已研发形成多种井筒施工工艺,主要包括:反井钻机钻进导井+钻爆破岩扩挖凿井工艺、反井钻机钻进导井+反井正钻扩挖凿井工艺、反井钻机钻井导井+竖井掘进机扩挖凿井工艺。

  (2)反井直接钻进大直径井筒技术工艺。随着反井钻机钻进技术发展,钻机装备能力增大,导孔偏斜智能控制技术发展,破岩刀具寿命提高,带动反井钻机由小直径钻孔向着直接钻进井筒发展,导孔钻进采用正循环排渣和专用定向钻机轨迹控制,反井钻机能够通过一次导井或扩孔钻进形成直径达到6m的井筒,钻井深度达到600m,形成了反井钻机直接钻进井筒技术工艺。

  (3)直接上向反井钻井技术工艺。对于只有下部出口的井筒,开发了上向反井钻机,能够在井筒下部巷道直接向上钻孔直径达1.1m,钻进过程中岩渣都利用重力直接掉落到下部巷道,由装载机高效装岩排渣,形成了上向反井钻井工艺。由此技术工艺进行拓展,目前已形成的工艺包括:上导下扩工艺、上导上扩工艺、全断面上扩工艺。当然,这种下排渣特殊钻井工艺,受到钻机能力限制钻井直径、深度较小,且导孔钻进方向难以控制,尚无法满足大直径井孔钻进需要。

  (4)正向扩大钻井工艺。在反井钻机形成导井基础上,利用导井式全断面掘进机扩大钻井,达到井筒设计开挖断面。导井式硬岩竖井掘进机上部还可以安装多层结构,用于布置竖井掘进机液压泵站系统、变频器、控制系统以及进行井筒围岩支护,实现掘-支协同作业。目前我国已研发并应用的导井式硬岩竖井掘进机凿井技术,排渣导井直径≥1.0m,正钻扩挖凿井直径为5.8m,已完成最大钻井深度282.5m,实现了最大日进尺10.3m;在150MPa岩石强度的地层钻进,滚刀寿命达到300m,装备综合性能具备了钻进直径5.8m、深度1000 m井筒的能力。

来源:《基于重力排渣的大直径井筒钻掘技术与工艺体系研究》

发布于 2023-01-09 16:46
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