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LM系列反井钻机及反井钻井技术发展

信息来源:本站 | 发布日期: 2016-12-15 09:34:43 | 浏览量:116464

摘要:

1.反井钻机应用概况 反井钻机在20世纪五十到六十年代出现在美国和德国采矿工程领域,它是将隧道掘进机和钻井法凿井机结合形成的井筒施工设备,用于施工矿山地下暗井、溜井、矿仓等导井工程。我国在八十年代将反井钻机用于煤矿地下工程中,煤炭科学研究总院研制出LM系列反…

1.反井钻机应用概况 反井钻机在20世纪五十到六十年代出现在美国和德国采矿工程领域,它是将隧道掘进机和钻井法凿井机结合形成的井筒施工设备,用于施工矿山地下暗井、溜井、矿仓等导井工程。我国在八十年代将反井钻机用于煤矿地下工程中,煤炭科学研究总院研制出LM系列反井钻机,其中LM-120型反井钻机1986年第一次应用在开滦赵各庄矿,LM-200型反井钻机在1992年4月首次将LM-200型反井钻机应用于十三陵抽水蓄能电站,完成直径1.4m深度158m出现竖井导井施工,到目前反井钻机先后在国内各大矿务局(矿业集团公司),十几个水电站和抽水蓄能电站等工程应用,^大竖井深度316m,^大斜井长度236m(倾角50度),由于反井钻井施工技术具有安全、快速、高质量等优势,得到地下工程建设者的欢迎。 2.LM系列反井钻机 LM系列反井钻机包括LM-90型、LM-200型和LM-200型,原设计主要是为煤炭系统中硬岩石(小于100MPa)、深度小于200m,直径0.9--1.2-1.4m的反井工程,虽然在实际工程应用中也完成深度、岩石硬度都超过设计的竖井和斜井,但施工工效大大降低,事故率也大大增加,难以满足快速建设煤炭、水电深井工程的目的。LM系列反井钻机设计主要意图有: 尽量减轻设备重量和体积,便于井筒内提升下放和井下运输; 要满足煤矿井下有瓦斯、煤尘条件下防爆要求; 煤炭沉积地层岩石一般矿压强度较低,单轴抗压强度小于100MPa; 钻孔直径小于1.4m到2.0m,钻孔深度小于200m: 3.LM系列反井钻机完成的部分工程 反井钻机可以应用在地下工程中。 4.新型反井钻机研制 2.1 ZFY2.0/400型(LM-400型)强力反井钻机 为改变LM系列反井钻井在煤炭、水电深井工程中应用的一些不足之处,北京中煤矿山工程有限公司(原煤炭科学研究总院北京建井研究所)又研制成功ZFY2.0/400型(LM-400型)强力反井钻机,该机是科技部专项资金项目。 2.1.1 ZFY2.0/400型反井钻机主要技术参数为: (1) 导孔直径: 270mm (2) 扩孔^大直径: 2.0m (3) 钻孔深度: 400m (4) 钻孔倾角: 45~90&#176; (5) 适用岩石: 单轴抗压强度<250MPa (6) 额定推力: 1650kN(25 MPa) (7) 额定拉力: 2400kN(25 MPa) (8) 额定扭矩: 101.5kNm( 20 MPa) 2.1.2 ZFY2.0/400 型反井钻机特点: (1)该机专门为煤炭、水电深井工程特点设计,可以在坚硬的岩石中施工深度400m,直径φ1.4、φ1.7、φ2.0m多种直径的竖井和斜井导井工程; (2)采用L型主机框架结构,减轻了主机重量,易于调节钻进角度和方位,便于斜井施工。主机前后分别用两根拉杆固定,钻架间用较大截面型钢固定,具有可靠的稳定性; (3)扩孔时,采用大扭矩双液压马达驱动,使钻头产生较大的扭矩; (4)配备高性能液压油过滤、冷却系统,保证钻机液压系统能够长时间连续、稳定的工作; (5)加长了钻杆,减少匡威http://www.xmhttp.com装卸扣长度,从而减少辅助操作时间,提高钻杆特别是钻杆丝扣的寿命,虽然钻机高度增加,但是对于主要应用于深井钻进,体积限制较小; (6)采用全套自备的钻杆搬运与装卸辅助设备,包括液控小型转盘吊、液控机械手、翻转架、辅助卸扣装置等,使钻杆的装卸灵活、准确、操纵机械化。 2.1.3 ZFY2.0/400型反井钻机实际应用 (1)ZFY2.0/400型(LM-400型)反井钻机设计完成后投入加工生产,2002年9月18日出厂验收,2003年初运到瑯琊山抽水蓄能电站,对钻进进行循环系统进行配套;施工钻机基础;进行钻机安装、调平找正、浇注地脚螺栓;钻机是运转;整个系统试运转;导孔钻进;处理不良地层;拆到孔钻头;接扩孔钻头;扩孔钻进;拆机。完成了直径1.4m、深度148.3m的地下厂房排烟竖井,其中导孔钻进时间12天,包括处理http://www.xmlao.com不良地层4天,扩孔时间10天。 (2)宜兴抽水蓄能电站位于江苏省宜兴市境内的西南郊10km处的铜官山区,电站安装4台单机容量为250MW的可逆式发电机组,总装机容量为100MW。电站枢纽主要由上水库、输水系统、地下厂房系统、地面开关站、下水库及补水工程等建筑物组成。电站建设开工后,厂顶交通洞施工到位后,可以开始厂房排烟竖井施工,以便厂房开挖阶段通风。首先完成排烟竖井上口明挖施工,开挖到较完整、风化程度低的岩石,施工钻机基础和循环池,然后安装钻机,^后钻成直径1.4m、深度218m的地下厂房排烟竖井。 2.2 LM-300型反井钻机 LM-300型反井钻机和LM-400型设计侧重点不同,后者主要针对地面条件下施工深井,前者是在水电建设工程应用普遍的LM-200型反井钻机替代产品,解决LM-200型反井钻机能力偏低的缺点,仍保留体积小、重量轻、搬迁移动方便的特点,具有更强的适应性。主要技术参数为: (1) 导孔直径: 216mm (2) 扩孔^大直径: 1.4m (3) 钻孔深度: 300m (4) 钻孔倾角: 50~90&#176; (5) 适用岩石: 单轴抗压强度<200MPa (6) 额定推力: 320kN(25 MPa) (7) 额定拉力: 1256kN(25 MPa) (8) 额定扭矩: 50kN.m(20 MPa) 2.3 破岩滚刀 破岩滚刀是反井钻机及反井钻井技术关键,特别是硬岩反井破岩滚刀研制,技术难度更大。2003年水电电站建设的大力发展,其中大部分选址在坚硬岩石中,如山东泰安抽水蓄能电站、四川自一里电站、吉林白山电站、福建穆阳溪电站等多为花岗岩地层,岩石坚硬,单轴抗压强度达到250MPa,泰安抽水蓄能电站花岗岩抗压强度达到310MPa,这类岩石石英、长石等磨粒性强的矿物含量在70%以上。专为煤炭软岩以及中硬岩滚刀已不能满足施工需要,在泰安抽水蓄能电站是用普通滚刀,其寿命只有5-10m,工效非常低,破岩刀具费用达到每米一万元以上,这样反井钻机将无法作为工程设备应用。为此,进行了滚刀技术科技攻关,研制出特殊的硬岩滚刀,在泰安工程应用其寿命达到125m以上,并经多个电站不同岩石条件应用实践,硬岩滚刀可以满足不同工程需要,解决了硬岩地层中钻进反井的难题。 5.结语 随着我国能源开发需要,煤炭、水电、冶金等有大量地下工程,反井钻机的应用范围将日益扩展。LM-300和LM-400型反井钻机的研制,极硬岩滚刀的在泰安抽水蓄能电钻的成功应用,使反井钻机能够较高效的破碎岩石,提高了反井钻机功效,降低了工程成本。今后应加强对深井反井钻井工艺的研究,使反井钻机在地下工程建设中发挥更大作用。
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