1、天井钻机行业培训资料doc天井钻机培训资料、适用行业及用途:天井钻机适用于钻凿上、下部都有工作面的各种竖井和斜井，包括通风井、溜 矿井、物料井、泄水孔、管线井、人行井、水电站的调压井，对于煤炭、冶金、有 色、黑色、黄金等系统、各类非金属地下采矿工程，以及人防、铁路、公路等隧道 工程；水电系统地下厂房式电站、抽水蓄能电站等工程均可应用。表1 天井钻机应用范围及工程应用领域阶段性临时工程临时工程永久工程煤炭系统各种溜矸孔（煤仓、 暗自井、主井、田U井、风井）采区风眼、溜煤眼、 溜矸眼、瓦斯抽放 孔、安全救护钻孔通风井、下料井水电系统各种导井（压力管 道、出线井、调压井、 电梯井）施工期间通风竖井（
2、长大隧洞、地下调压室）、加固钻孔地下永久建筑（厂 房、变压室等）通风竖井、观测孔、其它金属/非金属矿山采矿井各种溜井（井筒、矿仓）采区风眼、溜矿眼、溜渣眼、材料人员井通风孔等地下建筑各种导井施工期间通风孔通风井、进出口二、天井施工与矿山安全：1、 高危天井施工矿山企业是我国三大高危行业之一，在客观上存在着诸多的不安全因素，而天 井掘进更具危险。不同矿山天井掘进占井巷工程量的比例不尽相同，一般矿山天井 掘进施工只占井巷工程量的10%左右、约占采切工程量的20%。但天井是矿山采切 工程的关键。保证天井施工安全，加快施工进度，促进基建矿山早日投产和生产矿 山三级矿量的平衡，实现矿山安全、稳产、高效具
3、有重要意义。目前，我国大部分矿山天井掘进施工仍采用普通法或吊罐法，其中以普通法最 为普遍。存在的危险因素较多，主要有炮烟中毒、高处坠落、冒顶片帮、物体打击、 机械伤害、触电等。天井钻机的机械化施工，不会出现人员伤亡事故。2、 安全事故成本煤矿开采100万吨死1人；金属、非金属矿山不允许出现死亡事故。按国家现行政策，工亡1人赔偿62万元，安监罚款20万元，加上家属来矿的 安置费用和检查组的接待费用，直接损失超过 100余万元。如果因为出现人员伤亡 事故，被安监部门责令停产整顿，其损失更是难于估计。三、天井钻机的分类虽然天井钻机种类很多，但根据钻机安装位置、导孔和扩孔钻进方向等主要钻 进工艺的不同
4、，可将天井钻机划分为三类：第一类，天井钻机安装在上水平，由上水平向下钻进导孔，在下水平拆导孔钻 头，接扩孔钻头，由下向上扩孔。第二类，天井钻机安装在下水平，由下水平向上钻进导孔，在上水平拆导孔钻 头，接扩孔钻头，由上向下扩孔。第三类，天井钻机安装在下水平，由下水平全断面向上水平钻进，一次成孔， 没有导孔。表2为这三种类型天井钻机的比较，可以进一步看出它们的区别和优缺点。目前，我国这三类天井钻机都有使用，如北京建井研究所研制的 LM系列、南京煤研所研制的AF系列、长砂矿山研究院研制的 AT、TYZ系列，以及从美国引进的83RM-HE型和从芬兰引进的RHIN01000型为第一类；从西德引进的P/E
5、H1200型为 第二类；重庆煤科院分院研制的ZDQ100/100型和苏联飞箭-77为第三类，这几类钻 机的主要技术参数见表3,由于这些天井钻机各有特点，所以必须充分利用各自优点， 为矿山建设服务。表2三种类型天井钻机比较表钻机类型 比较项目第I类第II类第III类钻机安装位置上水平下水平下水平导孔方向由上向下由下向上无导孔拆导孔钻头接扩孔钻头位置下水平上水平扩孔方向由下向上由上向下由下向上扩孔出渣下水平下水平下水平适用条件上下水平都有巷道上下水平都有巷道下水平有巷道优点钻机和出渣在两水钻机功率小，相对可以在上水平没巷平互不干扰，工作 条件好；受地质条 件影响小；钻孔垂 直度容易掌握。体积和重量
6、小。道或生产系统时米 用缺点导孔钻进难度大， 需要的辅助设备较 多。出渣和钻进相互影 响；一次扩孔直径 较小，需要分次扩 孔相对速度较低； 钻孔精度难以保 证。钻机功率大；出渣 和钻进相互影响。四、天井钻机钻进工艺及构造1、天井钻机钻进工艺天井钻机可用于施工竖井和斜井甚至可以施工水平钻孔，其主要施工工艺包括 导孔钻进和扩孔钻进，在上部施工出天井钻机平台，浇筑天井钻机施工基础和其它 辅助临时设施，安装天井钻机，由上向下钻进一小直径导孔，导孔钻头后，将扩孔 钻头运到下部，拆下导孔钻头，连接扩孔钻头，由下向上扩孔。导孔钻进过程中破 碎的岩石靠水泵或泥浆泵产生的压力水或泥浆排到地面，扩孔时岩屑靠自重落
7、到下 水平，由装载设备运出。2、天井钻机构造天井钻机主要包括主机部分、钻具部分和辅助设施。主机一般包括钻机架、液 压泵站、操作控制部分。钻具部分包括开孔钻杆、稳定钻杆、普通钻杆、导孔钻头、 扩孔钻头等。辅助部分包括电控系统、冷却系统以及泥浆循环系统。详见天井钻机说明书五、各种天井工法特点：1、天井钻机施工优点：安全、快速、成井质量好。（1） 施工安全。和其它天井施工方法相比，天井钻机施工时，工作人员不需进 入工作面，进行打眼、装药和临时支护等作业，工作人员都在环境和安全状况较好 的上部，施工人员不再受落石、淋水、有害气体的伤害，避免了全事故的发生。（2） 工作效率高。天井钻机施工为机械化连续作
8、业，速度快，比其它施工方法 提高工效 510 倍。为后期施工创造了良好的条件，其综合效益显著。（ 3）工程质量好。 天井钻机采用滚刀机械破岩，对围岩破坏小，井壁光滑，有 利于扩挖溜渣、通风、排水。天井钻机施工的天井可以直接使用。无需像人工爆炸 法施工的天井一样，需要刷帮，即将爆炸后的边缘进行处理，才可以实现使用功能。 以通风井为例，风阻系数小，可以大大降低排风电机功率，节约大量电费。（ 4）劳动强度低。 天井钻机采用液压传动控制，操作简单，工人劳动强度低。（ 5）后期维护费用低。 成井质量好，不会像爆破法那样对围岩产生振动，破坏 围岩的地质结构，不会发生松动、掉石等危害。无需后期维护费用。（
9、6）节约采准费用。 我国现有矿山一般中段为 50 米，如采用天井钻机施工， 一次就可成井200400米，可大大节省准备巷道的费用。如天井 400米，可节省6 条准备巷道的施工费用。2、人工爆炸法施工特点： 质量差、速度慢、危险系数高 速度慢。 人工爆炸法天井施工，人持手风镐站在软梯上施工，空间狭小，施工极为不便和危险，受制于设备和空间，一般每次只能钻进 1.8m （含超深）炮孔，实际爆破1.5m。一次爆破只能成井1.5m，而且还有撬顶，成井后还要刷帮，施工进度 十分缓慢。过于追求施工进度，往往是事故发生的主要原因。由于施工不便，人工 法一般只做浅天井施工。危险系数高。 炮烟中毒、高处坠落、冒顶
10、片帮、物体打击、机械伤害、触电等 都是人工爆破施工时容易出现的危险。爆破后天井的顶板易松动，需人进入撬动， 容易出现高空坠落、冒顶和塌方等事故，同时爆炸会产生毒烟，发生熏死人事故。 全国各地的矿山经常发生这些事故，其中某矿天井施工毒烟一次就熏死了 6人。3、吊罐法天井施工特点：一般钻进 100 米内的天井为佳，需先钻中心孔，然后用吊罐载人施工，不适合 高天井、盲天井、斜天井，月进尺 100米左右，台班 0.5米。实际是人工爆破法的一种，其特点和人工爆破法相同。六、天井钻机选型依据必须根据工程条件，地质条件等合理选择天井钻机；正确的确定钻进工艺；选 择掌握一定机械、地质、钻井等方面知识有实践经验
11、的操作人员。如果选择不当， 可能会出现问题或发生事故。设备选择主要依据和步骤如下：1、天井钻机选型主要依据1工程概况，包括工程性质、用途、主要技术参数(井孔深度、扩挖直径、井 孔倾角等)、相关工程情况、相关工程施工进展情况。2地质条件，包括岩石的物理力学性质、岩体产状、主要地质构造和参数、水 文地质条件等，对于深孔、斜孔，应有钻孔位置的地质柱状图等勘探资料。一般岩石硬度f14可用天井钻机施工。配进口刀具可适用范围可达 f18。除考 虑岩石硬度外，还要重点考虑岩石的可爆性，有时虽然岩石硬度大，但是岩石脆性 大，即可爆性好，钻机可适用更高等级的岩石硬度；有时虽然岩石硬度不大，但是 岩石抗压强度大，
12、即岩石粘性好，钻机适用岩石的硬度等级会下降，所以对硬度的 适用要视具体情况而定。为了简化销售，一般认定，岩石硬度 f100Mpa)较软岩石(100Mpa)较软岩石(100Mpa)2m1.5 *5m 1.41.8 1.21.582.4 .4m2&m 1.82 1.51.4天井技术参数的确定工程本身已确定了钻孔深度和倾角，现在要确定天井直径，也就是天井钻机扩 孔直径，天井的作用是溜渣、排水、通风、要有足够的断面，保证扩挖时不致堵塞 天井直径过小，除了容易堵塞外，还增加了扩挖时打眼和出渣工作量，降低了扩挖 速度。天井直径过大，成本将会大大增加。因此，天井断面选择必须合理，一般按表3选择，但对于扩挖直
13、径超过10m的工程，天井直径可选择在1.5m左右，先由下 向上扩挖到45m，后再扩挖到设计断面，这样可加快施工速度，降低成本，减少天井 堵塞。3破岩刀具的选择破岩刀具包括导孔钻头和扩孔滚刀。对于导孔钻头一般按生产厂家推荐的适用 范围选择，但在天井钻机钻进导孔期间，最好不进行导孔钻头的更换，所以选导孔 钻头时应选择适用于硬岩的钻头。对于扩孔钻头，选择滚刀时，主要根据岩石的硬 度、磨蚀性来确定滚刀的齿形和布置。天井钻机一般采用镶（球）齿结构，选择如 下：岩石的磨蚀性：低中高硬 度：软中硬坚硬齿 形：楔形 锥形 复合型 球形滚刀结构：多刃盘形 多刃盘形 无盘布置 有色重机天井钻机的刀具配置说明：A型
14、刀 适用于煤矿、磷矿等软岩 fW8契形齿；B型刀适用于中硬岩 8話E2球形齿；C型刀 适用于硬岩 12話16非密齿，脆性大岩石可用；D型刀 适用于硬岩 12話16球齿加密，双圈排列，有6排齿，适用韧性、 粘性大、可爆性差的岩石。各型刀具特点：ABC三种刀具非密齿，齿排数为4排。D型为双圈排列，有6 排齿。刀具选型要点：刀具型号不同，价格相差比较大，从 A、B、C、D 价格逐步提 高，配置时应根据客户岩石情况和上述参数进行综合判断选择。刀具配置不要一味追求高配，高配不一定效率高。如在可爆性好的煤矿使用 A、B 型刀具的效率，就要高于 C、D 型刀具。因为球齿的磨齿为球形，其切削功能反而 不如 A
15、 型的契形齿，而且高配的球形刀球齿太密了，反而不利于排渣，不如影响了 效率。刀具安装、使用要点：安装配置时，对角滚刀应相互契合，齿对槽，槽对齿。 密齿刀在使用不当的情况下，容易出现断齿现象。4钻杆的配置规范有色重机天井钻机的钻杆规格：钻杆内壁厚度有以下几种：C 190mm 48mm,C 214mm48mm,C 254 mm 50mm,或者是46mm和55mm。钻杆长度为1.1m,除料螺纹长度后实际有效长度为 1m。我司钻杆为双台阶锥螺纹设计，外螺纹根部和内螺纹的顶部吻合，外螺纹的顶 部和内螺纹的根部吻合，内外螺纹全面吻合，密封更好，不易漏水漏气，接卸钻杆 更容易，不容易损坏螺纹丝扣，增加了钻杆
16、的使用寿命。可以防范因钻杆螺纹损失 导致的断杆事故。同时公司专门研发的螺纹脂，在高温、或者受力很大的情况下，能有效防止钻 杆内、外螺纹出现粘连，导致卸不开钻杆，提高钻杆的使用寿命。有色重机天井钻机钻杆与滚刀配置规范： 表5钻杆及滚刀匹配表钻杆牙轮钻头扩孔直径滚刀数量AT1000C 178mm9# 216mm1.0m4把AT1200C 190mm9# 216mm1.0m4把C 214mm9# 216mm1.2m6把AT1500C 190mm9# 216mm1.2m6把C 214mm10# 250mm1.5m8把AT2000C 214mm10# 250mm1.5m8把C 254mm11# 280m
17、m1.8m10把C 254mm11# 280mm2.0m12把AT3000C 268mm12# 310mm3.0m16把1、一般而言，大型号的钻机可以覆盖小型号的钻机施工范围，即 AT2000既可以打2m，也可以打1.8m、1.5m、1.2m和1.0m天井，以此类推。2、选择大型号的钻机既可以有效满足客户目前的需求，也可以满足客户将来可 能会遇到的更小天井工程施工要求，这样的话，客户进行小口径天井施工时，只需 要多购买一套刀具，即可完成新天井施工，实现一机多用，为客户降低了购置费用 和使用成本。同时在销售的时候，可以实现更大的销售额，为公司创造更大的效益。5天井钻机的选择首先根据钻孔深度钻孔直
18、径，初步选择相应的天井钻机，然后对钻机的主要技 术参数进行验算：提升力=动力头重量+扩孔钻头重量+钻杆重量+钻压扭矩=破岩阻力矩+摩擦阻力转速根据钻头类型、直径以及滚刀结构确定。一般要求提升力不超过钻机设计 最大提升力的60%，扭矩不超过设计最大扭矩的70%。6钻机辅助设备的确定天井钻机的主要辅助设备是泵，泵用于导孔钻进时洗井液循环排渣。根据不同 的地质条件，可采用泥浆或清水，泥浆作洗井液时除了有将岩屑带到孔外的作用， 还对地层有一定的支护作用。用清水钻进时一般可用离心泵，用泥浆钻进时必须采 用柱塞式泥浆泵，泵的排量和泵压必须满足要求。水泵的功率一般在50Kw左右，水泵扬程从50300m 一级
19、50m配置的水泵扬 程一般要大于天井深度50m,即大一级；用水流量4045no天井钻机预留了水泵 配置功率容量55Kw 一般配置为多级清水泵，装有单项阀和泄压阀；地质条件复杂 的可考虑用泥浆泵或者潜污泵。七、天井钻机施工导井所需现场条件1） 供电，提供不小于钻机功率+泥浆泵功率+冷却水泵+照明的电源，电压一般 为380V，金属矿山一般380V，煤矿一般660/1140V，将四线电源接到井口，并设总 控开关。2） 供水，要求清水每小时不小于 35-45m3,接到井口，设控制阀门。其作用是 导孔钻进时循环排渣、冷却液压系统和扩孔时冷却破岩滚刀和降尘。3） 道路，可以是临时公路，吊车可通行、能够将最
20、大件（主机）设备运到井口。包括罐笼尺寸、承载重量、巷道尺寸、运输轨道宽度（一般有 600、762、900三种规格，可事先从矿方确定）矿山罐笼规格一览表4） 场地，施工现场可同时摆放汽车和吊车，能够进行设备装卸。 在井口 8-10m 范围内平整即可满足反井钻机施工要求。5） 临时工程，根据不同类型钻机，以井筒为中心浇筑混凝土基础，预留地脚螺 栓孔，标号不小于C25,上部和地表持平。开挖长 3m、宽2m、深1.5m的循环池，并作简单的防渗处理循环池设计： 循环池主要是用于返渣水的沉淀。地下用水比较困难，天井钻机 的水除渣用水量比较大，主要用返渣水的循环利用。循环池离基座越远越好，水流 距离远更容易
21、将渣沉淀，循环池水质量变好，可防止钻机风水套损坏。循环池规格：清水池3X3X3m, 200m内可适用。沉淀池0.5 1.0m。基座配置： 基座必须挖到基岩，以确保基座的稳定。基座不稳会影响钻机的定 位,天井钻机定位不稳定会导致钻孔偏斜；基座不稳在天井扩通时,可能会导致钻 机塌陷,引起重大施工事故。基座还应设置排渣引流口,可以使返出来的矿渣第一时间被水流走,不会掉入 孔内堵孔。堵孔会引起卡钻事故,卡钻处理十分麻烦,处理不好会带来巨大的损失, 每根钻杆的价格近万元,卡了多少就损失了多少万元。八、天井钻机施工工艺天井钻机施工中导孔是关键,其成败关系到整个钻孔工作的成败。岩石的均质 性,裂隙和构造都会
22、影响施工精度。必须采取可靠的钻进措施来控制钻孔的偏斜。 选择适宜的钻进参数影响钻孔偏斜的主要因素是钻压,钻压过大,钻杆可能失稳。但钻压过低,钻 进速度会较低。可以通过增加稳定钻杆,提高失稳压力,加大钻压,提高钻进速度。 随着钻孔深度的增加,摩擦阻力增长很快,逐步减低转速,适当增加钻压,保持钻 速均匀。 增设稳定钻杆钻深孔的时候,由于钻杆很长,底部容易产生摆动发生偏斜,导致钻出的孔发 生偏斜,形成废孔。稳定杆是在钻杆上增加几块稳定块,使稳定杆的周径大于钻杆直径,稳定钻杆 的外径和钻孔直径基本相同,它保持钻具居于井中心,这样在钻深孔的时候,稳定 杆的稳定块能直接卡到孔壁,能起到稳定钻杆不发生摆动和
23、偏斜,减少由于钻压增 加引起钻具弯曲所造成的钻孔偏斜,从而可以确保钻孔的精度。为达到防斜目的,至少布置 3 根稳定钻杆,即近钻头稳定钻杆、中稳定钻杆和 上稳定钻杆。根据压力管道具体情况,适当增加稳定钻杆,并根据测斜结果进行调 整。一般施工长度在 50m 内,钻杆内配 3 根稳定杆,可按 1+3+5/7 方式配置；一般 施工长度在100m内，钻杆内配34根稳定杆，可按1+3+20+5060配置；也可在10m内配2根，20m内配1根，40m内配1根。稳定杆配置要点：开孔时必须先用钻杆打一根孔，然后再换稳定杆，不能直接 用稳定杆开孔，因稳定杆上有稳定瓦，如果用稳定杆开孔，孔壁就会扩大，再配稳 定杆就
24、无法起到稳定的作用。稳定杆太多影响排渣，不放稳定杆会影响精度。泥浆参数控制地质条件复杂，各种构造发育，可能会发生漏浆、塌孔、埋钻等孔内事故。为 避免或减少孔内事故的发生，采用优质NV-1钠土配制泥浆作为洗井液。设计泥浆参 数如表4。在钻孔过程中根据地层条件，对泥浆数作进一步调整。表4 设计泥浆参数表泥浆参数控制范围泥浆参数控制范围粘度/S20-30比重1.04-1.10失水量 /ml(30mi n)-110-15泥皮厚度/mm0.7-1.4切力 /mg cm-20-40PH值8-9含砂量/%1胶体率/%97为保证钻孔方位，导孔钻进时可进行测斜工作。所用的测量仪器为JJX-3型井斜 仪，采用电磁
25、原理，以螺盘定位和 360电路完成的方位机构。它不存在漂移问题。该 仪器的误差指标：方位误差：,顶角误差：0。预防堵钻、塌孔技术措施4.1导孔钻进堵钻原因及预防措施(1)导孔钻进堵钻原因：洗井液循环水量小，钻进产生的岩渣不能全部清离孔 底排出孔外，越积越多，岩渣重复破碎，浸水后具有粘结性，最终粘结钻杆，造成 堵钻；洗井液突然中断，钻进产生的岩渣无法排出孔外，逐渐沉积孔底，造成堵 钻。(2)预防措施：1选择合适的循环泵。洗井排渣水压力应为 0.6860.98MPa,水流量应为3035m3/h。例：井深超过420m,选用TBW-1200/7B泥浆泵，其额定排量为1200L/min， 额定排出压力为
26、7Mpa。另外，为防止在钻进过程中意外停电，另备用一台 300KW柴油发电机；2选择合适的洗井液。反井钻机施工一般采用清水和泥浆两种洗井液，泥浆相比清水有明显的固壁作用，但施工工艺相对复杂。通过地质资料分析， 200m以上地层风化严重、裂隙发育，采用清水作为洗井液，在施工过程中随时观测地层变化， 及时处理破碎地层；200m以下采用泥浆作为洗井液，这样不仅可以有效防止堵钻， 也有利于控制偏斜；3增加冲洗排渣时间。随着钻孔深度的增加，排渣渐显困难，因此，当钻孔深 度超过20m后，每钻完一根钻杆，要连续冲孔 13分钟方可钻进；当超过200后， 钻完一根钻杆后连续冲孔不少于 5分钟。4.2导孔钻进塌孔
27、原因及预防措施(1)导孔钻进塌孔原因：在松软岩层或者节理、裂隙发育的硬岩层中，破碎岩 块受重力作用，井壁不稳定易发生坍塌埋钻事故；洗井液在岩层孔、裂隙中流失， 使孔内液柱压力不足发生井壁坍塌。(2)预防措施：钻进过程中随时观察洗井液是否有漏失、返出的岩屑尺寸和数量 的变化，发现漏失，及时补充洗井液，恢复液面高度，使之有足够的液柱压力；当 发现钻屑尺寸增大，数量增多时，要及时大力冲洗钻孔，将事故层位积存岩屑冲洗 干净，并窜动钻具，恢复洗井液正常循环，必要时进行灌浆固壁预处理。该井在施 工到50m时，观测发现返出的钻屑尺寸增大，数量明显增多，判断发生了塌孔，立 即停钻对导孔围岩进行灌浆固壁处理。
28、在钻至140m时，洗井液大量漏失，再次停钻 进行灌浆处理裂隙地层，补充洗井液，预防塌孔。九、有色重机天井施工效率：1、 打导孔的效率：一般1m/h (f=612)即812m/d，在岩石硬度较小的情况 下可达3m/h(f 8)，最快可达3040m/d。注意：打导孔最主要的是要控制精度，而不是一味追求速度。导孔精度直接决 定了天井钻机施工的偏斜率，导孔打好了天井不会偏斜。2、 扩孔效率：一般 0.5m/h，综合效率为 35m/d (f=612) , 3m/d (f=14 ) 扩孔速度和硬度有关系，一般硬度越大，扩孔速度越慢；同等硬度下，矿石可爆性 好的岩层，扩孔速度会快一点；矿石粘性大的岩层，扩孔
29、速度会慢一些。正常情况下，施工一条50米的天井，只需要200个工作小时即可完成。如果分 两班作业，加上辅助工作时间，1520天即可完成。表6北京中煤设备云南大朝山项目施工效率表(硬度 f=612)工作内容工作量工作时间/h达到指标导孔钻进直径216mm深203m370.750.55m/h扩孔钻进直径 1.4m，深 191m240.750.79m/h扩孔破岩293.87m3240.751.22m3/h成孔速度130m/月纯成孔速度222.7m/ 月钻孔偏斜率1.1%十、钻具使用寿命：1、 牙轮钻头，一般300h,煤矿1000m左右（f詬）。2、 钻杆，一般1000m使用寿命达到1000m以后，如经损伤经验探测后无损伤 可持续使用。3、 滚刀，一般 200250m 300500m （f=6 12）。根据使用经验，在f=812的岩石中作业，每米的综合成本为 12001400元一般不向客户推荐钻具的使用寿命，如果客户想了解，可以按照这个参数进行 介绍。但不得在合同中体现
