转盘式竖井钻机

中信重型机械公司。

王占军、张路明等。

煤矿竖井钻机从ZZS - 1 型开始,发展到今天,大致可分为三个阶段,分别为煤矿竖井钻机初级阶段、专用钻机使用阶段、专用钻机改进和新型钻机发展阶段。

1.煤矿竖井钻机初级阶段

最初的竖井钻机ZZS - 1 型,是利用石油钻机的转盘、绞车、天车、游车、水龙头、大钩六大件,由北京建井所、淮南蔡家岗煤机厂等单位设计制造钻台、井架、钻头等配套设备。由中煤特殊凿井(集团) 有限责任公司与北京建井所在淮北朔里南风井合作完成了我国第一台竖井钻机的试验工作,并取得成功。此后,形成了地面转盘驱动钻杆和钻头;绞车提升和下放;减压钻进;超前孔钻进、分次扩孔;泥浆护壁、压气反循环泥浆洗井、恒钻压、恒钻速或手动进给操作工艺。虽然期间对钻机的结构形式进行了各种探索,如:QZ - 3. 5 型(潜入式) 钻机;红阳大钻(行星轮式钻机) ;BZ - 1 型(门吊提升) 钻机等,均因可靠性、效率低等原因,仅钻一至两口井就被后来的专用的大钻机所淘汰。

2.煤矿竖井专用钻机阶段

由于初期阶段钻机能力较小,提升力、转盘扭矩、钻井直径和深度也很难满足施工需要,特别是在钻进过程中,故障率高,纯钻率仅30～40 %;为此,在1972 年上海重型机器厂专门为上海大屯矿区研制了一台ND - 1 型钻机;上世纪70 年代中后期,洛阳矿山机器厂和中煤特殊凿井(集团) 公司研制了一台SZ - 9/ 700 型钻机、两台AS - 9/500 型钻机;中煤特殊凿井(集团) 公司还引进了原西德产的L40/ 800 型钻机两台。这六台钻机为我国的钻井法施工作出了很大的贡献,钻机的性能得到了较大的提高,和初期的钻机相比,钻机能力提高了1 倍多。纯钻率提升到了50 %以上。

特别是在1982～1997 年间,两台AS - 9/ 500 型钻机和两台L40/ 800 型钻机共成井7 个在400m以上的深大型井筒,为钻井法在特殊凿井中的地位立下了大功。

3.煤矿竖井钻机现阶段的特点

进入本世纪后,由于煤炭事业的较快发展,钻井法凿井也相应地朝两个方向发展,一是小型的浅表土井筒采用普通凿井行不通,采用冻结法施工工人井下空间太小,作业困难,而钻井法施工不存在这些问题,这样崔生了中型钻机;另一个是大型的深厚冲积层井筒大量涌现,当冲积层大于400m、特别是冲积层大于500m 后,钻井法成井的综合优势大于冻结法时,给钻井法施工提供了很大的平台。

中煤特殊凿井(集团) 公司为适应市场的需求自行研究、制造了4 台中型钻机,在2000 年至今共成井了15 个,同时这4 台钻机还兼有施工大型钻孔灌注桩的优点,在同一时段内还施工了426 根桩(桩径为φ1. 5～2. 8m;桩深65～115m) 。同时为满足深厚冲积层的钻井法施工的需求,中煤矿建集团公司对一台SZ - 9/ 700 型钻机、两台AS - 9/ 500 型钻机、两台L40/ 800 型钻机进行了成功的改造,提高了这5 台钻机的能力。在2003～2004 年间,华煤泰安强科矿建公司研制出AS - 12/ 800 型钻机,并承担了板集煤矿副井的钻井施工任务。2006 年华煤开始了AD120/900 型钻机的研制 。

煤矿钻井法凿井技术的研究开始于50 年代初期。1963 年在煤炭科学研究院进行了钻井法小型试验,1968 年底成功地制造出ZZS - 1 型竖井钻机,1969 年上半年,中煤特殊凿井(集团) 公司与北京建井所在淮北朔里南风井合作完成了我国第一台竖井钻机的试验工作,并取得成功。

钻井法凿井具有机械化、自动化程度高,凿井不用工人下井,作业条件好,劳动强度低,施工安全,井壁质量好,成井偏斜率低,适应性强,深表土凿井成本低等优点。特别是近几年,钻井法凿井技术在成井垂直度、工序快速转换、壁后充填、抗井筒竖向破坏等方面取得了新的进步,使钻井法凿井得到了越来越多的建设单位的青睐。中煤矿建集团公司钻井工程处创造了我国钻井最深和最大的纪录,钻井最深井为板集矿主井660m(钻孔直径9. 5m,净径6.2m) ,钻孔直径和钻井净径最大的为张集矿西进风井,分别为Φ10. 8m、Φ8. 3m(井筒深度458) 。