BMC 600反井鉆機在楊家莊回風立井的應用

申瑞龍

（晉城煤業集團長平公司,山西 晉城 048400）

1 工程概況

為實現分區通風，長平礦擬在楊家莊施工一回風立井，井筒凈直徑4.7 m，垂深205 m。支護井頸段采用鋼筋混凝土澆注，厚度300 mm，長度10 m；井身段采用錨噴支護，噴厚150 mm，長度195 m。鑒于該井筒工期緊、工程量小、功能簡單等特點，決定采用BMC 600反井鉆機進行施工。

2 BMC 600反井鉆機的工作特點

反井鉆機主要是將立井鉆機和巷道掘進機技術相結合而形成的新設備和新工藝。近年來，隨著反井工藝的不斷成熟，反井鉆機研制技術的不斷完善，大功率反井鉆機的出現為直接鉆進大直徑井筒成為可能。

反井鉆機適用必須具備兩方面的條件：一要求井下巷道已延伸至井筒下水平；二井筒下水平必須具備出矸系統、排水系統和運輸系統、通風系統。

反井鉆機是連續鉆進導井的機械化設備，其施工工藝是將反井鉆機安裝在地面澆筑的混凝土基礎上，由上向下鉆進小直徑導向孔，導孔與井下巷道貫通后，拆掉導孔鉆頭，安裝擴孔鉆頭，由下向上擴孔。導孔鉆進時破碎下的巖屑由循環液帶出地面，擴孔時破碎下來的巖屑靠自重落入下水平，由裝載機或其它設備從井下運走。

3 風井施工過程

結合鉆機的施工工藝和風井的地質條件，風井施工的過程可以總結為三部分：鉆機的鉆進（包括導孔和擴孔）成井、井筒支護、井筒注漿。

3.1 鉆機的鉆進成井

1）施工準備。主要包括：場地、道路、設備吊裝、供電、照明、供水和鉆機混凝土基礎。場地需要滿足安設主機、操作臺、泵站、泥漿池、泥漿泵、鉆具等設備的布置，一般要求場地不小于是35 m×15 m，且場地要平整，最好是硬化的場地；要求道路滿足25 t運輸設備的通行；需要50 t的吊裝設備；鉆機供電電壓380災，總功率不小于400 kW，同時現場設置不小于200 W的照明燈；供水要求水量不小于15～20 m3/h；鉆機混凝土基礎強度等級不低于C25。

2）施工工藝。測量放線→安設泵站和對鉆機進行系統調試→導孔鉆進（350 mm）→鉆進過程中破碎帶的處理→將大鉆頭運輸至井筒下水平→拆導孔小鉆頭，安設大鉆頭（5 000 mm）→擴孔和出矸→拆大鉆頭和鉆機→鉆井結束。

3.2 井筒支護

1）準備工作。在鉆機鉆進前，均已具備供水、供電、通風等系統。井筒支護前，需準備的工作有封口盤、吊盤和提升、噴漿下料系統。井口盤作為封口盤及井架固定基礎。井口盤主梁采用Ⅰ20×2型鋼,井口盤與絞車吊桶通過位置及穩車地輪相對位置預留。吊盤作為井筒內施工作業平臺，通過兩臺JM10-10t穩車懸吊，吊盤主梁采用Ⅰ18型鋼，R=2 250 mm，通鋪3 mm花紋鐵板。根據本工程施工特性，為滿足井筒內人員及小型材料升降要求，采用自制井架，井架采用150 mm×3 mm鋼管做立柱，井架高度5 m，焊接牢固，井架頂設天輪平臺。噴漿下料系統采用將噴漿機安設在地面，噴漿管路由一臺JM10-10t穩車懸吊。

2）施工工藝。主要有三部分組成：錨桿鉆孔、掛網安設錨桿和噴漿工作。鑒于鉆機對井筒的破壞程序較小，本次施工采用“兩錨一噴”進行循環作業。正常一個工作班完成6 m錨桿鉆孔，完成兩個工作班錨桿鉆孔，進行一個工作班錨桿安裝、掛網、噴漿作業，“自上而下”循環進行。當井筒內巖石出現破碎、松軟時，要及時縮小循環進度，以保證施工安全。

3.3 井筒注漿

1）背景及注漿方式。由于井筒涌水量較大，造成人員支護時必須冒水作業，施工條件差。同時，造成噴漿時噴漿量與井筒粘合力極差，材料浪費嚴重且不能保證支護質量。鑒于以上兩方面原因，決定采用壁后注漿方式進行涌水治理，實行注漿與支護交替進行的施工方式。

2）注漿材料及漿液配制。為了實現快速注漿的效果，注漿材料采用脲醛樹脂（液態，濃度52%）、草酸（固態）、添加劑（固態）和水。添加劑主要起加速凝固的作用。在井口附近修筑兩個儲漿池，一個攪拌甲液，另一個攪拌乙液。一般情況下，脲醛樹脂和添加劑按質量比1∶0.06配制成甲液；水和草酸按質量比1∶0.3 配制成乙液；甲液∶乙液=1∶0.4。

3）注漿過程及效果。注漿前，先在井壁上開鑿的鉆孔內所埋設的孔口管，然后將漿液壓入井筒以外的地層空隙內，使其擴張、凝固、硬化后，起到堵、截補給水源、加固地層或井壁的作用。井筒注漿結束后，經實測井筒總涌水量為2.33 m3/h，滿足驗收規定。

4 存在問題

在施工中，主要遇到的問題有如下幾方面：

1）井筒內涌水較大，達到60 m3/h，造成支護困難。根據《煤礦井巷工程質量驗收規定》（GB50213-2010）要求，井筒涌水量不大于6 m3/h。因此，必須對井筒進行注漿后，方可繼續施工。但由于井筒注漿時，井筒無井壁支護層，實際操作過程中對注漿壓力的控制成為了一個難點和重點。

2）擴孔過程中，依靠巖石自重下落到井底，巖石對井底設備的破壞性相當嚴重，造成煤礦現有的皮帶、刮板機等運輸能力大的設備不能直接進行運輸。而采用原始的絞車配合耙斗的方式，將矸石耙到刮板機上，再由刮板機、皮帶運出。

3）由于井筒內涌水較大，且擴孔時全部為碎矸石，造成運輸設備損壞嚴重。設備故障率高，是制約擴孔進度的一個關鍵因素。

5 結束語

反井鉆機具有施工安全、鉆進速度快、鉆井準確度高、受外界影響少、對地質條件的適應性強、勞動強度底、人員少、對井筒的破壞程度較小、支護工程量小等優點。但若將其作為井筒施工的一個系統工程進行考慮，則也存在一定的不足之處，例如：井底出矸困難將嚴重制約擴孔進度、導孔過程中出現堵鉆、卡鉆或沖洗液缺失時處理相對困難等。反井鉆機作為井筒施工的一種新工藝、新設備，已在煤礦、水利、交通、冶金等行業普遍進行了應用，顯示出了其不可比擬得優越性。但也要看到其存在的不足之處，作為今后研究的方向，使其施工技術日臻完善。