分析礦山垂直鉆井救援關鍵技術與裝備

朱慶民

摘 要：現如今礦山采深逐步增加，多種災害極易引發礦井坍塌、瓦斯爆炸、透水等事故，礦井正常通道無法進入，救生操作需要通過地面垂直鉆孔來進行，而礦山垂直鉆井救援的價值就在于此。本文主要對礦山垂直鉆井救援關鍵技術與裝備進行探究，旨在為礦山垂直鉆井救援體系的逐步發展提供支持，促進礦山事故救生率的提升，僅供相關人員參考。

關鍵詞：礦山;垂直鉆井;救援;關鍵技術;裝備

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.082

0 引言

由于礦山災害具有較強的復雜性和多發性，預測難度較大，盡管經過政府部門和科研人員的不斷努力，礦山小型事故得到有效控制，但重特大事故的發生，往往會造成較大的人員傷亡，不利于整個社會的和諧發展。礦山垂直鉆井救援關鍵技術與裝備的應用，能夠滿足礦難救援需求，但仍有待進一步完善。

1 生命探測鉆孔與信息探測系統

（1）生命探測鉆孔。在礦山事故發生后，結合礦區事故礦井段實際情況出發，應用小口徑垂直鉆井技術來將事故巷道頂板鉆穿的鉆孔就是生命探測鉆孔，其能夠對事故礦井內生命進行準確有效探測，并實現地表救援人員與井下被困人員之間聯系，確保生活補給得到保證。生命探測鉆孔的應用特征在于，鉆孔點布置較多，鉆進施工效率較高，定向鉆進較為準確。在當前科學技術支持下，生命探測鉆孔技術發展逐漸成熟，鉆孔工藝眾多，小口徑空氣潛孔錘的鉆進效率較高，技術應用可靠。

（2）生命信息探測系統。該系統實現了音頻、視頻以及環境參數等的有機結合，能夠對服務器設備地址進行發現，并實現音頻對講傳輸和視頻錄像等，作為一個軟件系統，其能夠對環境參數進行采集和同步傳輸，具有良好的應用價值。在SDSL有線傳輸技術的支持下，能夠令探測器應用過程中問題得到有效解決，信息傳輸更具穩定性。多媒體中繼遠傳技術的應用，以無線雙頻Mesh組網和SDSL有線傳輸為支持，便于快速布線，能夠與地面工作站進行規范連接。

2 大口徑救援通道施工技術

（1）集束式正循環氣動潛孔錘。結合礦山垂直救援鉆井需求及專用救生艙外徑和井壁管直徑要求出發，對JZQφ850mm-4/φ311集束式正循環氣動潛孔錘進行研發，其錘頭直徑為311/225mm，錘頭數量為4，質量為6.8t，長度為2400mm。經設計加工并開展鉆進試驗后，對鉆進參數進行優化，經過有限元分析后，將排屑槽設置于集束體上。為促進空氣正循環排渣的實現，需通過交叉接頭與雙壁鉆具進行反循環鉆進，停鉆時令反循環排渣充分，以避免巖屑堵住排渣口。

（2）集束式反循環氣動潛孔錘。JFQφ850--4/φ311集束式反循環氣動潛孔錘的錘頭直徑為311/225mm，錘頭數量為4，質量為2.2t，長度為2800mm。其在設計過程中最鉆頭底部排渣問題進行充分考慮，將排渣通道設置于集束體底部，錘頭沖擊巖屑與空氣直接進入吸渣口，此時全孔反循環鉆進得以實現。與集束式反循環氣動潛孔錘相比，集束式正循環氣動潛孔錘在排渣方面更具應用優勢，實際鉆進效率也明顯提升。盡管集束式反循環氣動潛孔錘試驗施工成功，但仍處于試驗階段，有待進一步優化設計并開展反復試驗，以確保為礦山垂直鉆井救援通道施工提供可靠技術支持。

3 礦山大口徑鉆孔井壁管安裝裝置

礦山垂直鉆井救援過程中，在通道鉆孔施工完成后，需要規范安裝大口徑井壁管，以避免孔壁出現坍塌或者掉塊問題，保證救援的安全性。于救援現場開闊地帶，以大噸位吊車對井壁管進行安裝，受礦區場地條件有限，則可應用礦山大口徑鉆孔井壁管安裝裝置，以確保吊裝操作的安全性。該裝置組成元素眾多，包括卷揚機、導向滑輪、滑輪組以及大口徑鋼管等。其工作原理在于，在將卷揚機啟動后，牽引鋼絲繩運動，促使卷揚機的運行方向發生改變，進而有效控制滑輪組升降，進而完成大口徑鋼管以及鋼管組的安裝。

該裝置施工過程中，于地面底盤鋼架上將卷揚機和導向滑輪固定，在大口徑鋼管或鋼管組下端對滑輪組進行焊接，于卷揚機上連接鋼絲繩一端，以地錨將鋼絲繩另一端固定于井口另外一側地面底盤鋼架上，將鋼絲繩滑動槽設置于井口地錨一側，以鋼絲繩來對滑輪組進行托底，之后放鋼絲繩來進行下管。該裝置的優勢在于，安裝簡便，使用性強，且具有良好的經濟性。

4 礦山垂直救援救生艙裝置

就礦山垂直救援救生艙裝置的組成情況來看，其主要包括底座、塔架、救生艙、起落塔油缸、操作控制箱等，以膠管總成和螺栓來對各部分進行連接，此種方式下結構更為緊湊，且可靠性較強。工作之前，以錨桿來調整系統底座，以便在工作地面上固定整機。礦山垂直救援救生艙裝置的最大提升力為45kN，提升深度為600m，上升速度為0-2m·s-1，上升時間為10min，下降速度為0-3m·s-1，下降時間為5min，主泵額定壓力為32MPa，輔泵額定壓力為15MPa。電機電壓為380V，電機功率為75kW，救生艙直徑為540mm，救生艙質量為750kg，整機質量為8500kg。救生艙為上下兩部分，上部包括提升調換、滾輪導向裝置等，艙內配有甲烷、氧氣等氣體，下部主要包括救援艙體位置、供氧裝置等。艙內為12V低壓供電，使用防爆產品，以防爆LED進行照明，滾輪導向裝置主要起導向及緩沖作用，上逃生裝置通過拉動鏈條使上下部分離的方式;下逃生裝置通過緩降器穿過中間預留通道的方式。

5 結語

總而言之，為有效應對礦山事故，在應用礦山垂直鉆井救援關鍵技術與裝備的過程中，要積極創新關鍵技術，并對救援裝備進行發展完善，信息存儲與實時監控的實現，可協調應用雙碼流技術、分層同步法等，基于集束式正反循環氣動潛孔錘來進行依次擴孔成孔，確保救援通道形成的規范性，促進礦山垂直鉆井救援的順利進行。要科學應用托底法井壁管安裝方法，在保證安裝效果和時效性的同時，確保操作的安全性，為救援操作的順利進行提供可靠支持。

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