鏡鐵山礦坑道鉆機多功能應用研究

張 蒙

（甘肅鏡鐵山礦業有限公司，甘肅 嘉峪關 735100）

1 背景

目前國內礦山在坑道鉆機的應用方向上的探索文獻較少，可借鑒的經驗不多，特別是在巖石硬度較高（f 值在12以上）的礦山上。目前，坑道鉆機的相關技術已相當成熟，在現有坑道鉆機的基礎上進行定制改造，完全有實現的可能性，來填補高硬度巖石礦山的應用需求市場。鏡鐵山礦巖石硬度f值平均在12-16之間，屬于硬度堅固-很堅固的巖石。目前，鏡鐵山礦正在探索利用坑道鉆機施工的方便性、靈活性、低成本、來實現代替部分井巷工程以及管道的應用。

2 應用方向的探索

目前，鏡鐵山礦主要在生成探礦“以鉆代坑”、代替充填天井或者充填管道、代替部分排水天井以及排水工程優化井下排水系統、優化井下風水電管線的架設等方向進行應用試驗。

2.1 生產探礦“以鉆代坑”的應用

（1）應用必要性。局部生產勘探沒有必要經專業地勘隊伍施工，礦山可自行開展，但是由于鏡鐵山礦沒有地質鉆孔施工設備，目前主要采用坑探模式。部分需要探礦的區域，可“以鉆代坑”，減低探礦比指標，降低生產探礦費用，同時又消除了掘進工序帶來的安全風險。

（2）應用對坑道鉆機技術參數的要求。該方向應用，為了施工方便、可以靈活選取施工地點的要求，坑道鉆機應滿足以下要求。

表1 生產探礦“以鉆代坑”的應用坑道鉆機技術參數的要求

鉆頭 滿足取芯要求鉆孔深度 200m～300m（滿足生產勘探要求即可）

2.2 替代充填天井或者充填管道的應用

（1）應用必要性。鏡鐵山礦銅礦充填需要在采場空場頂柱施工充填天井，天井施工不僅費用高，而且帶來安全風險較大。充填天井主要用途是下充填管道，其實只需要一個能下充填管道的鉆孔即可滿足功能需求，不僅可以節省大量工程費用，而且安全便捷。同時，鏡鐵山銅礦充填天井為垂直豎井，造成充填管道部分工程在空場正上方施工，曾發生過礦房頂柱塌落的情況，存在較大安全風險，如果使用可調節傾角的坑道鉆機，即可將該部分工程施工位置調整到礦柱上或者其他合適位置，極大保證了施工安全。

（2）應用方式。利用坑道鉆機施工鉆孔代替充填天井。利用坑道鉆機傾角調節功能，施工人員與設備可在安全系數較高的礦柱上作業，避開采空區。而且充填作業位置可靈活選取，給充填管道的鋪設路徑提供了多種選擇，可選擇離充填站更近的地方，從而節省充填管道架設成本。

（3）應用對坑道鉆機技術參數的要求。鏡鐵山礦置入充填天井的充填管道直徑為100mm。為滿足上述應用需求，對鉆機技術參數要求如下。

表2 替代充填天井或者充填管道的應用坑道鉆機技術參數的要求

2.3 代替部分排水天井以及排水工程優化井下排水系統的應用

（1）應用必要性。鏡鐵山礦銅礦投產以來，由于排水系統尚未與鐵礦成熟的排水系統有效銜接，目前由于受充填水影響，各分層巷道積水嚴重，當前的排水系統并不能有效解決現狀，嚴重影響現場施工，而且積水對圍巖影響較大，給巷道頂板帶來極大的安全風險。如果采用坑道鉆機施工鉆孔代替部分排水工程，將銅礦排水系統與鐵礦成熟的排水系統相連接，將有效解決鏡鐵山銅礦排水問題，因其誘發的安全問題也能迎刃而解。

（2）應用方式。利用地質鉆孔將各分層采場的積水引至采場出礦底部結構水平，與鐵礦排水系統向銜接，就可以有效解決采場內的排水問題。在實際應用中，應關注孔口防護，防止發生意外堵孔。

（3）應用對坑道鉆機技術參數的要求。通過實驗證明，小孔徑鉆孔排水容易發生堵孔事件，所以建議孔徑尺寸盡量放大，同時必須傾角調節靈活，以滿足施工位置和方案的靈活選取，同時鏡鐵山鐵銅礦床均采用60m 的中段開拓模式，綜上應用需求與參數對鉆機技術參數要求如下：

表3 代替部分排水天井以及排水工程優化井下排水系統的應用坑道鉆機技術參數的要求

2.4 優化井下風水電管線的架設的應用

（1）應用必要性。鏡鐵山礦樺樹溝井下風水電管線都是沿著巷道壁規范架設，這其實給風水管線帶來四個問題：一是巷道偏幫時，風水電管線有被砸壞的風險；二是巷道過往車輛，對風水管線的破壞也時常發生；三是井下巷道為通行方便，通常彎道較多，造成風水電管線長度的浪費；四是巷道上的風水管線本身就是危險源。通過利用坑道鉆機施工鉆孔，讓部分風水電管線通過鉆孔送至目標區域，減少風水管線的架設長度的同時，又可以有限保護該部分風水電管線，減少巷道風水電管線帶來的安全風險。

（2）應用方式。主要有兩個應用方式，一是水平方向的應用：同一水平分段，拐角孔內走管線；二是垂直方向的應用，上下水平通過鉆孔將風水電管線送至目標區域。

（3）應用對坑道鉆機技術參數的要求。鏡鐵山礦目前主要計劃在電纜方向應用，鏡鐵山礦最粗的電纜直徑不超過100mm；風水管的應用暫未開展，主要考慮檢修難度較大。在未來如果考慮風水管的局部應用，鉆孔直徑當然越粗越好，因為主風管直徑一般均在150mm 以上。對鉆機技術參數要求如下：

表4 優化井下風水電管線的架設的應用坑道鉆機技術參數的要求

3 應用對坑道鉆機技術參數的綜合要求

綜合上述四個方向的應用要求，考慮巖石硬度較高，對轉速、扭矩和動力要求較高，但是鉆孔直徑較大時對轉速、扭矩和動力系統又存在一定的局限性。同時考慮設備成本最優化，鏡鐵山礦對坑道鉆機的技術參數綜合要求如下：

表5 鏡鐵山礦應用研究的坑道鉆機綜合技術參數的要求

在鉆孔直徑要求可變的基礎上，鉆孔直徑與深度的搭配方案有三種如下：

表6 鏡鐵山礦應用研究鉆孔直徑與深度的搭配方案

4 坑道鉆機技術參數的可行性分析

目前國內坑道鉆機在傾角調節以及方位角方面都能實現180°以及全方位的角度覆蓋，技術成熟。該項應用的探索對鉆機技術參數要求的難點就在于：鏡鐵山礦巖石硬度較高，要求鉆機較高轉速、較小的扭矩才能順利鉆進，但是在直徑要求較大時，轉速要求不能太高，同時扭矩要求相對較大，如何準確調節三者的關系，并配備相應的鉆頭是鏡鐵山礦應用探索時的難題。但國內目前不少型號坑道鉆機的轉速與扭矩已實現可調節化，為坑道鉆機發揮更廣泛的多功能應用提供了較好的設備技術支持。

5 結論

目前，國內坑道鉆機在相關技術上較成熟，在現有成熟機型上通過定制一些鉆頭、擴孔器等改造措施，能夠實現在巖石硬度較高（f 值在12～16）的礦山上，將很多不用于設備和人員通行的井巷工程或者一些特殊管道用相應口徑的鉆孔代替。本文提出的利用坑道鉆機將很多不用于設備和人員通行的井巷工程或者一些特殊管道用相應口徑的鉆孔代替，只是拋磚引玉，有一定的借鑒、啟發、推廣意義。隨著坑道鉆機技術的進一步發展，坑道鉆機將有更多的功能應用。