韓偉新,童樟明,王金波

(浙江漓鐵集團有限公司, 浙江紹興市 312041)

AT1500天井鉆機在漓鐵集團的實際應(yīng)用

韓偉新,童樟明,王金波

(浙江漓鐵集團有限公司, 浙江紹興市 312041)

介紹了漓鐵集團以前天溜井掘進所存在的缺點,以及使用AT1500型天井鉆機進行天井掘進后的實際應(yīng)用效果和技術(shù)要求,重點分析了新設(shè)備施工和使用過程中所遇到的問題,以及解決問題所采取的技術(shù)改進措施等,實踐證明,使用天井鉆機鉆進天溜井生產(chǎn)效率高、成井質(zhì)量好,操作安全,可以帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

天井鉆機;天井掘進;技術(shù)改造

漓鐵礦業(yè)公司是一個地下開采的礦山,主要采用溜井進行井下放礦。以往天溜井施工都是采用吊罐法,先用牙輪鉆機沿天井全高鉆一個120mm中心孔,再在上一水平安裝一臺游動絞車,鋼絲繩穿過中心孔與吊罐掛接,在吊罐上完成鑿巖裝藥作業(yè)后,下放吊罐,再進行爆破,在下水平用裝巖機出渣。這種作業(yè)方式,一旦突發(fā)設(shè)備故障或人員操作失誤,乘罐人員安全得不到保障。并且采用吊罐法施工的天溜井,井壁凸凹不平,由于經(jīng)過爆破,井壁巖石產(chǎn)生松動、破碎,存在浮石多,易塌陷等現(xiàn)象,成井質(zhì)量較差,大多需再噴漿支護,安全得不到保障。為了適應(yīng)井下安全生產(chǎn)的需要,本著安全、高效的宗旨,改變過去天溜井鉆孔偏差大、安全系數(shù)低、成井質(zhì)量差等弊病,該公司引進了湖南有色重型機器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的AT1500型天井鉆機。

1 工程情況及要求

(1)項目的意義和必要性。2009年,根據(jù)生產(chǎn)接續(xù)安排,西礦-85～-135溜井、東礦大采場-135～-185溜井,均需要盡快施工。如何利用好AT1500型天井鉆機,并達到安全、成熟使用,是當年溜井作業(yè)任務(wù)能否完成的關(guān)鍵前提和保障。

(2)引進技術(shù)設(shè)備的目的。公司井下作業(yè)的重要危險點之一就是吊罐法掘進天溜井,作業(yè)人員在吊罐上進行鑿巖和裝藥,上下層只能通過電話進行聯(lián)系。再者,游動絞車和鋼絲繩雖安全系數(shù)較高,然而一旦突發(fā)設(shè)備故障或人員操作失誤,乘罐人員安全將得不到保障。在硬件和工藝上,達不到礦山以“安全第一”為宗旨的目的。另外,采用吊罐法進行天溜井作業(yè)的工藝方法,井壁凸凹不平,且?guī)r石松動破碎、浮石多,易塌陷,大多需再噴漿支護,成井質(zhì)量較差。在大力營造企業(yè)安全文化的背景下,適時引進天井鉆機,采用新設(shè)備、新工藝,并成熟使用和推廣應(yīng)用,提高機械化作業(yè)程度,保人員安全,還是具有現(xiàn)實意義的。

(3)工程項目的要求。地下開采礦山主要采用溜井放礦,再者受井下巷道、罐籠等因素的影響,要求AT1500型天井鉆機需達到以下技術(shù)要求:主機運輸外型尺寸長度不超過2800mm,寬度小于1360 mm,高度不超過2100mm(包含平板拉車的高度);主電機啟動方式需采用降壓啟動,額定電壓380V;控制電源36V,380V/36V控制變壓器;配套電器箱功能需完備,當需要作業(yè)時,只需接通供電電纜,就可以開機進行作業(yè);行走機構(gòu)軌距600mm;鉆具采用鑲齒盤式滾刀;刀架與滾刀壽命需達到預(yù)先規(guī)定的要求;配備水平儀一只;主機與泵站所聯(lián)接油管長度不小于5000mm。

2 天井鉆機主要特點及構(gòu)造

2.1 主要特點

(1)該鉆機采用全液壓驅(qū)動技術(shù)。具有各種鉆進參數(shù)可以無級調(diào)速,結(jié)構(gòu)緊湊,安裝簡單方便,抗沖擊性能好,工作可靠等特點;與其他普通鑿巖相比,天井鉆機具有生產(chǎn)效率高,成井質(zhì)量好,操作安全,鉆孔偏斜率小的優(yōu)勢。

(2)因為成井方式為機械切削巖石,無需打眼放炮,圍巖受損小。

(3)工人勞動強度低。因工人無需進入反井作業(yè),完全避免了炮煙和冒頂?shù)奈ｋU。加上上下鉆桿機械化,工人勞動強度大為減輕。

(4)采用雙油缸推進,鉆進平穩(wěn),成井效率高。

2.2 鉆機構(gòu)造

TYZ1500天井鉆機由主機、行走機構(gòu)、泵站、操縱臺、給桿機構(gòu)、鉆架和鉆具等7部分組成(見圖1),并配有卸桿工具、錨桿等輔助件。其動作原理是由泵站上的YB2-315S-6(75kW)主泵電動機帶動250SCY14-1B軸向柱塞泵,驅(qū)動2個NJM-4B內(nèi)曲線徑向液壓馬達,通過減速箱帶動鉆桿旋轉(zhuǎn),并由泵站上的5.5kW電動機帶動10SCY14-1B軸向柱塞泵將壓力油送進二推進缸,推動減速箱上下運動,并帶動鉆桿和鉆頭或刀盤上下運動。以框架為導(dǎo)軌,當減速箱帶動鉆桿和鉆頭向下運動時,完成鉆進導(dǎo)向孔作業(yè)。切削巖渣由專用水泵排出。當減速箱帶動鉆桿和刀盤向上運動時,完成擴孔作業(yè),巖渣依靠自重落下。

3 使用效果及解決的問題

3.1 使用效果

圖1 鉆機構(gòu)造

2009年1～12月份,在西礦共完成了6口溜井的施工任務(wù)?？傮w上,從施工的6口井進度情況來看,每口井打小孔和擴孔所用的純作業(yè)時間基本上差距不大,施工峒室掘進、鋪道、澆基礎(chǔ)、設(shè)備轉(zhuǎn)場等約需半個月,整口溜井天井鉆機施工約半個月左右。在正常情況下,一個月左右可以完成一口溜井的施工任務(wù)。具體鉆機施工時間詳見表1。

表1 鉆機施工時間

以2#、3#井為例:

(1)2009年2月16日開始投入使用,到3月15日,歷時29d,實際施工共計23d,完成第一口溜井(2#)施工。3月26日～6月25日,完成第二口溜井(3#)施工,歷時92d,主要原因是因馬達、油泵損壞、刀具卡鉆、刀盤拉桿斷裂卡在半空中等影響工期。

(2)施工對比:第一口溜井(2#):導(dǎo)向孔用時累計1721min,擴孔用時累計5427min。擴孔時間為打?qū)蚩讜r間的3.16倍;第二口溜井(3#):導(dǎo)向孔用時累計2456min,擴孔用時累計5724min,擴孔時間為打?qū)蚩讜r間的2.33倍。

(3)作業(yè)時間對比:在刀具、作業(yè)壓力、轉(zhuǎn)速等技術(shù)參數(shù)相同情況下,3#溜井比2#溜井打?qū)蚩锥嘤脮r736min,相當于比2#溜井多用時42.7%。說明3#溜井巖性相對較硬;3#溜井擴孔較2#溜井多用時297min,基本相當,但作業(yè)技術(shù)參數(shù)不一樣,3#較2#溜井足足多出40kg/cm2提升壓力,為原來的150%。

(4)鉆孔精度:2009年間,在西礦已施工的6口溜井中,中心孔偏斜率均在1%以內(nèi),并且有兩只孔偏斜很小,只有20cm左右。

通過總結(jié)經(jīng)驗可知,第一,根據(jù)實際施工記錄和其它礦山使用情況,巖性不超過12級情況下,打?qū)蚩讜r間一般約為30～40h。擴孔時間為導(dǎo)向孔時間的3～4倍;第二,西礦巖質(zhì)不適合長齒刀具,易發(fā)生卡鉆現(xiàn)象,或引起其它故障;第三,擴孔為硬質(zhì)、球狀刀具,使用效果相對較好;第四,作業(yè)技術(shù)參數(shù),打?qū)蚩?小泵壓力為40～60kg/cm2,隨著深度增加,壓力逐步調(diào)小,大泵壓力為140～160kg/cm2;擴孔:小泵壓力為75～85kg/cm2,大泵壓力為140～160kg/cm2,最后2m時,壓力降為40kg/cm2左右。

3.2 解決的問題

(1)解決了吊罐天井中心孔偏斜率問題。吊罐天井因為牙輪鉆機設(shè)備技術(shù)性能因素,中心孔精度較低,施工時,打出的中心孔偏斜率太大,容易超過安全規(guī)定要求。而且經(jīng)常由于偏斜率過大,在下一層根本找不到鉆孔而需要重新鉆孔,既浪費成本,又影響工作進度。天井鉆機體積、重量大,施工時,鉆機振動小,且鉆桿重量也大,在鉆孔時,鉆桿不易偏斜;而牙輪鉆機體積、重量小,施工時,鉆機振動大,鉆桿輕,導(dǎo)致鉆桿極易發(fā)飄,打出的中心孔偏斜較大。天井鉆機很好地解決了中心孔偏斜率問題,已施工好的6口溜井中心孔偏斜率均在1%以內(nèi),其中有兩只孔與中心只有20cm左右偏斜。

(2)解決了溜井質(zhì)量問題。吊罐法施工的天溜井,由于存在爆破工藝,對溜井的井壁必然會造成一定的破壞,井壁巖石會存在一定松動,如果巖質(zhì)較差,則必須進行支護處理,并且對以后的溜井使用、人員在溜井內(nèi)的維修作業(yè),都帶來一定的安全隱患。2009年1～12月份,在西礦利用天井鉆機共施工了2#、3#、4#、6#、15#、14#共6口天溜井,從施工的溜井情況看,井壁均平滑穩(wěn)定,對周圍巖石未造成破壞,不需要再噴漿支護,成井質(zhì)量好。

(3)保證了溜井施工安全。吊罐天井施工法,人員直接在天井工作面下面作業(yè),需要巖質(zhì)相對較好,同時,必須確保游動絞車設(shè)備可靠,才好施工。另外,在施工中,上、下層需要通過電話、信號聯(lián)系,工作條件差,安全風(fēng)險大。利用天井鉆機施工天溜井,作業(yè)人員均在同一分層,不需再在下層乘吊罐進行鑿巖、爆破,只需要兩個人員裝卸鉆桿、一人操作即可,擴孔可一次成井,待巖渣在下層堆積到一定高度后再進行一次清理。還可以對任何巖石進行施工,只是速度快慢問題,避免了乘罐鑿巖、爆破、上下層通信聯(lián)系等諸多不安全環(huán)節(jié),作業(yè)人員得到了更大安全保障。

4 存在問題及解決方法

在西礦施工中,特別是在施工3#溜井時,發(fā)生的問題相對較多,液壓馬達、油泵、閥體、刀具、鉆桿等發(fā)生了一系列問題。通過生產(chǎn)廠家的技術(shù)培訓(xùn)、現(xiàn)場指導(dǎo),以及后面幾口天溜井的實踐操作,天井鉆機操作工已能夠熟練、獨立操作。并且能夠通過對巖質(zhì)變化的判斷,及時調(diào)整設(shè)備液壓推進壓力;還可根據(jù)工況條件的實際情況,及時調(diào)整工況,以適應(yīng)施工現(xiàn)場的需要。通過實踐摸索,在個別地方進行了技術(shù)工藝的改進,解決了許多難題,操作更加簡便、安全。改進的地方主要有:進水裝置改進;安裝刀盤方法改進;拆卸刀盤方法改進;卸桿卡塊改進等等。具體如下:

(1)進水裝置改進。原來主機進水裝置設(shè)在機器后背,且角度存在一定缺陷。在工作時,隨著缸體升降,膠管很容易磨通漏水,同時,又因角度存在一定缺陷,膠管始終處于壓扁狀態(tài),容易造成水量不足。根據(jù)實際測量,進水裝置進行了更改,改為主機前上方進水,從根本上解決了上述缺陷。

(2)安裝刀盤方法改進。原來安裝刀盤時,需進行開道叉、鋪道,刀盤裝在平板車上再運到位;考慮到隨著溜井進一步施工,放礦巷開道叉太多,正式放礦時,容易發(fā)生車輛掉道事故。為此,現(xiàn)已改為不再開道叉,而是在導(dǎo)向孔附近打3只眼,利用手拉葫蘆方式安裝刀盤。

(3)拆卸刀盤方法改進。根據(jù)廠家指導(dǎo),擴孔結(jié)束后,在拆卸刀盤時,采用鋼絲繩吊掛法,主機用鋼絲繩吊起刀盤時,在打好的溜井口正上方橫穿一鋼管,將刀盤懸在空中,待主機移開后,再用手拉葫蘆將刀盤提起。這種方法存在的弊端是,兩股鋼絲繩受力繃緊時,鋼管很難從中間穿過,且操作麻煩,對安全不利。現(xiàn)在用30mm鋼板制作了一套特定工具,使用非常方便,且很安全。

(4)卸桿卡塊改進。施工中,在更換鉆桿時,卸桿卡塊不夠靈活,基本上用人力拉不開,需借助工具方可拉開,非常不方便。經(jīng)過仔細分析后,對卸桿卡塊尺寸進行了局部變動,改進后,機構(gòu)比較靈活,隨手可以拉開。

除上述4點外,在刀具選型上,也比較講究,選擇適宜刀具既可節(jié)省成本,又加快了工程進度。經(jīng)不斷分析摸索,在生產(chǎn)廠家大力協(xié)助下,對不同刀型進行了試用。擴孔滾刀共分A型(含8把滾刀)、B型和C型3種,根據(jù)實際試用情況看,A型滾刀在擴孔時,不容易發(fā)生卡鉆現(xiàn)象,斷齒現(xiàn)象也相對較少。滾刀磨損情況相對較好,壽命相對較長。比較適合西礦巖性,而B型和C型滾刀齒形較長,擴孔時,易發(fā)生斷齒和卡鉆現(xiàn)象,并且磨損嚴重,不適合西礦天溜井作業(yè)。結(jié)合西礦巖質(zhì)情況,最后選用了A型擴孔滾刀。通過試用,1套A型擴孔刀盤可施工5口溜井(每口井按50m算)共擴孔250m,牙輪鉆頭(球齒)剛好打?qū)蚩?00m報廢,基本上可達到6口溜井的施工任務(wù)。

5 結(jié)束語

利用天井鉆機進行天溜井掘進,生產(chǎn)效率高,成井質(zhì)量好,井壁平滑穩(wěn)定,機械化程度高,且不需要爆破,不需要再噴漿支護,最大優(yōu)點就是提高了安全系數(shù),能更好地保障人身安全,為職工創(chuàng)造了一個良好的工作環(huán)境,順利完成了2009年在西礦掘進6口溜井的施工任務(wù)。同時,也學(xué)到不少解決問題的知識和方法,得到了很好的鍛煉,為今后獨立解決設(shè)備故障打下了較堅實基礎(chǔ),并且通過新技術(shù)、新設(shè)備的引進,給公司帶來了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

2010-05-14)