AT1500天井鉆機在漓鐵集團的實際應用

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)

AT1500天井鉆機在漓鐵集團的實際應用

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用效果和技術要求,重點分析了新設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改進措施等,實踐證明,使用天井鉆機鉆進天溜井生產效率高、成井質量好,操作安全,可以帶來良好的經濟效益和社會效益。

天井鉆機;天井掘進;技術改造

漓鐵礦業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后,下放吊罐,再進行爆破,在下水平用裝巖機出渣。這種作業方式,一旦突發設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,由于經過爆破,井壁巖石產生松動、破碎,存在浮石多,易塌陷等現象,成井質量較差,大多需再噴漿支護,安全得不到保障。為了適應井下安全生產的需要,本著安全、高效的宗旨,改變過去天溜井鉆孔偏差大、安全系數低、成井質量差等弊病,該公司引進了湖南有色重型機器有限責任公司生產的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,根據生產接續安排,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,是當年溜井作業任務能否完成的關鍵前提和保障。

(2)引進技術設備的目的。公司井下作業的重要危險點之一就是吊罐法掘進天溜井,作業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系。再者,游動絞車和鋼絲繩雖安全系數較高,然而一旦突發設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的工藝方法,井壁凸凹不平,且巖石松動破碎、浮石多,易塌陷,大多需再噴漿支護,成井質量較差。在大力營造企業安全文化的背景下,適時引進天井鉆機,采用新設備、新工藝,并成熟使用和推廣應用,提高機械化作業程度,保人員安全,還是具有現實意義的。

(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,當需要作業時,只需接通供電電纜,就可以開機進行作業;行走機構軌距600mm;鉆具采用鑲齒盤式滾刀;刀架與滾刀壽命需達到預先規定的要求;配備水平儀一只;主機與泵站所聯接油管長度不小于5000mm。

2 天井鉆機主要特點及構造

2.1 主要特點

(1)該鉆機采用全液壓驅動技術。具有各種鉆進參數可以無級調速,結構緊湊,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,天井鉆機具有生產效率高,成井質量好,操作安全,鉆孔偏斜率小的優勢。

(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,完全避免了炮煙和冒頂的危險。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,成井效率高。

2.2 鉆機構造

TYZ1500天井鉆機由主機、行走機構、泵站、操縱臺、給桿機構、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,驅動2個NJM-4B內曲線徑向液壓馬達,通過減速箱帶動鉆桿旋轉,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。以框架為導軌,當減速箱帶動鉆桿和鉆頭向下運動時,完成鉆進導向孔作業。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,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 鉆機構造

2009年1～12月份,在西礦共完成了6口溜井的施工任務。總體上,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時間基本上差距不大,施工峒室掘進、鋪道、澆基礎、設備轉場等約需半個月,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。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#):導向孔用時累計1721min,擴孔用時累計5427min。擴孔時間為打導向孔時間的3.16倍;第二口溜井(3#):導向孔用時累計2456min,擴孔用時累計5724min,擴孔時間為打導向孔時間的2.33倍。

(3)作業時間對比:在刀具、作業壓力、轉速等技術參數相同情況下,3#溜井比2#溜井打導向孔多用時736min,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,但作業技術參數不一樣,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,并且有兩只孔偏斜很小,只有20cm左右。

通過總結經驗可知,第一,根據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,打導向孔時間一般約為30～40h。擴孔時間為導向孔時間的3～4倍;第二,西礦巖質不適合長齒刀具,易發生卡鉆現象,或引起其它故障;第三,擴孔為硬質、球狀刀具,使用效果相對較好;第四,作業技術參數,打導向孔:小泵壓力為40～60kg/cm2,隨著深度增加,壓力逐步調小,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備技術性能因素,中心孔精度較低,施工時,打出的中心孔偏斜率太大,容易超過安全規定要求。而且經常由于偏斜率過大,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,導致鉆桿極易發飄,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,其中有兩只孔與中心只有20cm左右偏斜。

(2)解決了溜井質量問題。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、人員在溜井內的維修作業,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,井壁均平滑穩定,對周圍巖石未造成破壞,不需要再噴漿支護,成井質量好。

(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,需要巖質相對較好,同時,必須確保游動絞車設備可靠,才好施工。另外,在施工中,上、下層需要通過電話、信號聯系,工作條件差,安全風險大。利用天井鉆機施工天溜井,作業人員均在同一分層,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、上下層通信聯系等諸多不安全環節,作業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,發生的問題相對較多,液壓馬達、油泵、閥體、刀具、鉆桿等發生了一系列問題。通過生產廠家的技術培訓、現場指導,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變化的判斷,及時調整設備液壓推進壓力;還可根據工況條件的實際情況,及時調整工況,以適應施工現場的需要。通過實踐摸索,在個別地方進行了技術工藝的改進,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,容易造成水量不足。根據實際測量,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,容易發生車輛掉道事故。為此,現已改為不再開道叉,而是在導向孔附近打3只眼,利用手拉葫蘆方式安裝刀盤。

(3)拆卸刀盤方法改進。根據廠家指導,擴孔結束后,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省成本,又加快了工程進度。經不斷分析摸索,在生產廠家大力協助下,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,根據實際試用情況看,A型滾刀在擴孔時,不容易發生卡鉆現象,斷齒現象也相對較少。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,易發生斷齒和卡鉆現象,并且磨損嚴重,不適合西礦天溜井作業。結合西礦巖質情況,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)剛好打導向孔300m報廢,基本上可達到6口溜井的施工任務。

5 結束語

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

2010-05-14)