豎井掘進(jìn)機(jī)鉆井工藝及裝備研究

荊國業(yè) 劉志強(qiáng) 韓 博

(1.煤炭科學(xué)研究總院建井研究分院，北京市朝陽區(qū)，100013；2.北京中煤礦山工程有限公司，北京市朝陽區(qū)，100013)

1 引言

我國以傘鉆鑿巖爆破、抓斗裝巖、混凝土砌壁為核心的普通法鉆井得到了較快的發(fā)展，與凍結(jié)或注漿堵水相結(jié)合基本實(shí)現(xiàn)了月進(jìn)尺80 m左右，達(dá)到國際先進(jìn)水平，但普通法鉆井具有機(jī)械化程度較低、下井人員較多、作業(yè)環(huán)境較差以及安全隱患較多等問題。機(jī)械化鉆井是建井技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，機(jī)械化鉆井主要分為兩類，一類是地面鉆井系統(tǒng)，是目前我國應(yīng)用較多的鉆井法技術(shù)，具有打井不下井、機(jī)械化程度較高以及安全性較高等特點(diǎn)，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了7 m左右鉆井的“一鉆成井”和9 m左右鉆井的“一擴(kuò)成井”，但成井效率依然相對(duì)較低。目前“一鉆成井”的月成井速度不到40 m，而且主要適用于沖積層，對(duì)堅(jiān)硬基巖并不適用。另一類是豎井掘進(jìn)機(jī)系統(tǒng)，具有井筒掘進(jìn)與排渣、井壁支護(hù)安裝平行作業(yè)、機(jī)械化程度較高、下井人員較少以及施工效率較高等特點(diǎn)，作業(yè)環(huán)境和安全條件大大改善，但目前國內(nèi)尚無豎井掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用的先例。

豎井掘進(jìn)機(jī)在美國、德國和前蘇聯(lián)均有不同程度的發(fā)展，德國和美國是發(fā)展較快且較成熟的國家。20世紀(jì)70年代，德國威爾特公司根據(jù)平巷掘進(jìn)機(jī)原理研制了井筒掘進(jìn)機(jī)，主要用于在硬巖中打盲井，這種掘進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置在井下，具有傳動(dòng)效率高、掘進(jìn)速度快、全部機(jī)械化施工以及便于隨時(shí)糾偏等特點(diǎn)，因此迅速得到推廣應(yīng)用。在20世紀(jì)70年代后期，歐洲已較少采用轉(zhuǎn)盤鉆井法，但是當(dāng)時(shí)這種豎井掘進(jìn)機(jī)是部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)，需要有超前孔，下部必須有巷道，因此應(yīng)用范圍受到了一定的限制。20世紀(jì)70年代，美國研制了全斷面豎井巖石掘進(jìn)機(jī)，1978年6月開始試用。但是美國煤礦應(yīng)用豎井掘進(jìn)機(jī)較少，主要用于金礦、鈾礦等非煤礦山及冶金系統(tǒng)，而且井徑較小。

北京中煤礦山工程有限公司依托國家十二五“863”計(jì)劃課題“礦山豎井掘進(jìn)機(jī)研制”開展聯(lián)合攻關(guān)并取得重要進(jìn)展。課題組從豎井掘進(jìn)機(jī)鑿井施工新工藝、高效滾刀破巖技術(shù)出發(fā)，攻克礦山豎井掘進(jìn)機(jī)在井筒內(nèi)狹小空間的合理空間結(jié)構(gòu)及設(shè)備布置、高效大體積機(jī)械破碎巖石、大直徑鉆頭的空間結(jié)構(gòu)及滾刀布置、多臺(tái)剛性連接電機(jī)大扭矩旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的變頻器同步控制、大流量高精度電液比例控制、掘進(jìn)方向智能控制、關(guān)鍵部件及掘進(jìn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷、井筒內(nèi)特殊條件下的遠(yuǎn)程控制等關(guān)鍵技術(shù)，成功研制出國內(nèi)首臺(tái)套有導(dǎo)孔條件下的豎井掘進(jìn)機(jī)樣機(jī)——MSJ5.8/1.6D型礦山豎井掘進(jìn)機(jī)，為實(shí)際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

2 豎井掘進(jìn)機(jī)鉆井工藝

豎井掘進(jìn)機(jī)鉆井工藝采用反井鉆機(jī)鉆進(jìn)導(dǎo)井，豎井掘進(jìn)機(jī)擴(kuò)大成井，新型井架、專用吊盤支護(hù)輔助作業(yè)，實(shí)現(xiàn)鉆井破巖、出渣、臨時(shí)支護(hù)、永久支護(hù)及鉆井輔助工作。豎井掘進(jìn)機(jī)鉆井工藝如圖1所示。

2.1 工作流程

(1) 定位。根據(jù)井筒方位測(cè)量結(jié)果，計(jì)算確定各支撐油缸的伸出量和支撐力，并在鉆進(jìn)過程中隨時(shí)調(diào)整，確保鉆進(jìn)方向和精度要求，防止靴板相對(duì)井幫滑動(dòng)。

(2)鉆進(jìn)。啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，滾刀開始破巖，根據(jù)巖石物理力學(xué)性質(zhì)和可鉆性，推力油缸施加相應(yīng)的鉆壓，達(dá)到滾刀體積破巖狀態(tài)，直到主推油缸伸到最大行程，巖石條件差或糾偏時(shí)可慢速伸縮推進(jìn)油缸進(jìn)行掃孔。

(3)支撐結(jié)構(gòu)移步。主推油缸達(dá)到最大設(shè)置行程位置時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭平穩(wěn)接觸巖石，然后鎖緊主推油缸，逐漸松開8個(gè)支撐油缸。當(dāng)各個(gè)支撐油缸支撐力為零時(shí)，逐漸收縮4個(gè)推進(jìn)油缸，使支撐框架下移，同時(shí)地面提絞設(shè)備下放鉆桿和推進(jìn)油缸保持同步。當(dāng)推進(jìn)油缸全部到位后，開始定位進(jìn)行下一鉆進(jìn)循環(huán)。

1-提絞系統(tǒng)；2-井壁；3-支護(hù)系統(tǒng)平臺(tái)；4-控制平臺(tái)；5-主機(jī)系統(tǒng)；6-鉆頭；7-先導(dǎo)孔；8-井下運(yùn)輸系統(tǒng)圖1 豎井掘進(jìn)機(jī)鉆井工藝

2.2 導(dǎo)井

采用反井鉆機(jī)鉆進(jìn)豎井掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)井，然后施工井筒鎖口，安裝豎井掘進(jìn)機(jī)和地面鑿井裝備，豎井掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)井筒達(dá)到一定深度后，安裝吊盤和保護(hù)盤，鑿井過程同時(shí)完成井筒支護(hù)，采用噴漿支護(hù)或砌筑混凝土井壁。

2.3 破巖

豎井掘進(jìn)機(jī)采用鑲齒滾刀進(jìn)行破巖，豎井掘進(jìn)機(jī)包括支撐、推進(jìn)、旋轉(zhuǎn)和控制系統(tǒng)，主要作用是破碎巖石，滾刀按照一定規(guī)律布置在豎井掘進(jìn)機(jī)鉆頭上，滾刀破巖以擠壓、剪切和刮削等綜合作用將巖石破碎，從巖體上分離出來。電機(jī)帶動(dòng)齒輪箱齒輪減速實(shí)現(xiàn)鉆頭旋轉(zhuǎn)，推進(jìn)油缸通過推進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置沿掘進(jìn)機(jī)支撐立柱上下滑動(dòng)，向鉆頭傳遞推進(jìn)力，主框架結(jié)構(gòu)通過油缸支撐在井幫巖壁上，上、下支撐系統(tǒng)承受破巖反推力和反扭矩，推進(jìn)油缸完成一個(gè)行程后，主框架結(jié)構(gòu)沿豎井軸線向下移動(dòng)一段距離，然后支撐油缸推動(dòng)支撐板繼續(xù)支撐在井幫上，經(jīng)找正后繼續(xù)形成下一個(gè)破巖循環(huán)。

2.4 排渣

鉆頭為錐形結(jié)構(gòu)，破碎的巖渣沿井底錐形面滑動(dòng)進(jìn)入導(dǎo)井，落到下部巷道后由下部運(yùn)輸系統(tǒng)裝運(yùn)。

2.5 支護(hù)

(1) 臨時(shí)支護(hù)。豎井掘進(jìn)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)施加在井幫上的壓力，具有防止井幫破壞的作用。利用吊盤上的錨桿鉆機(jī)和噴漿機(jī)進(jìn)行鉆孔、安裝錨桿、掛網(wǎng)及噴漿作業(yè)，封閉井幫圍巖作為臨時(shí)支護(hù)。

(2)永久支護(hù)。對(duì)于服務(wù)年限短、非提升井筒或不安裝安全設(shè)施的通風(fēng)井，錨桿、掛網(wǎng)和噴漿可以使用永久支護(hù)；對(duì)于長(zhǎng)期服務(wù)和提升井筒，需要利用吊盤吊掛整體模板澆筑混凝土井壁，可以先進(jìn)行錨噴臨時(shí)支護(hù)，在井筒掘進(jìn)完成以及豎井掘進(jìn)機(jī)拆除后，由下向上澆筑永久井壁。

2.6 通風(fēng)

與爆破破巖不同，豎井掘進(jìn)機(jī)鉆井為機(jī)械破巖，因此產(chǎn)生的有害氣體和粉塵較少，而且井下作業(yè)人員較少，導(dǎo)井和礦井的通風(fēng)系統(tǒng)形成井筒循環(huán)通風(fēng)，一般不需要單獨(dú)設(shè)立通風(fēng)裝置，特殊情況下可設(shè)置局部通風(fēng)機(jī)。

2.7 排水

因鉆井過程中地層涌水量較大，需要預(yù)先采用地層改性方法封堵涌水，從而穩(wěn)定地層，少量涌水直接通過導(dǎo)井流到井筒下部，匯入礦井的排水系統(tǒng)排出。

3 豎井掘進(jìn)機(jī)鉆井裝備

豎井掘進(jìn)機(jī)鉆進(jìn)裝備由下到上由鉆頭、主機(jī)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及導(dǎo)向糾偏系統(tǒng)組成，其中液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及導(dǎo)向糾偏系統(tǒng)安裝在主機(jī)系統(tǒng)上方的控制平臺(tái)內(nèi)。

3.1 鉆頭

豎井掘進(jìn)機(jī)采用滾刀破巖，鉆頭體和滾刀形成組合結(jié)構(gòu)，滾刀在推進(jìn)力的作用下壓入巖石，鉆頭在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用下旋轉(zhuǎn)，鉆頭在井筒下部工作公轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾刀自轉(zhuǎn)，并將巖石從巖體上分離出來，在巖體內(nèi)鉆成井筒。

豎井掘進(jìn)機(jī)采用6翼可變徑45°錐形結(jié)構(gòu)鉆頭，由六方中心管、6個(gè)翼板和超前錐形鉆頭組成。45°井底角可以使?jié)L刀破碎的巖渣順利滑落入導(dǎo)井，減少重復(fù)破碎，實(shí)現(xiàn)高效溜渣。采用6翼以60°均勻布置，相鄰翼之間用加強(qiáng)鋼管聯(lián)接，每個(gè)翼板由焊接在六方中心管上的主翼板和外側(cè)的擴(kuò)展翼板組成，通過法蘭盤上的銷軸定位螺栓緊固聯(lián)接。井筒鉆進(jìn)完成后，通過拆掉輔助翼板，使豎井掘進(jìn)機(jī)最大端直徑變小，直接提出已進(jìn)行支護(hù)的井筒，這種結(jié)構(gòu)能夠減少最大件重量和尺寸，便于設(shè)備運(yùn)輸和吊裝，可以通過調(diào)整輔助翼板，改變豎井掘進(jìn)機(jī)的鉆井直徑。在鉆頭體下端設(shè)置超前孔鉆頭，在導(dǎo)孔偏斜和塌幫的情況下進(jìn)行掃孔作業(yè)。

3.2 主機(jī)系統(tǒng)

主機(jī)系統(tǒng)是豎井掘進(jìn)機(jī)的核心，由支撐裝置、推進(jìn)裝置和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置組成，主機(jī)系統(tǒng)將掘進(jìn)機(jī)支撐于井壁上，同時(shí)為破巖提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)鉆頭的推進(jìn)和旋轉(zhuǎn)。豎井掘進(jìn)機(jī)主機(jī)系統(tǒng)與鉆頭實(shí)物圖如圖2所示。

1-支撐裝置；2-推進(jìn)裝置；3-旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置；4-支撐靴板；5-鉆頭圖2 豎井掘進(jìn)機(jī)主機(jī)系統(tǒng)與鉆頭實(shí)物圖

(1) 支撐裝置。支撐裝置由支撐油缸、支撐靴板、扶正桿和框架結(jié)構(gòu)組成。在鉆進(jìn)過程中控制支撐油缸的伸出量和支撐力，通過支撐靴板將掘進(jìn)機(jī)固定于井幫上，既能夠提供鉆頭所需的反作用力和回轉(zhuǎn)反扭矩，又能夠調(diào)整主機(jī)的姿態(tài)和方向，實(shí)現(xiàn)連續(xù)準(zhǔn)確鉆井。支撐靴板共有8個(gè)，均可單獨(dú)調(diào)整，采用上下兩層十字形布置。由于層間距較大，當(dāng)通過破碎地層時(shí)便于選取有利支撐點(diǎn)，增強(qiáng)掘進(jìn)機(jī)的穩(wěn)定性和適用性。

(2) 推進(jìn)裝置。推進(jìn)裝置由推進(jìn)油缸和輔助設(shè)施組成。推進(jìn)油缸位于支撐裝置上部，通過球鉸與驅(qū)動(dòng)裝置連接，在組裝時(shí)已設(shè)定合適的工作壓力，為鉆頭提供推進(jìn)力，實(shí)現(xiàn)鉆頭鉆進(jìn)。

(3) 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置由動(dòng)力部分(包括電動(dòng)機(jī)和減速器)、傳動(dòng)部分(齒輪傳動(dòng))和箱體總成組成。箱體總成是動(dòng)力和傳動(dòng)的載體，包括主箱體(上、下箱體)、主軸、軸承、潤(rùn)滑系統(tǒng)及附件等。電動(dòng)機(jī)通過減速器后，齒輪箱內(nèi)部齒輪驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖的功能。

3.3 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)由液壓泵站、支撐油缸和推進(jìn)油缸組成。液壓泵站由液壓泵、液壓閥組和輔助元器件組成，為支撐油缸和推進(jìn)油缸提供動(dòng)力，并控制油缸的推進(jìn)力和推進(jìn)速度。EDS3000壓力繼電器輸出參數(shù)≤±0.5 % FS，精度較高，能夠顯示當(dāng)前壓力值、最大值和預(yù)設(shè)開關(guān)點(diǎn)值，根據(jù)預(yù)設(shè)開關(guān)參數(shù)輸出開關(guān)量，當(dāng)井幫產(chǎn)生地應(yīng)力時(shí)，確保打開支撐油缸雙向鎖，避免損壞支撐裝置。支撐油缸由泵站控制，一是可以實(shí)現(xiàn)上下各層4個(gè)油缸同時(shí)快速伸出和縮回(快速伸縮)動(dòng)作；二是可以實(shí)現(xiàn)各層相背2個(gè)油缸同步對(duì)應(yīng)伸出和縮回動(dòng)作，完成該方向位移量相同的平動(dòng)(成組運(yùn)行)；三是可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)油缸獨(dú)立控制伸出和縮回(單缸運(yùn)行)動(dòng)作。推進(jìn)油缸為4個(gè)，采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)和機(jī)械強(qiáng)制同步運(yùn)行，由行程傳感器檢測(cè)運(yùn)行距離，由壓力傳感器檢測(cè)油缸上下兩腔壓力。破巖時(shí)的油壓值既能采用人工控制，又能采用自動(dòng)調(diào)節(jié)，通過計(jì)算可得實(shí)際鉆壓值，便于鉆進(jìn)過程的操作與分析。

每個(gè)支撐油缸和推進(jìn)油缸均由一組電液比例換向閥控制伸縮量。無桿腔能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)與顯示油壓，并將支撐力信號(hào)傳輸至控制單元，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制和及時(shí)補(bǔ)壓。根據(jù)信號(hào)大小確定閥門開口大小，從而調(diào)整液壓油缸速度快慢，既能夠快速伸縮提高工作效率，又能夠緩慢伸縮提高工作精度，在鉆進(jìn)和糾偏過程中滿足各項(xiàng)要求。

3.4 電氣系統(tǒng)

根據(jù)豎井掘進(jìn)機(jī)設(shè)備構(gòu)成和施工工藝要求，電氣系統(tǒng)由供配電、鉆頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)控制、支撐和推進(jìn)裝置控制以及遠(yuǎn)程控制組成，電氣控制系統(tǒng)工作原理圖如圖3所示。

圖3 電氣控制系統(tǒng)工作原理圖

(1) 供配電。由饋電電纜將三相1140 V交流電接入受電柜母線，根據(jù)需要配備獨(dú)立隔離開關(guān)和斷路器，分別向支護(hù)設(shè)備和降壓變壓器供電。380 V電壓用于鉆頭電機(jī)和液壓泵站供電，220 V電壓用于控制電源供電，127 V電壓用于工作面照明供電。

(2) 鉆頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)控制。使用4臺(tái)大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆頭繞主軸中心旋轉(zhuǎn)，電機(jī)與大齒輪為剛性連接，并經(jīng)動(dòng)力頭齒輪減速。鉆頭驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用一主三從方式，確保各電機(jī)同步工作，負(fù)荷均衡分配。鉆頭控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)啟動(dòng)與停止平滑、加速與減速恒定、轉(zhuǎn)速和扭矩匹配，滿足不同地質(zhì)條件下的破巖要求。鉆頭轉(zhuǎn)速測(cè)量采用軸編碼器，其通過信號(hào)電纜與變頻器相連。變頻器、接觸器、電抗器等安裝于電控柜中，傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成轉(zhuǎn)速閉環(huán)和轉(zhuǎn)矩(電流)閉環(huán)控制。

(3) 支撐和推進(jìn)裝置控制。液壓泵站采用電液元器件，液壓PLC控制液壓系統(tǒng)，顯示油壓、行程、油泵等當(dāng)前狀態(tài)，實(shí)時(shí)發(fā)送關(guān)鍵液壓數(shù)據(jù)。主PLC處理用戶面板中的操作指令，接受液壓狀態(tài)數(shù)據(jù)，向液壓主機(jī)發(fā)送液壓動(dòng)作指令。

(4) 遠(yuǎn)程控制。通過地面控制臺(tái)與工作面主控制臺(tái)之間相互發(fā)送及接收信息，實(shí)現(xiàn)操作指令和監(jiān)控測(cè)量等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、處理和傳輸。系統(tǒng)軟件允許用戶在遠(yuǎn)程登錄并控制電腦，實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)與處理相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與控制臺(tái)相同的操作功能。

3.5 導(dǎo)向糾偏系統(tǒng)

導(dǎo)向糾偏系統(tǒng)由測(cè)斜系統(tǒng)和糾偏系統(tǒng)組成，其工作原理圖如圖4所示。

圖4 導(dǎo)向糾偏系統(tǒng)工作原理圖

測(cè)斜系統(tǒng)包括位移測(cè)量系統(tǒng)(激光發(fā)射器和PSD光電位移傳感器平板)和姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)(兩個(gè)高精度角度傳感器)，利用光電傳感器平板獲取豎井掘進(jìn)機(jī)軸線與井筒設(shè)計(jì)軸線的偏斜量，利用角度傳感器獲取豎井掘進(jìn)機(jī)姿態(tài)的豎直量。如果位移測(cè)量發(fā)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)軸線偏離井筒設(shè)計(jì)軸線一定量(可根據(jù)工況現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置偏離量)后，啟動(dòng)導(dǎo)向糾偏系統(tǒng)，通過調(diào)整各個(gè)支撐油缸的伸縮量，使掘進(jìn)機(jī)的鉆頭指向井筒設(shè)計(jì)中心軸線，經(jīng)過幾個(gè)步距的糾偏，掘進(jìn)機(jī)軸線與井筒設(shè)計(jì)軸線夾角逐漸變小直至重新重合。

4 豎井掘進(jìn)機(jī)輔助裝備

4.1 提絞系統(tǒng)

井筒上方設(shè)置井架、絞車、穩(wěn)車，用于提吊下部設(shè)備；井口設(shè)置封口盤；井筒中間有API石油鉆桿，用于提升掘進(jìn)機(jī)和固定線纜等；井筒中的吊桶用于將人員和材料下放到支護(hù)平臺(tái)和掘進(jìn)機(jī)內(nèi)部；井筒下部有反井鉆機(jī)施工的1.6 m先導(dǎo)孔，破碎巖渣由此自由落入下水平運(yùn)輸巷，通過井下運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)至地面。

4.2 支護(hù)系統(tǒng)

根據(jù)井筒功能和服務(wù)年限，選擇錨噴或現(xiàn)澆混凝土井壁支護(hù)形式，利用多功能吊盤進(jìn)行支護(hù)作業(yè)。多功能吊盤為三層結(jié)構(gòu)，包括保護(hù)盤、中層盤和下層盤，保護(hù)盤設(shè)有安全防護(hù)層，防止上部墜物下落并起緩沖作用。中層盤和下層盤均設(shè)有液壓支撐油缸，使吊盤支撐于井幫上，防止上下移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，中層盤還設(shè)有噴漿機(jī)和混凝土分料及暫存裝置，進(jìn)行掛網(wǎng)和噴射混凝土作業(yè)；下層盤設(shè)有錨桿鉆機(jī)，由掘進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)錨桿鉆機(jī)工作，以便在井壁上鉆進(jìn)不同角度、直徑和深度的錨孔，同時(shí)進(jìn)行錨桿安裝、充填和鎖緊固定。若圍巖條件較好，在掘進(jìn)機(jī)完成井筒鉆進(jìn)并進(jìn)行必要臨時(shí)支護(hù)后，可先拆除掘進(jìn)機(jī)，再由下向上進(jìn)行混凝土井壁澆筑。

5 豎井掘進(jìn)機(jī)鉆井特點(diǎn)及應(yīng)用前景

(1) 豎井掘進(jìn)機(jī)是一種涉及機(jī)械加工、液壓控制、電氣傳動(dòng)、傳感器測(cè)量、數(shù)字控制以及巖石破碎等多學(xué)科的技術(shù)密集型施工裝備，能夠快速機(jī)械破巖和支護(hù)，具有不需爆破作業(yè)、機(jī)械化程度高、井下人員少、成井質(zhì)量好、施工效率高以及安全性高等優(yōu)點(diǎn)。廣泛采用的普通法鑿井以鉆眼爆破為基礎(chǔ)，具有需要大量的工作人員下井作業(yè)、工作條件艱苦、作業(yè)環(huán)境不安全、工人勞動(dòng)強(qiáng)度高以及爆破產(chǎn)生大量有害氣體等問題。豎井掘進(jìn)機(jī)鉆進(jìn)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)用機(jī)械破巖逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉆眼和爆破方法，并向機(jī)械化和智能化方向發(fā)展，使鑿井工作人員從礦山艱苦危險(xiǎn)、安全條件差、職業(yè)傷害嚴(yán)重的井筒施工中逐漸解脫出來，實(shí)現(xiàn)建井技術(shù)新突破，是大型現(xiàn)代化礦井建設(shè)機(jī)械化的發(fā)展方向。

(2) 目前豎井掘進(jìn)機(jī)鉆進(jìn)技術(shù)已完成鉆進(jìn)裝備樣機(jī)的研制，下一研究階段將進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)及應(yīng)用。豎井掘進(jìn)機(jī)一是可以應(yīng)用于煤礦、金屬或非金屬等地下固體礦物開發(fā)的礦井咽喉工程提升、通風(fēng)、安全等各種井筒；二是可以應(yīng)用于水利發(fā)電及抽水蓄能電站壓力管道井、通風(fēng)井、引水井、調(diào)壓井和電梯井等；三是可以應(yīng)用于地鐵、公路及鐵路長(zhǎng)大隧道通風(fēng)井、安全出口等工程；四是可以應(yīng)用于地下工程如人防工程、軍事工程、科學(xué)實(shí)驗(yàn)工程等井筒工程。進(jìn)一步完善豎井掘進(jìn)機(jī)鉆進(jìn)施工技術(shù)和工藝和裝備，對(duì)地下工程建設(shè)領(lǐng)域有重要意義，有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉志強(qiáng).機(jī)械井筒鉆進(jìn)技術(shù)發(fā)展及展望[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2013(7)

[2] 荊國業(yè).大直徑深反井施工新技術(shù)[J]. 煤炭技術(shù)，2014(8)

[3] 劉志強(qiáng). 大直徑反井鉆機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 北京科技大學(xué)，2014

[4] 劉志強(qiáng). 礦山豎井掘進(jìn)機(jī)鑿井工藝及技術(shù)參數(shù)[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2014(12)

[5] 韓博, 劉志強(qiáng), 荊國業(yè)等.滾刀破巖試驗(yàn)裝置的研制及應(yīng)用[J]. 煤礦機(jī)械，2015(12)

[6] 荊國業(yè), 王安山, 韓云龍. 礦山豎井掘進(jìn)機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 建井技術(shù)，2015(6)

[7] 楊炳文, 付文俊, 劉志強(qiáng). 豎井掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 工礦自動(dòng)化，2016(9)

[8] 高峰，劉志強(qiáng)，周華群等.反井鉆具擴(kuò)孔工況下的縱向振動(dòng)分析[J].中國煤炭，2017(12)