BMC系列矿用反井钻机
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BMC600(ZFY5.0/600)型反井钻机

BMC600型反井钻机介绍:

  BMC600(ZFY5.0/600)型反井钻机是我公司最新研制的国内最大型号的反井钻机,可施工最大直径5.0m,最大深度600m。采用先进的电液自动控制系统、数字化参数系统、事故预防系统等技术。

BMC600型反井钻机图片:

 

BMC600型反井钻机主要技术参数为: 

技术参数

单位

指标

基本参数

导孔直径

mm

350-380

扩孔直径

m

3.5-5.0

钻井深度

m

600

钻井角度

°

60-90

适用岩石强度

MPa

100-150

导孔钻进

出轴转速:

rpm

0-18

推力:

kN

1300

额定扭矩:

kN.m

92

扩孔钻进

出轴转速:

rpm

2-5

拉力:

kN

6000

额定扭矩:

kN.m

300

最大扭矩:

kN.m

450

其他

主机机重:

kg

25.2

钻机功率:

kW

284.7


BMC系列反井钻机技术应用及发展

为了适应煤炭、水电等深井工程建设的需要,北京中煤矿山工程有限公司近几年陆续研制出BMC系列反井钻机和用于抗压强度达到300MPa的极硬岩滚刀,为拓展反井钻机技术应用奠定了基础,并对反井钻机设备和工艺技术的发展起到了积极地推动作用。本文介绍了BMC系列反井钻机的设计特点、技术参数、适用范围及工程应用情况。
关键词:反井钻机;硬岩;技术应用

1       概述
反井钻机技术的研究和应用始于上世纪五、六十年代,至九十年代已经在国内外矿山、市政、水电、交通等领域的地下工程中得到了广泛的应用。相比木垛法、吊罐法和爬罐法等传统施工方法,利用反井钻机技术施工竖井、斜井具有安全、快速、井壁光滑等优点。目前应用较广的反井钻机施工工艺如图1所示,分为自上而下的导孔钻进(左图)和自下而上的扩孔钻进(右图)。
 
Fig.1  反井钻机施工工艺
1-反井钻机;2-钻杆;3-导孔钻头;4-下水平巷道;5-待安装的扩孔钻头;6-工作中的扩孔钻头;7-扩孔后的井筒;8-自由落下的岩碴。
国外著名的反井钻机厂商有SANDVIK、ATLAS、TAMROCK、WIRTH、INDAU等,其中WIRTH公司的HG380型反井钻机保持着扩孔直径7.1m、井深1260m的世界纪录。国内曾经引进部分型号的反井钻机,但是,由于国外设备造价比国产设备高4~10倍,设备维护、配件、管理等成本居高不下等原因,渐渐被国产反井钻机取代。
国内现有北京中煤矿山工程有限公司(煤炭科学研究总院北京建井研究分院)研制的LM系列、煤炭科学研究总院南京研究所研制的AF系列、长沙矿山研究院研制的ATY系列反井钻机,是煤矿等中、小型反井工程施工的主力机型。随着国民经济快速发展,国家基础建设步伐加快,大量的煤矿、水利水电设施、交通隧道等建设工程需要施工井深200m以上、直径2m以上、岩石抗压强度200MPa以上的井筒。国产设备由于其设计能力不足,逐渐不适用于这些工程,为此,北京中煤矿山工程有限公司从2000年开始陆续开发研制出新型BMC系列反井钻机,已施工的井筒最深562m、最大直径3.5m、最硬岩石310MPa,大大拓展了国产反井钻机的应用范围。
2       BMC系列反井钻机设计意图及特点
为了满足反井钻机在煤炭、水电、交通等不同行业的应用需求,BMC系列反井钻机针对以往国产机型能力不足,对钻机的防爆能力、井巷内适应能力、硬岩等复杂地层适应能力、国际工程适应能力等进行了研究与改进。其特点:
(1)   适用范围广。既可以应用于煤矿等软岩地层,又可以应用于水电、交通等岩石抗压强度310MPa以上的硬岩地层,可施工直径5m、深度600m。
(2)   施工操作全部机械化。主机起放、钻杆吊装、丝扣接卸等操作均采用机械辅助,大大降低了工人劳动强度,提高了施工效率。
(3)   自动化控制程度高。部分高级机型采用电液控制系统,操作台体积缩小至原来的1/5,重量缩减至原来的1/10,可以随时轻松的调整方位;可编程参数控制系统,自动控制和记录钻进参数,避免由于操作手水平不齐引起的参数选择误差。
(4)   智能化事故预防系统。通过程序化控制,设定安全条件,有效防止钻进中反转、动力头浮动极限位置伤扣、导孔钻进过程中压钻头、扩孔钻进过程中扭断钻杆等事故的发生。
(5)   组装式机身和扩孔钻头结构。大型反井钻机采用可拆卸组装结构,便于在受空间限制的巷道等工作面施工;大直径扩孔钻头均采用阶梯式拼接结构,通过拼接可以灵活的选择所需扩孔直径尺寸,既便于运输、安装、部件更换,又节省钻头结构成本。
3       BMC系列反井钻机主要技术参数及适用范围
BMC系列反井钻机适用于煤炭、水电、交通、市政、金属矿山等行业的地下特殊施工,其主要技术参数见表1,适用范围见表2。
Table 1  BMC系列反井钻机主要技术参数
项目 BMC 100 BMC 200 BMC 300 BMC 400 BMC600
导孔直径     /mm 216 216 244 270 350
扩孔直径     /mm 1000~1200 1200~1400 1400~1520 1400~3500 3500~5000
井深         /m 150~100 200~150 300~250 400~350 600~500
钻杆直径     /mm 176 182 203 228 327
推力         /kN 200 350 550 1650 3300
拉力         /kN 500 850 1250 2450 6000
额定扭矩     /kN.m 20 35 64 96 300
驱动方式 液压 液压 液压 电液 电液
适应倾角     /° 60 60 60 60 60
输入功率     /kW 62.5 86 129.6 129.6 284.7
主机工作尺寸
(长×宽×高)   /m
2.4×1.27×2.9 3.1×1.46×3.8 3.25×1.5×3.6 4.85×1.9×5.3 3.7×2.1×5.52
重量         /t 3.5 7.5 8.4 12.5 26.5
 
Table 2  BMC系列反井钻机适用范围
应用领域 阶段性临时工程 临时工程 永久工程
煤炭系统 各种溜矸孔(煤仓、暗井、主井、副井、风井) 采区风眼、溜煤眼、溜矸眼、瓦斯抽放孔 、安全救护钻孔 通风井、下料井
水电系统 各种导井(压力管道、出线井、调压井、电梯井) 施工期间通风竖井(长大隧洞、地下调压室)、加固钻孔 地下永久建筑(厂房、变压室等)通风竖井、观测孔
其它系统 各种溜井(井筒、矿仓) 采区风眼、溜矿眼、溜渣眼、材料人员井 通风孔等
地下建筑 各种导井 施工期间通风孔 通风井、进出口
适用条件 深度600m以内、直径5m以内、岩石抗压强度不大于310MPa、具有下水平巷道的竖井或与水平面夹角60~90°的斜井
 
4       新型硬岩滚刀
近年来,随着水电站建设的迅速发展,大部分水电站地下工程在硬岩中施工,如四川自一里水电站、吉林白山水电站、福建穆阳溪水电站等多为花岗岩地层,岩石坚硬,单轴抗压强度达到250MPa;山东泰安抽水蓄能电站花岗岩抗压强度达到310MPa,石英、长石等颗粒性强的矿物含量在70%以上。过去使用普通滚刀寿命只有5~10m,工效非常低,破岩刀具费用高达每米一万元以上,反井钻机无法作为工程设备应用。
针对目前反井施工钻进硬岩出现的破岩效率低、滚刀寿命短、成本高等问题,北京中煤矿山工程有限公司研制出适用于硬岩钻进的新型镐形镶齿滚刀,在泰安抽水蓄能电站工程应用,寿命达到125m以上,并经多个水电站不同岩石条件应用,硬岩滚刀可以满足不同工程需要,解决了硬岩地层中钻进反井难题。
5       BMC系列反井钻机技术应用实例
自2005年以来,BMC系列反井钻机陆续在煤炭、水电、交通等行业的地下反井工程中应用,累计完成井筒施工近6000m。
(1)辽宁省蒲石河抽水蓄能电站竖井,地层以花岗岩、花岗片麻岩和玄武岩为主,采用BMC 300型反井钻机施工,导孔直径244mm、扩孔直径1.4m、钻孔深度213.9m,纯施工工期27d,纯施工效率238m/月,其中导孔钻进14d,施工速度为0.64m/h;扩孔钻进13d,施工速度为0.69m/h,钻孔综合偏斜率0.44%,不仅满足了工程要求,而且施工速度快、钻孔精度高、成井质量好。
(2)山西省晋煤集团寺河矿小东山通风竖井,地层为硬度较小的沉积岩,利用BMC 400型反井钻机施工,完成深度267m、直径2.5m和深度269m、直径3.5m两个通风井,平均导孔钻进速度为0.62m/h,平均扩孔钻进速度为0.48m/h,钻孔综合偏斜率0.26%,是国内已完成的一次性扩孔直径最大的反井工程。
(3)秦岭终南山特长隧道是西安至安康高速公路穿越秦岭主脊的控制性工程,主洞长度18020m,双洞总长度36040m,在山岭公路隧道中长度排世界第二位,总规模长度排世界第一。北京中煤矿山工程有限公司承担的1号、3号竖井导井反井钻井施工,导井地层以混合花岗岩、混合片麻岩为主,其中,1号竖井采用BMC 300型反井钻机施工,钻成直径1.4m、深度170m导井,综合成井速度4.36m/d,钻孔偏斜率0.27%;3号竖井采用BMC 400型反井钻机施工,钻成直径1.4m、深度380m导井,综合成井速度4.87m/d,钻孔偏斜率1.0%。
6       结语
(1)随着我国能源开发需要,煤炭、水电、冶金等领域有大量地下工程,反井钻机的应用范围将日益扩展。
(2)BMC系列反井钻机在施工能力、机械化和自动化程度等方面使反井钻机技术应用达到先进的水平,为众多行业地下井筒工程提供了安全、高效的施工条件。
(3)工程应用表明,镐形镶齿滚刀刀齿布置结构合理,破岩效率及使用寿命可满足在中硬及硬岩中高速钻进的要求。
(4)今后应加强对深井反井钻井工艺的研究和改进,使BMC系列反井钻机在地下工程建设中发挥更大的作用。

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