為了適應煤炭、水電等深井工程建設的需要，北京中煤礦山工程有限公司近幾年陸續研制出BMC系列反井鉆機和用于抗壓強度達到300MPa的極硬巖滾刀，為拓展反井鉆機技術(shù)應用奠定了基礎，并對反井鉆機設備和工藝技術(shù)的發(fā)展起到了積極地推動(dòng)作用。本文介紹了BMC系列反井鉆機的設計特點(diǎn)、技術(shù)參數、適用范圍及工程應用情況。
關(guān)鍵詞：反井鉆機；硬巖；技術(shù)應用

1       概述
反井鉆機技術(shù)的研究和應用始于上世紀五、六十年代，至九十年代已經(jīng)在國內外礦山、市政、水電、交通等領(lǐng)域的地下工程中得到了廣泛的應用。相比木垛法、吊罐法和爬罐法等傳統施工方法，利用反井鉆機技術(shù)施工豎井、斜井具有安全、快速、井壁光滑等優(yōu)點(diǎn)。目前應用較廣的反井鉆機施工工藝如圖1所示，分為自上而下的導孔鉆進(jìn)（左圖）和自下而上的擴孔鉆進(jìn)（右圖）。
 
Fig.1  反井鉆機施工工藝
1-反井鉆機；2-鉆桿；3-導孔鉆頭；4-下水平巷道；5-待安裝的擴孔鉆頭；6-工作中的擴孔鉆頭；7-擴孔后的井筒；8-自由落下的巖碴。
國外著(zhù)名的反井鉆機廠(chǎng)商有SANDVIK、ATLAS、TAMROCK、WIRTH、INDAU等，其中WIRTH公司的HG380型反井鉆機保持著(zhù)擴孔直徑7.1m、井深1260m的世界紀錄。國內曾經(jīng)引進(jìn)部分型號的反井鉆機，但是，由于國外設備造價(jià)比國產(chǎn)設備高4～10倍，設備維護、配件、管理等成本居高不下等原因，漸漸被國產(chǎn)反井鉆機取代。
國內現有北京中煤礦山工程有限公司（煤炭科學(xué)研究總院北京建井研究分院）研制的LM系列、煤炭科學(xué)研究總院南京研究所研制的AF系列、長(cháng)沙礦山研究院研制的ATY系列反井鉆機，是煤礦等中、小型反井工程施工的主力機型。隨著(zhù)國民經(jīng)濟快速發(fā)展，國家基礎建設步伐加快，大量的煤礦、水利水電設施、交通隧道等建設工程需要施工井深200m以上、直徑2m以上、巖石抗壓強度200MPa以上的井筒。國產(chǎn)設備由于其設計能力不足，逐漸不適用于這些工程，為此，北京中煤礦山工程有限公司從2000年開(kāi)始陸續開(kāi)發(fā)研制出新型BMC系列反井鉆機，已施工的井筒最深562m、最大直徑3.5m、最硬巖石310MPa，大大拓展了國產(chǎn)反井鉆機的應用范圍。
2       BMC系列反井鉆機設計意圖及特點(diǎn)
為了滿(mǎn)足反井鉆機在煤炭、水電、交通等不同行業(yè)的應用需求，BMC系列反井鉆機針對以往國產(chǎn)機型能力不足，對鉆機的防爆能力、井巷內適應能力、硬巖等復雜地層適應能力、國際工程適應能力等進(jìn)行了研究與改進(jìn)。其特點(diǎn)：
（1）   適用范圍廣。既可以應用于煤礦等軟巖地層，又可以應用于水電、交通等巖石抗壓強度310MPa以上的硬巖地層，可施工直徑5m、深度600m。
（2）   施工操作全部機械化。主機起放、鉆桿吊裝、絲扣接卸等操作均采用機械輔助，大大降低了工人勞動(dòng)強度，提高了施工效率。
（3）   自動(dòng)化控制程度高。部分高級機型采用電液控制系統，操作臺體積縮小至原來(lái)的1/5，重量縮減至原來(lái)的1/10，可以隨時(shí)輕松的調整方位；可編程參數控制系統，自動(dòng)控制和記錄鉆進(jìn)參數，避免由于操作手水平不齊引起的參數選擇誤差。
（4）   智能化事故預防系統。通過(guò)程序化控制，設定安全條件，有效防止鉆進(jìn)中反轉、動(dòng)力頭浮動(dòng)極限位置傷扣、導孔鉆進(jìn)過(guò)程中壓鉆頭、擴孔鉆進(jìn)過(guò)程中扭斷鉆桿等事故的發(fā)生。
（5）   組裝式機身和擴孔鉆頭結構。大型反井鉆機采用可拆卸組裝結構，便于在受空間限制的巷道等工作面施工；大直徑擴孔鉆頭均采用階梯式拼接結構，通過(guò)拼接可以靈活的選擇所需擴孔直徑尺寸，既便于運輸、安裝、部件更換，又節省鉆頭結構成本。
3       BMC系列反井鉆機主要技術(shù)參數及適用范圍
BMC系列反井鉆機適用于煤炭、水電、交通、市政、金屬礦山等行業(yè)的地下特殊施工，其主要技術(shù)參數見(jiàn)表1，適用范圍見(jiàn)表2。
Table 1  BMC系列反井鉆機主要技術(shù)參數

項目	BMC 100	BMC 200	BMC 300	BMC 400	BMC600
導孔直徑     /mm	216	216	244	270	350
擴孔直徑     /mm	1000～1200	1200～1400	1400～1520	1400～3500	3500～5000
井深         /m	150～100	200～150	300～250	400～350	600～500
鉆桿直徑     /mm	176	182	203	228	327
推力         /kN	200	350	550	1650	3300
拉力         /kN	500	850	1250	2450	6000
額定扭矩     /kN.m	20	35	64	96	300
驅動(dòng)方式	液壓	液壓	液壓	電液	電液
適應傾角     /°	60	60	60	60	60
輸入功率     /kW	62.5	86	129.6	129.6	284.7
主機工作尺寸 (長(cháng)×寬×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系列反井鉆機適用范圍

應用領(lǐng)域	階段性臨時(shí)工程	臨時(shí)工程	永久工程
煤炭系統	各種溜矸孔（煤倉、暗井、主井、副井、風(fēng)井）	采區風(fēng)眼、溜煤眼、溜矸眼、瓦斯抽放孔 、安全救護鉆孔	通風(fēng)井、下料井
水電系統	各種導井（壓力管道、出線(xiàn)井、調壓井、電梯井）	施工期間通風(fēng)豎井（長(cháng)大隧洞、地下調壓室）、加固鉆孔	地下永久建筑（廠(chǎng)房、變壓室等）通風(fēng)豎井、觀(guān)測孔
其它系統	各種溜井（井筒、礦倉）	采區風(fēng)眼、溜礦眼、溜渣眼、材料人員井	通風(fēng)孔等
地下建筑	各種導井	施工期間通風(fēng)孔	通風(fēng)井、進(jìn)出口
適用條件	深度600m以?xún)?、直?m以?xún)?、巖石抗壓強度不大于310MPa、具有下水平巷道的豎井或與水平面夾角60～90°的斜井

4       新型硬巖滾刀
近年來(lái)，隨著(zhù)水電站建設的迅速發(fā)展，大部分水電站地下工程在硬巖中施工，如四川自一里水電站、吉林白山水電站、福建穆陽(yáng)溪水電站等多為花崗巖地層，巖石堅硬，單軸抗壓強度達到250MPa；山東泰安抽水蓄能電站花崗巖抗壓強度達到310MPa，石英、長(cháng)石等顆粒性強的礦物含量在70％以上。過(guò)去使用普通滾刀壽命只有5～10m，工效非常低，破巖刀具費用高達每米一萬(wàn)元以上，反井鉆機無(wú)法作為工程設備應用。
針對目前反井施工鉆進(jìn)硬巖出現的破巖效率低、滾刀壽命短、成本高等問(wèn)題，北京中煤礦山工程有限公司研制出適用于硬巖鉆進(jìn)的新型鎬形鑲齒滾刀，在泰安抽水蓄能電站工程應用，壽命達到125m以上，并經(jīng)多個(gè)水電站不同巖石條件應用，硬巖滾刀可以滿(mǎn)足不同工程需要，解決了硬巖地層中鉆進(jìn)反井難題。
5       BMC系列反井鉆機技術(shù)應用實(shí)例
自2005年以來(lái)，BMC系列反井鉆機陸續在煤炭、水電、交通等行業(yè)的地下反井工程中應用，累計完成井筒施工近6000m。
（1）遼寧省蒲石河抽水蓄能電站豎井，地層以花崗巖、花崗片麻巖和玄武巖為主，采用BMC 300型反井鉆機施工，導孔直徑244mm、擴孔直徑1.4m、鉆孔深度213.9m，純施工工期27d，純施工效率238m/月，其中導孔鉆進(jìn)14d，施工速度為0.64m/h；擴孔鉆進(jìn)13d，施工速度為0.69m/h，鉆孔綜合偏斜率0.44％，不僅滿(mǎn)足了工程要求，而且施工速度快、鉆孔精度高、成井質(zhì)量好。
（2）山西省晉煤集團寺河礦小東山通風(fēng)豎井，地層為硬度較小的沉積巖，利用BMC 400型反井鉆機施工，完成深度267m、直徑2.5m和深度269m、直徑3.5m兩個(gè)通風(fēng)井，平均導孔鉆進(jìn)速度為0.62m/h，平均擴孔鉆進(jìn)速度為0.48m/h，鉆孔綜合偏斜率0.26％，是國內已完成的一次性擴孔直徑最大的反井工程。
（3）秦嶺終南山特長(cháng)隧道是西安至安康高速公路穿越秦嶺主脊的控制性工程，主洞長(cháng)度18020m，雙洞總長(cháng)度36040m，在山嶺公路隧道中長(cháng)度排世界第二位，總規模長(cháng)度排世界第一。北京中煤礦山工程有限公司承擔的1號、3號豎井導井反井鉆井施工，導井地層以混合花崗巖、混合片麻巖為主，其中，1號豎井采用BMC 300型反井鉆機施工，鉆成直徑1.4m、深度170m導井，綜合成井速度4.36m/d，鉆孔偏斜率0.27％；3號豎井采用BMC 400型反井鉆機施工，鉆成直徑1.4m、深度380m導井，綜合成井速度4.87m/d，鉆孔偏斜率1.0％。
6       結語(yǔ)
（1）隨著(zhù)我國能源開(kāi)發(fā)需要，煤炭、水電、冶金等領(lǐng)域有大量地下工程，反井鉆機的應用范圍將日益擴展。
（2）BMC系列反井鉆機在施工能力、機械化和自動(dòng)化程度等方面使反井鉆機技術(shù)應用達到先進(jìn)的水平，為眾多行業(yè)地下井筒工程提供了安全、高效的施工條件。
（3）工程應用表明，鎬形鑲齒滾刀刀齒布置結構合理，破巖效率及使用壽命可滿(mǎn)足在中硬及硬巖中高速鉆進(jìn)的要求。
（4）今后應加強對深井反井鉆井工藝的研究和改進(jìn)，使BMC系列反井鉆機在地下工程建設中發(fā)揮更大的作用。