曹雷強(qiáng)，吳紅兵

（五礦礦業(yè)（邯鄲）礦山工程有限公司，河北 邯鄲 056000）

1 氣動(dòng)潛孔錘工藝可行性研究

與回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的研磨和切削原理不同，空氣潛孔錘鉆進(jìn)原理是通過潛孔錘將壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換成對(duì)巖石進(jìn)行破碎的沖擊能量。當(dāng)沖擊功達(dá)到破碎巖石所需要的能量時(shí)，產(chǎn)生體積破碎；并利用工作后的氣體將巖屑排出孔外，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)。理想鉆進(jìn)效果的基本參數(shù)包括鉆壓、風(fēng)壓、風(fēng)量和轉(zhuǎn)速等。

（1）鉆壓?？諝鉂摽族N碎巖的三種力為：沖擊力、回轉(zhuǎn)力和靜壓力（鉆壓）。在全面鉆進(jìn)過程中，潛孔錘的單位面積的壓力值一般在30N/cm2～80N/cm2；在軟至中硬巖層中推薦值為78N/cm2～199N/cm2；另外壓力值選擇還應(yīng)將鉆機(jī)性能、鉆具匹配情況，鉆進(jìn)方式及所選用的沖擊器的規(guī)格型號(hào)進(jìn)行綜合考慮。這樣，可以最大限度地減少鉆具的磨損，達(dá)到最佳的鉆進(jìn)效果。通過多次對(duì)比實(shí)驗(yàn)，在李樓鏡鐵礦中鉆機(jī)鉆壓需達(dá)到220N/cm2，其鉆進(jìn)效率達(dá)到最高。

（2）轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速是為了改變錘頭合金的沖擊破巖位置，避免破碎重復(fù)。影響轉(zhuǎn)速高低的主要因素有：規(guī)格大小、沖擊器的額定沖擊頻率以及巖層的物理機(jī)械特性，過高的轉(zhuǎn)速可能會(huì)造成鉆頭的嚴(yán)重磨損及鉆進(jìn)效率的降低。所以，需將合理的轉(zhuǎn)速保證在最優(yōu)沖擊間隔范圍內(nèi)。確定最優(yōu)的沖擊間隔，一般采用二次沖擊間隔的轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)速、最優(yōu)轉(zhuǎn)角和沖擊頻率三者的關(guān)系表示如下式：A=n 260/f（度）

式中：A——最優(yōu)轉(zhuǎn)角（度）；n——鉆具轉(zhuǎn)速（r/min）；f——沖擊頻率（次/min）。

本次使用的是ND55A型沖擊器，頻率為25HZ，也就是1500次/min，通過公式計(jì)算出轉(zhuǎn)速為63r/min，而在長(zhǎng)期的施工過程中，通過在安徽開發(fā)礦業(yè)所屬地層施工切井爆破孔的應(yīng)用中，最終確定鉆速選擇在30轉(zhuǎn)/分～50轉(zhuǎn)/分是比較合理的，對(duì)于硬巖層選用低轉(zhuǎn)速，對(duì)于軟巖層選用較高轉(zhuǎn)速。

（3）風(fēng)速和風(fēng)量。空氣鉆進(jìn)中耗氣量可以通過清除孔內(nèi)巖屑的最低上返速度及氣動(dòng)潛孔沖擊器的性能參數(shù)來確定。氣動(dòng)潛孔沖擊器的性能參數(shù)極其重要，是因?yàn)樵谶M(jìn)行大口徑潛孔錘鉆進(jìn)時(shí)，所用鉆桿外徑鉆孔直徑和鉆孔直徑有很大差別時(shí)，容易出現(xiàn)潛孔錘風(fēng)量不足以及排渣效果不理想的問題。為保證一定的環(huán)空上返風(fēng)速能清除和攜帶孔底巖屑，應(yīng)選擇合適的供風(fēng)量。一般，全面鉆進(jìn)時(shí)，上返速度V=20m/s～25m/s；取芯鉆進(jìn)時(shí)，上返速度V=10m/s～15m/s。計(jì)算合理的供風(fēng)量，計(jì)算公式如下：Q=47.1K1K2(D2-d2)V

式中：Q——鉆進(jìn)時(shí)所需空氣量m3/min；K1——孔深損耗系數(shù)，孔深100m～200m以內(nèi)取1.0～1.1；K2——孔內(nèi)涌水系數(shù)取K2=1.5；D——鉆孔直徑（m）；d——鉆桿外徑（m）；V——環(huán)狀間隙氣流上返速度。

切割井施工確定潛孔鉆進(jìn)鉆桿外徑為φ89mm，施工孔徑為φ140mm，深度25m的切割井鉆孔，潛孔錘壓力降為20Kg，運(yùn)用上述公式可得出所需風(fēng)量最小為17m3/min，供風(fēng)壓力最小為17Kg/cm2的空壓機(jī)。

2 設(shè)備選型

根據(jù)上述確定的氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)工藝參數(shù)，通過多方考察確定湖南有色最新開發(fā)的新型礦用鉆機(jī)CS150D型潛孔鉆機(jī)系，該機(jī)結(jié)合我國(guó)地下礦山采礦的工藝特點(diǎn)，采用液壓集成技術(shù)，使鉆機(jī)功能模塊清晰、性能先進(jìn)可靠，采用全液壓驅(qū)動(dòng)的液壓系統(tǒng)，根據(jù)巖石情況和鉆進(jìn)深度無級(jí)調(diào)整，調(diào)節(jié)和控制方便，大幅度提高了回轉(zhuǎn)和推進(jìn)等主要工作機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)能力、平穩(wěn)度和抗過載能力，綜合利用了國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)。

3 鉆進(jìn)施工

鉆孔施工順序，按設(shè)計(jì)要求順序施工；核對(duì)鉆孔位置，滿足要求后，才允許開鉆。

（1）開孔。必須先開水閥，后開氣閥；啟動(dòng)回轉(zhuǎn)頭，控制回轉(zhuǎn)頭慢速低壓或浮動(dòng)推進(jìn)，當(dāng)鉆頭鉆孔至一定深度時(shí)（500mm～800mm），操作“推進(jìn)”手柄反提回轉(zhuǎn)頭，再多次操作推進(jìn)-反提，進(jìn)行排渣，渣排干凈后，再次校正鉆進(jìn)傾角后，繼續(xù)鉆進(jìn)，至一定深度再排渣。如此操作，直到鉆頭深入孔內(nèi)1.5m至2m，開孔步驟完成。

（2）鉆進(jìn)。開孔完成后，進(jìn)入鉆進(jìn)步驟，鉆進(jìn)與開孔操作相同鉆進(jìn)作業(yè)前，應(yīng)先操作“上卡+”按鈕適當(dāng)夾緊鉆桿，使上爪處于扶桿狀態(tài)，以穩(wěn)定鉆桿，防止孔偏，達(dá)到導(dǎo)正目的。鉆進(jìn)時(shí)，密切注意設(shè)備工作情況，并根據(jù)需要及時(shí)調(diào)整推進(jìn)壓力以避免夾鉆等故障。待鉆桿全部鉆入即進(jìn)入接桿步驟，同時(shí)做好鉆探進(jìn)尺記錄。

（3）接桿。當(dāng)一根鉆桿全部鉆入孔內(nèi)，需接另一根鉆桿，以繼續(xù)穿鑿作業(yè)，直至鉆孔到預(yù)定深度。卸開鉆桿螺紋前必須將卸桿器及周邊清理干凈，避免雜物進(jìn)入氣路，損壞沖擊器；整個(gè)接卸桿過程中，密切注意各個(gè)動(dòng)作情況，避免雜物進(jìn)入氣路以及因操作不到位等原因引發(fā)的安全事故；上鉆桿前，各鉆桿連接螺紋處必需抹黃油。

（4）移孔。將導(dǎo)軌提起，準(zhǔn)備移孔，檢查供氣、供水管路以及鉆進(jìn)控制箱連接線在設(shè)備移位時(shí)是否會(huì)拉斷或被擠壓，在移位時(shí)停止給鉆機(jī)供氣、供水；鉆孔過程中若周圍未開始鉆的孔，被巖粉覆蓋而不能確定孔位時(shí)，應(yīng)重新標(biāo)定鉆孔孔口坐標(biāo)后再施工。鉆孔過程中要進(jìn)行孔位偏斜的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，要嚴(yán)格按照施工要求進(jìn)行施工，確保孔位偏斜率滿足要求。

4 試驗(yàn)效率分析

在實(shí)際施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，進(jìn)行孔位布置修改及孔徑變更，實(shí)驗(yàn)共計(jì)65個(gè)，具體明細(xì)見下表。

表1 鉆孔實(shí)驗(yàn)參數(shù)一覽表

使用CS150D鉆機(jī)施工比升降機(jī)施工每天節(jié)省人工成本6人，6天可節(jié)省36人的工資支出；1條25m深的切井需放15炮，CS150施工只需放4炮，合計(jì)裝藥量CS150D比升降機(jī)節(jié)約不少；施工效率CS150比升降機(jī)提前5天完成，又節(jié)約了20人的工資支出；按照井下作業(yè)每人單班工資200元計(jì)算，一條切割井可節(jié)約人工成本近12000元，施工效率提高33%。

5 結(jié)論

通過研究使用CS150潛孔鉆機(jī)，采用氣動(dòng)潛孔錘工藝在安徽開發(fā)礦業(yè)使用切割井鉆孔爆破成井工藝，具有效率高、成本低、安全可靠等多種優(yōu)點(diǎn)，具有很大的應(yīng)用推廣價(jià)值。①理想的鉆進(jìn)效果的基本參數(shù)包括鉆壓、風(fēng)壓、風(fēng)量和轉(zhuǎn)速等。通過多次對(duì)比實(shí)驗(yàn)，在李樓鏡鐵礦中鉆機(jī)鉆壓需達(dá)到220N/cm2，鉆速選擇在30轉(zhuǎn)/分～50轉(zhuǎn)/分，空氣壓力1.6mpa，風(fēng)量最小為17m3/min，供風(fēng)壓力最小為17Kg/cm2，其鉆進(jìn)效率達(dá)到最高。②通過實(shí)驗(yàn)，對(duì)施工過程過程中的開鉆前準(zhǔn)備、開孔、接桿、卸桿、停機(jī)、移動(dòng)等施工步驟確定了相關(guān)保證措施，為切割井鉆孔施工提供了施工技術(shù)保障。③利用CS150潛孔鉆機(jī)施工切割井與傳統(tǒng)方法進(jìn)行了對(duì)比，CS150潛孔鉆機(jī)施工切割井成本低、效率能夠提高33%。