鏡鐵山礦坑道鉆機多功能應(yīng)用研究

張 蒙

（甘肅鏡鐵山礦業(yè)有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

1 背景

目前國內(nèi)礦山在坑道鉆機的應(yīng)用方向上的探索文獻較少，可借鑒的經(jīng)驗不多，特別是在巖石硬度較高（f 值在12以上）的礦山上。目前，坑道鉆機的相關(guān)技術(shù)已相當成熟，在現(xiàn)有坑道鉆機的基礎(chǔ)上進行定制改造，完全有實現(xiàn)的可能性，來填補高硬度巖石礦山的應(yīng)用需求市場。鏡鐵山礦巖石硬度f值平均在12-16之間，屬于硬度堅固-很堅固的巖石。目前，鏡鐵山礦正在探索利用坑道鉆機施工的方便性、靈活性、低成本、來實現(xiàn)代替部分井巷工程以及管道的應(yīng)用。

2 應(yīng)用方向的探索

目前，鏡鐵山礦主要在生成探礦“以鉆代坑”、代替充填天井或者充填管道、代替部分排水天井以及排水工程優(yōu)化井下排水系統(tǒng)、優(yōu)化井下風水電管線的架設(shè)等方向進行應(yīng)用試驗。

2.1 生產(chǎn)探礦“以鉆代坑”的應(yīng)用

（1）應(yīng)用必要性。局部生產(chǎn)勘探?jīng)]有必要經(jīng)專業(yè)地勘隊伍施工，礦山可自行開展，但是由于鏡鐵山礦沒有地質(zhì)鉆孔施工設(shè)備，目前主要采用坑探模式。部分需要探礦的區(qū)域，可“以鉆代坑”，減低探礦比指標，降低生產(chǎn)探礦費用，同時又消除了掘進工序帶來的安全風險。

（2）應(yīng)用對坑道鉆機技術(shù)參數(shù)的要求。該方向應(yīng)用，為了施工方便、可以靈活選取施工地點的要求，坑道鉆機應(yīng)滿足以下要求。

表1 生產(chǎn)探礦“以鉆代坑”的應(yīng)用坑道鉆機技術(shù)參數(shù)的要求

鉆頭 滿足取芯要求鉆孔深度 200m～300m（滿足生產(chǎn)勘探要求即可）

2.2 替代充填天井或者充填管道的應(yīng)用

（1）應(yīng)用必要性。鏡鐵山礦銅礦充填需要在采場空場頂柱施工充填天井，天井施工不僅費用高，而且?guī)戆踩L險較大。充填天井主要用途是下充填管道，其實只需要一個能下充填管道的鉆孔即可滿足功能需求，不僅可以節(jié)省大量工程費用，而且安全便捷。同時，鏡鐵山銅礦充填天井為垂直豎井，造成充填管道部分工程在空場正上方施工，曾發(fā)生過礦房頂柱塌落的情況，存在較大安全風險，如果使用可調(diào)節(jié)傾角的坑道鉆機，即可將該部分工程施工位置調(diào)整到礦柱上或者其他合適位置，極大保證了施工安全。

（2）應(yīng)用方式。利用坑道鉆機施工鉆孔代替充填天井。利用坑道鉆機傾角調(diào)節(jié)功能，施工人員與設(shè)備可在安全系數(shù)較高的礦柱上作業(yè)，避開采空區(qū)。而且充填作業(yè)位置可靈活選取，給充填管道的鋪設(shè)路徑提供了多種選擇，可選擇離充填站更近的地方，從而節(jié)省充填管道架設(shè)成本。

（3）應(yīng)用對坑道鉆機技術(shù)參數(shù)的要求。鏡鐵山礦置入充填天井的充填管道直徑為100mm。為滿足上述應(yīng)用需求，對鉆機技術(shù)參數(shù)要求如下。

表2 替代充填天井或者充填管道的應(yīng)用坑道鉆機技術(shù)參數(shù)的要求

2.3 代替部分排水天井以及排水工程優(yōu)化井下排水系統(tǒng)的應(yīng)用

（1）應(yīng)用必要性。鏡鐵山礦銅礦投產(chǎn)以來，由于排水系統(tǒng)尚未與鐵礦成熟的排水系統(tǒng)有效銜接，目前由于受充填水影響，各分層巷道積水嚴重，當前的排水系統(tǒng)并不能有效解決現(xiàn)狀，嚴重影響現(xiàn)場施工，而且積水對圍巖影響較大，給巷道頂板帶來極大的安全風險。如果采用坑道鉆機施工鉆孔代替部分排水工程，將銅礦排水系統(tǒng)與鐵礦成熟的排水系統(tǒng)相連接，將有效解決鏡鐵山銅礦排水問題，因其誘發(fā)的安全問題也能迎刃而解。

（2）應(yīng)用方式。利用地質(zhì)鉆孔將各分層采場的積水引至采場出礦底部結(jié)構(gòu)水平，與鐵礦排水系統(tǒng)向銜接，就可以有效解決采場內(nèi)的排水問題。在實際應(yīng)用中，應(yīng)關(guān)注孔口防護，防止發(fā)生意外堵孔。

（3）應(yīng)用對坑道鉆機技術(shù)參數(shù)的要求。通過實驗證明，小孔徑鉆孔排水容易發(fā)生堵孔事件，所以建議孔徑尺寸盡量放大，同時必須傾角調(diào)節(jié)靈活，以滿足施工位置和方案的靈活選取，同時鏡鐵山鐵銅礦床均采用60m 的中段開拓模式，綜上應(yīng)用需求與參數(shù)對鉆機技術(shù)參數(shù)要求如下：

表3 代替部分排水天井以及排水工程優(yōu)化井下排水系統(tǒng)的應(yīng)用坑道鉆機技術(shù)參數(shù)的要求

2.4 優(yōu)化井下風水電管線的架設(shè)的應(yīng)用

（1）應(yīng)用必要性。鏡鐵山礦樺樹溝井下風水電管線都是沿著巷道壁規(guī)范架設(shè)，這其實給風水管線帶來四個問題：一是巷道偏幫時，風水電管線有被砸壞的風險；二是巷道過往車輛，對風水管線的破壞也時常發(fā)生；三是井下巷道為通行方便，通常彎道較多，造成風水電管線長度的浪費；四是巷道上的風水管線本身就是危險源。通過利用坑道鉆機施工鉆孔，讓部分風水電管線通過鉆孔送至目標區(qū)域，減少風水管線的架設(shè)長度的同時，又可以有限保護該部分風水電管線，減少巷道風水電管線帶來的安全風險。

（2）應(yīng)用方式。主要有兩個應(yīng)用方式，一是水平方向的應(yīng)用：同一水平分段，拐角孔內(nèi)走管線；二是垂直方向的應(yīng)用，上下水平通過鉆孔將風水電管線送至目標區(qū)域。

（3）應(yīng)用對坑道鉆機技術(shù)參數(shù)的要求。鏡鐵山礦目前主要計劃在電纜方向應(yīng)用，鏡鐵山礦最粗的電纜直徑不超過100mm；風水管的應(yīng)用暫未開展，主要考慮檢修難度較大。在未來如果考慮風水管的局部應(yīng)用，鉆孔直徑當然越粗越好，因為主風管直徑一般均在150mm 以上。對鉆機技術(shù)參數(shù)要求如下：

表4 優(yōu)化井下風水電管線的架設(shè)的應(yīng)用坑道鉆機技術(shù)參數(shù)的要求

3 應(yīng)用對坑道鉆機技術(shù)參數(shù)的綜合要求

綜合上述四個方向的應(yīng)用要求，考慮巖石硬度較高，對轉(zhuǎn)速、扭矩和動力要求較高，但是鉆孔直徑較大時對轉(zhuǎn)速、扭矩和動力系統(tǒng)又存在一定的局限性。同時考慮設(shè)備成本最優(yōu)化，鏡鐵山礦對坑道鉆機的技術(shù)參數(shù)綜合要求如下：

表5 鏡鐵山礦應(yīng)用研究的坑道鉆機綜合技術(shù)參數(shù)的要求

在鉆孔直徑要求可變的基礎(chǔ)上，鉆孔直徑與深度的搭配方案有三種如下：

表6 鏡鐵山礦應(yīng)用研究鉆孔直徑與深度的搭配方案

4 坑道鉆機技術(shù)參數(shù)的可行性分析

目前國內(nèi)坑道鉆機在傾角調(diào)節(jié)以及方位角方面都能實現(xiàn)180°以及全方位的角度覆蓋，技術(shù)成熟。該項應(yīng)用的探索對鉆機技術(shù)參數(shù)要求的難點就在于：鏡鐵山礦巖石硬度較高，要求鉆機較高轉(zhuǎn)速、較小的扭矩才能順利鉆進，但是在直徑要求較大時，轉(zhuǎn)速要求不能太高，同時扭矩要求相對較大，如何準確調(diào)節(jié)三者的關(guān)系，并配備相應(yīng)的鉆頭是鏡鐵山礦應(yīng)用探索時的難題。但國內(nèi)目前不少型號坑道鉆機的轉(zhuǎn)速與扭矩已實現(xiàn)可調(diào)節(jié)化，為坑道鉆機發(fā)揮更廣泛的多功能應(yīng)用提供了較好的設(shè)備技術(shù)支持。

5 結(jié)論

目前，國內(nèi)坑道鉆機在相關(guān)技術(shù)上較成熟，在現(xiàn)有成熟機型上通過定制一些鉆頭、擴孔器等改造措施，能夠?qū)崿F(xiàn)在巖石硬度較高（f 值在12～16）的礦山上，將很多不用于設(shè)備和人員通行的井巷工程或者一些特殊管道用相應(yīng)口徑的鉆孔代替。本文提出的利用坑道鉆機將很多不用于設(shè)備和人員通行的井巷工程或者一些特殊管道用相應(yīng)口徑的鉆孔代替，只是拋磚引玉，有一定的借鑒、啟發(fā)、推廣意義。隨著坑道鉆機技術(shù)的進一步發(fā)展，坑道鉆機將有更多的功能應(yīng)用。