中煤第七十一工程处有限责任公司安徽宿州234000
摘要：近年来随着反井钻井技术和装备的发展，破岩滚刀的材料性能提高，反井钻机能够适合从软到坚硬的所有岩石，在岩石抗压强度达到300MPa的岩石中达到较好的钻进效果，同时钻井直径达到5m，钻井深度达到600m，从煤矿、金属矿山、非金属矿等，到水电、抽水蓄能电站、公路铁路隧道通风井工程，应用范围逐渐增加，并且改变了一些地下工程施工的传统思维，反井钻井技术促进了地下工程施工变革。基于此，本文主要对大中铁矿混合井延深工程反井施工技术进行分析探讨。
关键词：大中铁矿；混合井延深工程；反井施工技术
1、反井钻井工艺
反井钻机钻进和普通钻孔方式不同，其钻井工艺包括导孔钻进和扩孔钻进。首先，在反井上口，施工钻机基础、循环池、循环沟槽等，完成供电、供水(风)，形成运输通道，将反井钻机运输到位，在现场组装钻机和安装到基础上，调整钻机方位，采用地脚螺栓将钻机和基础固定，安装循环泵和管路，接通电源和水源，将钻杆、稳定钻杆和导孔钻头连接在钻机上，由上向下钻进导孔，钻进过程中逐渐加长钻杆，直到钻头和下水平巷道贯通，拆掉导孔钻头，连接上扩孔钻头，由下向上扩孔，直到和上水平贯通，扩孔过程逐渐拆除钻杆，导孔钻头破碎的岩渣，靠循环泵压入洗井液体循环排除，扩孔钻头破碎的岩渣靠自重落到下水平，由装岩设备装入运输车辆，运离反井下口，扩孔完成拆除反井钻机和辅助设备，提出扩孔钻头，反井钻进工作结束。
相对于普通钻进，反井钻机的钻进和出渣相互干扰少。反井钻机安装在反井的上口位置，拆导孔钻头、联结扩孔钻头、扩孔出渣、钻头维修、冷却水的排出在下口位置，钻进操作和出渣在2个水平，互不干扰;钻进效率高，由下向上扩孔，破碎岩渣靠自重直接落到下水平，岩渣只穿过扩孔钻头体向下掉落，下部钻孔内没有钻具，不影响排渣，钻进效率高;钻井直径大，原则上，只要钻机能力和钻杆承载力足够大，一次扩孔直径最大达到7m，具有工作人员工作环境好、安全、劳动强度较低的特点。
2、工程概况
内蒙古大中矿业有限责任公司书记沟铁矿位于包头市北偏西乌拉特前旗小佘太乡境内，距包头市约80km。目前采选规模为40万吨/年，本次井巷工程改造主要针对Ⅳ号异常区，改造后设计规模为原矿产量150万吨/年。改扩建井巷工程重点是混合井延深工程。混合井井口标高+1366m，现已施工至+1055m水平，井深131m，设计再延深225m，到+830m水平，最终井深536m。
为不影响矿井的正常生产，在十1039.4m水平设置措施巷道，上部留有保护岩柱，混合井从+1039.4m水平延深至十859m水平。然后掘砌从+859m水平至标高+845m的井底水窝，最后拆除保护岩柱施工，完成混合井全部工程。混合井穿过地层岩石主要为斜长角闪岩、混合岩化斜长角闪岩、黑云变粒岩、混合花岗岩等。斜长角闪岩较坚硬，角闪岩的硬度较小。
3、混合井施工方案
图1延深井刷大爆破炮眼布置图
混合井从+1039.4m水平至+859m水平深度为180.4m。由于+1039.4m的措施巷道断面小，不便布置普通凿井设备，因此采用反井法施工，反井法施工是指利用吊罐法、爬罐法或反井钻机由下向上先施工一个小断面反井，然后，利用反井作为溜渣孔，由上向下采用爆破法扩大到设计断面，扩大过程进行必要的临时支护，再砌筑所要求的混凝土井壁结构。根据井筒掘进直径6.2m、岩石硬度系数f=8~14，确定采用反井钻机钻进直径1.4m反井，然后在刷大到设计断面。刷大施工采用光面爆破，正常情况下炮眼深度为1.5m，炮眼利用率0.85，共布置炮眼4圈(炮眼布置见图1)，炮眼7个，炮眼总长度138.6m，总装药量37.5Kg。扩孔眼:扩孔眼圈径Φ2000mm，眼10个，深度1·5m;周边眼:按光爆要求布置，圈径6.0m，眼距50mm，眼深1.5m，小计布置炮眼38个，周边眼眼底落在掘进轮廓线上。辅助眼:均匀布置于掏槽眼和周边眼之间。
4、反井钻机选择
反井钻机是连续钻进反井的机械化设备，其施工工艺是将反井钻机安装在上部巷道浇筑好的混凝土基础上，由上向下钻进小直径导向孔，导孔和下部隧洞贯通后，拆掉导孔钻头，连接扩孔钻头，由下向上扩孔,。导孔钻进时破碎下来的岩屑由循环液带出地面，扩孔时破碎下来的岩屑靠自重落到下水平，由装载机或其它装载设备运出。
4.1反井钻机的选择
根据延深井深度180.4m，扩孔直径1.4m，初步选择反井钻机为LM-200型，技术参数见表1，然后对钻机的主要技术参数进行验算:
提升力=动力头重量+扩孔钻头重量+钻杆重量+钻压
扭矩=破岩阻力矩+摩擦阻力
LM一200型反井钻机工作时提升力不超过钻机设计最大提升力的60%，扭矩不超过设计最大扭矩的70%，外形尺寸及重量满足井下运输要求要求。
4.2破岩钻头的选择
破岩钻头包括导孔钻头和扩孔钻头。对于导孔钻头一般按生产厂家推荐的适用范围选择，但由于反井钻机施工，最好中间不进行导孔钻头的更换，所以选导孔钻头XHPS硬岩的钻头。对于扩孔钻头，选择滚刀时，主要根据岩石的硬度、磨蚀性来确定滚刀的齿形和布置。反井钻机一般采用镶齿结构。
表1LM一200型反井钻机主要技术参数
4.3钻机辅助设备的确定
反井钻机的主要辅助设备是循环泵，泵作为导孔钻进时进行洗井液循环。根据不同的地质条件，洗井液可采用泥浆或清水，泥浆作洗井液时除了有将岩屑带到孔外的作用，还对地层有一定的支护作用。本次施工选用TBW850/50型泥浆泵，为柱塞式泥浆泵，泵的排量和泵压满足施工要求。
5、反井钻井施工
反井钻机施工包括导孔钻进和扩孔钻进，由于大中铁矿岩石坚硬，施工主要解决导孔钻进钻孔偏斜问题。本次反井钻井施工，第一次导孔钻进由于偏斜过大而失败，第一次导孔钻进从10月2日开始，11月7日钻至182.7m，经陀螺仪测井后确定反井导孔向方位角120方向发生偏斜，总偏距为6.5m。反井导孔在距开孔水平130米深处开始偏出荒径。经过11月24日导孔第二次测斜后，可确定反井导孔的偏斜属于地层大角度倾斜，产生造斜作用，使导孔向某特定方向偏斜，采取以下措施进行进行了第二次反井导孔施工，以防止反井钻机溜研孔偏斜过大。
5.1钻机安装
钻机向开孔位置方位角182°方向移动1m。钻井开孔角度由铅直方向开孔，改为斜度1°，方位角155°方向。由地层倾斜产生造斜因素预计，钻头最终中靶偏距3m内，整个孔不超出开挖荒径，满足使用需求。
5.2钻具的选择
更换Φ216mm导孔钻头。更换导孔钻头异型接头。增加稳定钻杆数量。
5.3工艺参数
采用减压钻进并合理选择转速，控制转速比，以防止钻头偏斜速度过快。合理布置稳定钻杆，减小大大倾角岩层产生的倾斜作用。使用下扶正器确保开孔精度。
5.4测斜保阵
采用GJT-60AA型陀螺测斜定向系统，在钻进到30m、60m、96、132m处测斜，及时发现钻进异常，调整稳定钻杆布置和钻压钻速。
5.5扩孔钻进
导孔钻头和下部巷道贯通后，采用大地测量方法测量出最终偏斜情况，测量结果钻孔精度满足下步施工要求。连接扩孔钻头，由下向上扩孔钻进。由于选择合理的破岩滚刀，钻进效率高，在坚硬的岩石条件下顺利地完成延深井反井钻进施工。
6、结语
大中铁矿混合井采用反井钻机先钻进导井，然后再爆破刷大的施工方法进行延深，虽然地址条件复杂、岩石坚硬、反井深度大，第一次钻进导孔出现偏斜过大的问题，第二次导孔钻进时采用设备预调位置、合理确定钻孔方位、及时测斜、控制钻进参数纠偏等措施，高精度完成导孔钻进。通过采用硬岩滚刀，高效完成扩孔钻进，取得宝贵经验，可在类似工程推广应用。
参考文献
［1］刘志强．快速建井技术装备现状及发展方向［J］．建井技术，2014(S1):4－11．
［2］刘志强．机械井筒钻进技术发展及展望［J］．煤炭学报，2013，38(7):1116－1122．