摘要  本文介紹了反井鉆機(jī)及反向鑿井施工技術(shù)，并根據(jù)反井鉆機(jī)施工工藝特點(diǎn)，對其進(jìn)行了分類；總結(jié)了各類鉆機(jī)適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)；例舉了利用反井鉆機(jī)輔助施工某些下水平有巷道的井筒實(shí)例，從破巖、裝運(yùn)，支護(hù)等方面與普通鑿井法作了比較。認(rèn)為這種工藝先進(jìn)、效率高、安全可靠，有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，有廣泛的應(yīng)用前景。最后，分析了部分工程實(shí)例。
關(guān)鍵詞：  反井鉆機(jī)；反向鑿井； 井筒
反井是礦井建設(shè)中的重要工程項(xiàng)目，主要包括井下煤倉、暗井和通風(fēng)孔等。過去常用的反井施工方法有木垛法、吊卸法和爬卸法。這些方法存在著工效低、工人要在裸露的頂板下作業(yè)，受落石、沼氣、炮煙和粉塵的危害，傷亡事故時(shí)有發(fā)生，安全沒保障。50年代末，國外采用反井鉆機(jī)將工人從繁重的體力勞動(dòng)下解脫出來，反井工程實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，提高了施工速度，徹底改善了反井施工的安全狀況。70年代，我國開始反井鉆機(jī)的研制，目前已有幾種定型產(chǎn)品，施工工藝也逐漸的完善與成熟，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，除施工煤倉、暗井等淺孔外，還進(jìn)行了反井鉆機(jī)施工井筒的嘗試，取得了較好的效果。
1  反井鉆機(jī)
在地下巷道之間的豎直或傾斜聯(lián)絡(luò)通道、煤倉、暗井等工程，由于無法像地面施工井筒那樣，布置穩(wěn)車、絞車等大量設(shè)備，一般要采用反井法。施工反井是先由下向上掘出小斷面溜渣孔，然后再由上向下刷大成井。反井和刷井過程中破碎下來的巖石和地層涌水，通過溜渣孔落到下水平。傳統(tǒng)的反井施工方法，需要人員進(jìn)入工作面工作，而采用反井鉆機(jī)鑿井，則實(shí)現(xiàn)反井施工機(jī)械化。
根據(jù)鉆機(jī)安裝位置、導(dǎo)孔和擴(kuò)孔鉆進(jìn)方向，目前我國反井鉆機(jī)分為三類（表1）：
表1     三種類型反井鉆機(jī)比較

鉆機(jī)         類別 項(xiàng)目	第I類	第II類	第III類
鉆機(jī)安裝位置	上水平	下水平	下水平
導(dǎo)孔方向	由上向下	由下向上	無導(dǎo)孔
拆導(dǎo)孔鉆頭接擴(kuò)孔鉆頭位置	下水平	上水平	——
擴(kuò)孔方向	由下向上	由上向下	由下向上
擴(kuò)孔出渣	下水平	下水平	下水平
適用條件	上下水平都有巷道	上下水平都有巷道	下水平有巷道
優(yōu)點(diǎn)	鉆機(jī)和出渣在兩水平互不干擾，工作條件好；受地質(zhì)條件影響??；鉆孔垂直度容易控制。	鉆機(jī)功率小，相對體積和重量小。	可以在上水平?jīng)]巷道時(shí)采用
缺點(diǎn)	導(dǎo)孔鉆進(jìn)難度大，需要的輔助設(shè)備較多。	出渣和鉆進(jìn)相互影響；一次擴(kuò)孔直徑較小，需要分級(jí)擴(kuò)孔；鉆孔垂直度難以保證。	鉆機(jī)功率大；鉆具較復(fù)雜；出渣和鉆進(jìn)相互影響。

第一類，反井鉆機(jī)安裝在上水平，由上水平向下鉆進(jìn)導(dǎo)孔，在下水平拆導(dǎo)孔鉆頭，接擴(kuò)孔鉆頭，由下向上擴(kuò)孔。
第二類，鉆機(jī)安裝在下水平，由下水平向上鉆進(jìn)導(dǎo)孔，在上水平拆導(dǎo)孔鉆頭，接擴(kuò)孔鉆頭，由上向下擴(kuò)孔。
第三類，鉆機(jī)安裝在下水平，由下水平全斷面向上水平鉆進(jìn)，一次成孔。
例如，北京建井研究所研制的LM系列、南京煤研所研制的AF系列、長砂礦山研究院研制的ATY系列、從美國引進(jìn)的83RM-HE型和從芬蘭引進(jìn)的Rhino1000型為第一類；從西德引進(jìn)的PLEH1200型為第二類；重慶煤研所仿制蘇聯(lián)飛箭-77的ZOQ100/100型為第三類。
2．利用反井鉆機(jī)施工井筒
對于改擴(kuò)建和某些下水平有生產(chǎn)系統(tǒng)的井筒，可以利用反井鉆機(jī)施工。該工藝主要包括用反井鉆機(jī)鉆溜矸孔和用爆破法刷大。這種方法充分利用反井鉆機(jī)施工小直徑鉆孔速度快、質(zhì)量好和鉆眼爆破法破巖效率高等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)井筒快速施工。這種施工工藝和普通法施工工藝比較有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）破巖效率高
反井鉆機(jī)施工溜矸孔時(shí)破碎下來的巖石靠本身自重落到下水平，避免了普通鉆井方法重復(fù)破碎，因此破巖效率高。擴(kuò)孔刷大時(shí)，由于有溜矸孔的自由面存在，使爆破效率提高（鉆爆法炮眼利用率一般在85%）。采用這種方法施工，精心布置炮眼，可將爆破效率提高5%~10%，并且有利于實(shí)現(xiàn)深孔光面爆破。
（2）提高裝巖速度
裝巖是普通法施工循環(huán)中最繁重的工作，消耗工時(shí)多、效率低，通常占整個(gè)循環(huán)的50%以上。 我國雖然已擁有斗谷0.4m³、0.565m³，0.6m³的多種型號(hào)的抓巖機(jī)，但裝巖速度仍很低，直接影響了掘進(jìn)速度，因此，加快鑿井速度的關(guān)鍵在于提高裝巖速度。采用反井鉆機(jī)鉆出溜矸孔后，爆破下來的矸石直接落到下水平巷道，用耙斗裝巖機(jī)將矸石裝入礦車，由井下生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)往地面，與普通施工法的抓巖機(jī)將矸石抓入吊桶提升到地面，經(jīng)翻矸臺(tái)、溜矸槽裝入礦車或汽車的裝運(yùn)方式相比效率提高很多。正是由于利用反井鉆機(jī)施工井筒，很好地解決了矸石的裝運(yùn)問題，所以可以提高鑿井速度，同時(shí)由于吊桶只作人員和材料運(yùn)輸，吊桶容積和絞車的型號(hào)都可減小，也省掉了翻矸臺(tái)和溜矸槽等設(shè)施。
（3）井壁質(zhì)量高
    采用反井鉆機(jī)鉆出溜矸孔，為光面爆破創(chuàng)造了良好的條件，減小對圍巖的破壞作用；可采用錨噴作臨時(shí)支護(hù)和液壓滑模作永久支護(hù)，減少井壁接茬，提高井壁質(zhì)量。
（4）節(jié)省通風(fēng)和排水設(shè)備
普通法施工井筒，需安設(shè)臨時(shí)通風(fēng)設(shè)備和提吊系統(tǒng)，而反井鉆機(jī)鉆出溜矸孔后，可以利用井下原有的通風(fēng)系統(tǒng)，解決掘進(jìn)過程中的通風(fēng)問題。同時(shí)井筒的涌水可以從溜矸孔流到井下，由井下泵站排到地面，節(jié)省吊泵等臨時(shí)排水設(shè)備，降低成本，提高掘進(jìn)速度。
然而每個(gè)井筒的條件都不盡相同，應(yīng)作具體分析，采取不同的施工方案，以上介紹的不同類型反井鉆機(jī)，為不同條件下井筒施工提供了設(shè)備保障（表2）。由于反井法施工井筒需要有下水平巷道，因此，在井巷設(shè)計(jì)和施工排隊(duì)時(shí)就要作統(tǒng)籌考慮，以便能利用這種工藝，快速、經(jīng)濟(jì)地完成井筒施工。例如，在表土淺或沒有表土的井田，選擇開拓布置方案時(shí)，盡量避免建井初期開鑿大直徑風(fēng)井，以采區(qū)風(fēng)井為主的通用方式。根據(jù)采區(qū)的生產(chǎn)能力和服務(wù)年限，當(dāng)一個(gè)或相鄰的幾個(gè)采區(qū)共用一個(gè)風(fēng)井，需風(fēng)量不足時(shí)，可直接利用反井鉆機(jī)鉆孔通風(fēng)；當(dāng)服務(wù)年限長，需風(fēng)量大，將鉆孔再刷大到所需直徑，這樣即可減少建井初期投資，又可簡化通風(fēng)系統(tǒng)。又如，新建礦井一般有兩個(gè)或三個(gè)井筒相距較近，主、副井相距幾十米，這樣可先用普通法施工完一個(gè)井，形成出渣系統(tǒng)；然后，再利用反井鉆井施工另一口井。采取混合方式開拓的井田，如斜井一立井或平峒—立井開拓，可以先施工斜井或平峒，再用反井鉆井法施工立井。
3．工程實(shí)例
隨著我國煤炭工業(yè)的發(fā)展，每年都有新建井筒和改擴(kuò)建井筒工程，其中部分井筒我們嘗試采用反井鉆井法施工，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
（1）焦家寨煤礦副立井
焦家寨礦副立井是該礦擴(kuò)建的關(guān)鍵工程。該井深309m，凈直徑6.5m，上部主要以卵石為主的沖積層，含水豐富；下部為二迭系上石盒子組，下石盆子組、山西組、石炭類系太原群，巖石以砂巖、砂頁巖、頁巖和煤為主。根據(jù)井筒地質(zhì)條件確定了“沖積層段采用降水疏干加局部注漿，基巖段采用反井鉆機(jī)鉆鑿溜矸孔，然后，爆破刷大成井的施工方案。1991年2月完成沖積層段施工，下部基巖段的反井施工采用前面介紹的第二種方案，采用LM-120型反井鉆機(jī)。1991年7月12日下放鉆機(jī)，到8月16日完成236m的基巖段鉆進(jìn)。
（2） 蔣莊煤礦南風(fēng)井
棗莊礦業(yè)集團(tuán)蔣莊煤礦進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)改擴(kuò)建新建一回風(fēng)井，井深272m，凈徑4.5m，上部125m表土段采用凍結(jié)法施上。為加快基巖段施工速度，充分利用礦原有生產(chǎn)系統(tǒng)，采用LM-120型反井鉆機(jī)鉆進(jìn)溜矸孔，然后再刷大的施工方案。2002年4月14日反井鉆機(jī)下井，到4月28日，鉆成直徑1.2m，深度147m，鉆孔偏差300mm的溜矸孔，然后爆破刷大，用時(shí)1.5個(gè)月，快速完成基巖段鑿井工作，為該礦增產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。
（3）       許疃煤礦副井
許疃煤礦副井井筒，上部表土段深度300m，采用鉆井法鑿井，成井直徑6.5m。由于該礦主井、風(fēng)井已形成生產(chǎn)系統(tǒng)，確定基巖段采用反井鉆機(jī)施工溜矸孔，然后再刷大的施工方案。溜矸孔直徑1.2m，鉆孔深度139m，鉆孔時(shí)間9d，現(xiàn)正進(jìn)行擴(kuò)挖和支護(hù)工作。
4．結(jié)語
    利用反井鉆井法施工井筒，可以充分利用井筒上下的生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速施工，可降低1/3~1/2的工程造價(jià)，并且安全可靠，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。這種工藝除了應(yīng)用于改建、擴(kuò)建井筒之外，還可以從井巷設(shè)計(jì)上創(chuàng)造條件，使其應(yīng)用到一些新建井筒。