1大直徑工程井鉆井法鑿井技術(shù)一、大直徑工程井大直徑工程井首先是為滿足礦山生產(chǎn)需要，從礦山開掘而漸漸興起。領(lǐng)域，且應(yīng)用范圍越來越廣。對于大直徑工程井尚缺乏統(tǒng)一的定義，在不同的工程領(lǐng)域，大直徑工程井800mm的樁，稱為大直徑樁；在水文水井工程中，對于井徑大于800mm的井，稱為大直徑工程井；在交通在礦山工程中，直徑一般均在2米以上，稱為大直徑工程井。厚或易發(fā)生涌砂的地區(qū)。二、大直徑工程井鉆井法鑿井在國外的進展1850年德國〔肯特〔Kind〕利用改造的沖擊鉆完成了世界上第一口直徑4.2、深98m的井筒。但由于這種方法鉆井時鉆具受力簡單，易掉入井內(nèi)，故沒有得到進展。1871年德國人霍爾格曼〔Honigmann〕開頭試驗爭論回轉(zhuǎn)式鉆機，完成了兩口直徑1.5m、深85m的井筒。1892年到20世紀(jì)50年月，歐洲國家承受霍爾格40余個井筒，直徑在2～7.65m，井深為80～512m，總累計深度為5300m。這種鉆井法的特點是通過旋轉(zhuǎn)鉆具裂開巖石，一次成井或?qū)掖螖U孔成井、減壓鉆進，用泥漿沖洗及護壁，懸浮法下沉井壁。它的成功給現(xiàn)代鉆井法鑿井打下了根底，該鉆機的根本型式和工藝沿用至今。目前，在我國使用的鉆機也屬于此類鉆機。美國1910年從西歐引進鉆井技術(shù)，大量應(yīng)用是在20世紀(jì)50年月以后。據(jù)不完全統(tǒng)計，1953年～1967年間，美國用鉆井法鉆成直徑0.91～5m的豎井360余口，其中半數(shù)為地下核試驗井，其余用于煤礦、自然氣、鉀礦、鹽礦等工業(yè)。美國鉆井界認(rèn)為，當(dāng)鉆井直徑＜3.6m時，鉆井法具有最正確經(jīng)濟效益，因而在小直徑硬巖鉆井設(shè)備和技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位。美國休斯公司利用研制的CSD-300型鉆機于1981年10月在澳大利亞西部的阿格紐鎳礦巖層中，鉆成一個直徑4.267m，深663m的風(fēng)井。近幾年，美國鉆井機國際公司〔SDI〕在煤礦施工大直徑工程井近百口，豎井直徑為1.52～4.9m，深度到達426m，多用于風(fēng)井和進水井。19世紀(jì)末，美國將鉆井法施工應(yīng)用于大直徑樁基工程，并漸漸推廣應(yīng)用。前蘇聯(lián)1936年開頭用鉆井法鉆井，1940年～1950年利用改裝的石油鉆機施工直徑5～6.2m井26口，總深為1840m，20世紀(jì)50～60年月，先后研制成功了Y3TM型分級擴孔鉆機、YKE型取芯鉆機、PTE型渦輪鉆機等。據(jù)統(tǒng)計，蘇聯(lián)先后制成了35種以上不同型式和規(guī)格的鉆機，施工井筒170余口，總工作量達42700m。荷蘭也是使用鉆井法較早的國家，早在19世紀(jì)90年月，荷蘭就承受霍爾格曼法鉆成直徑4.5m、深108m的煤礦豎井。1955年～1960年鉆成直徑7.65m、深度分別為512m和505m、完全不滲水，中心誤差僅為30mm的兩口豎井。在日本鉆井法使用較晚，但進展較快。1962年日本從西德引進PS-150型反循環(huán)鉆井機，隨后，日立建筑機械公司、利根鉆機公司、加藤公司等相繼研制和進展根底工程用反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機，型號多至幾十種。1972年日本研制的MD360型、KSD-4型等巖石鉆機在日本本州——四國聯(lián)絡(luò)線橋梁根底工程中完成了在海底花崗巖中直徑3.6m的鉆井，1977年利用MD400型鉆機在大鳴門大橋根底工程中完成了直徑4m及7m的鉆井。在日本橫濱港橫斷大橋跨徑460m的鋼斜拉橋的根底中，鉆孔經(jīng)屢次擴孔至直徑10m，是目前世界上最大直徑的鉆孔樁。此外，英國、法國、加拿大、波蘭、羅馬尼亞等20多個國家也先后承受鉆井法完成了上千口大直徑工程井的施工任務(wù)。三、大直徑工程井鉆井法鑿井在我國的進展大直徑工程井鉆井法在我國應(yīng)分成三個方面：——礦山豎井；包括煤礦、鐵礦等?！獦陡?；主要應(yīng)用于大型橋梁或高層建筑等領(lǐng)域利用鉆井法施工大直徑工程井。煤礦領(lǐng)域1963年煤炭科學(xué)爭論院進展了鉆井法小型試驗，1968年底利用石油鉆機改裝成ZZS-1型中間試驗鉆井機，1969年在淮北煤礦礦區(qū)朔里南風(fēng)井成功地鉆鑿了第一個直徑4.3m，成井直徑3.5m，深90m的井筒，填補了我國鉆井法鑿井技配套了四臺性能類似的鉆機，并先后完成了20個井筒的施工。期間對鉆機的結(jié)機的研制奠定了根底。從1972年開頭，我國煤礦鉆井法施工進入了專用鉆井機階段，研制了一臺ND-1型鉆機；針對淮南、淮北礦區(qū)的地質(zhì)條件，多家單位聯(lián)合研制了SZ-9/700型大型鉆井機和AS-9/500型大型鉆井機；也引進原西德產(chǎn)的L40/800型鉆機。這些鉆機為我國的大直徑工程井鉆井法施工做出了很大的奉獻。與初期改裝的鉆機相比，鉆機力量得到了很大的提高，提升力量由1300kN提高到3000kN，扭矩40kN·m提高到300kN·m。鉆深由150m提高到500m，直徑由4.3m提高9.3m，根本適應(yīng)了大直徑深井鉆井工程的需要。大鉆機承受抱鉤提升、轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)無級調(diào)速，恒鉆壓自動給進，起下鉆具時各抱卡壓氣驅(qū)動，鉆進過程鉆進參數(shù)掌握臺面自動顯示，集中操作等一系列先進技術(shù)，機械化和自動化程度較高，從而大大地提高了我國鉆井法鑿井的技術(shù)水平，這些鉆機已成為我國鉆井法突破500～600m深大井筒鉆進的根本設(shè)備。特別是在1982年～1997AS-9/500型鉆機和兩臺L-40/800型鉆機共鉆成7個400m以上的深大型井筒，為大直徑工程井鉆井法鑿井技術(shù)的進展立下了大功。進入21世紀(jì)后，鉆井法鑿井朝著兩個方向進展，一是小型的淺表土井筒鑿井；一是大型的深厚沖積層井筒鑿井，特別是沖積層大于500m的井筒。中煤特別鑿井〔集團〕公司研制了四臺中型鉆機，在2023年～2023年間完成12個中小井筒，同時對一臺SZ-9/700型鉆機、兩臺AS-9/500型鉆機、兩臺L40/800型鉆機進展了改造，提高了鉆機的力量。為進一步提高鉆進效率，加快建井速度，降2023年研制并投入使用了AS-12/800型豎井鉆機，該機設(shè)計大鉤提升力量6376kN，轉(zhuǎn)盤最大扭矩500kN·m，最大鉆孔直徑12m，鉆井深度800m。2023年開頭研制的AD130/1000型鉆機，承受全液壓動力頭構(gòu)造，鉆機最大提升力8000kN，鉆機扭矩達600kN·m，鉆井深度1000m，鉆孔直徑為13m，動力頭轉(zhuǎn)速為0～18r/min。這些鉆機的投入，進一步促進我國煤礦鉆井法鑿井技術(shù)的進展。至今，在煤炭行業(yè)，鉆井法鑿井已竣工70多個井筒，累計長度超過16000m300m的有21個，深度超過400m的有10個，施工井筒平均深度逐年增加。目前正在施工的板集煤礦主、副、風(fēng)井三個井筒，最大鉆井直徑到達了10.8m。鐵礦領(lǐng)域鐵礦相對于煤礦而言，基巖為脆性巖石〔硬巖〕，巖石強度高達100MPa以上，鉆進更為困難，但鉆井直徑和深度較小，所施工的工程井?dāng)?shù)量也相對較少，目前可以說處于開頭起步階段。2023年，河北建設(shè)勘察爭論院利用自行研制生產(chǎn)的GYD-400型全液壓動力頭鉆機在河北遵化完成了第一口直徑3.4m的鐵礦豎井，豎井深度為59m。在此根底上，針對鐵礦豎井施工的特點，河北建設(shè)勘察爭論院進展了鉆井法施工工藝和設(shè)備的爭論，2023年12月，該公司完成的《機械鉆孔豎井施工工藝爭論》課題通過了專家鑒定，2023年《機械鉆孔礦山豎井施工工法》申報為河北省省級工法，為鐵礦豎井的鉆井法鑿井施工奠定了根底。結(jié)合鐵礦豎井鉆井法鑿井的特點，河北建設(shè)勘察爭論院分別和洛〔南京〕重工聯(lián)合研制了AD60/400型和ZSD-400型全液壓動力頭鉆機。其中AD60/400鉆機扭矩為300kN·m，鉆機提升力3000kN，鉆井深度400m，鉆孔直徑〔一次成孔直徑〕6m；ZSD-400鉆機扭矩為300kN·m，鉆機提升力3000kN，鉆井深度300m，鉆孔直徑〔一次成孔直徑〕4m。到目前為止，在唐山地區(qū)已施工了鐵礦豎井40余口，鉆井直徑達6.3m，深度132m。樁根底世紀(jì)60年月初在大直徑鉆孔混凝土灌法樁開頭應(yīng)用，進而推廣至全國。直徑鉆孔樁，其中韶關(guān)五里亭大橋承受了直徑Φ5.6m/Φ3.5m/Φ3.0m的變截面樁，湖南石龜山大橋承受鉆埋空心樁，最大鉆井直徑為Φ5.0m。四、大直徑工程井鉆井法鑿井的進展趨勢形成完善的鉆井法鑿井工藝。大直徑工程井鉆井法鑿井根本承受減壓鉆屢次擴孔的成孔方法，而樁基施工則多承受一次鉆進成孔。性能先進的專用鉆機不斷研制成功。近年來，一些單位加大了設(shè)備的投AD60/400型、AS-12/800型、AD130/1000型等專用礦山豎井鉆機和KTY-400型、ZSD-400型等大型樁基鉆機，這些鉆機多承受液壓驅(qū)動再進展奠定了根底。泥漿護壁技術(shù)和廢棄泥漿處理技術(shù)的不斷完善。隨著大直徑工程井向更井鉆井法施工中爭論應(yīng)用了深井泥漿；在大直徑樁基鉆井法施工中承受PHP化對廢棄泥漿進展處理。大直徑工程井的偏斜率要求較高，促進測斜技術(shù)不斷進展。鉆井偏斜率是影響大直徑工程井的一個主要方面。以前，由于井筒的偏斜較大，礦山豎井中鉆井法多用于風(fēng)井井筒的施工。目前，通過對防偏斜技術(shù)的爭論和測斜技術(shù)的不斷提高，鉆井法所施工的大直徑工程井偏斜率可掌握在0.2‰之內(nèi)