一、反井钻机的选择

煤矿、金属矿和非金属矿、水电站和蓄能电站、人防工程、交通、铁路和隧道、军事工程等地下工程施工环境、工程参数（深度、直径和倾角等）、地质条件（岩石岩性、硬度、抗压强度、构造等）千差万别；如何正确地配备合适的施工机具、制定先进的施工工艺、合理选择各种参数、落实可靠的安全措施是反井钻井施工成败的关键。

1.设备选择的依据

根据竖井或斜井施工的综合条件，在确定采用反井钻井法施工后，即要开始选择反井钻机和配套设备及工艺选择。选择设备主要依据是：

（1）工程条件。主要包括工程性质、用途、主要技术参数（井孔深度、终孔直径、井孔倾角度等）、相关工程状况。根据施工井筒的深度和倾角等要求，结合现有设备及市场情况确定钻机。

（2）地质条件。包括岩石的物理力学性质、岩体产状、主要地质构造及参数、水文地质条件等。对于深孔、斜孔，应有钻孔位置的勘探孔资料和地质柱状图。根据施工井位的地质构造及岩性，确定冲洗液为泥浆或清水，从而选择用泥浆泵或水泵。

（3）施工条件。运输条件，吊装条件以及供电、供水情况。根据井位供电、供水、运输及井位下水平巷道开通情况确定钻机的类型。一般在井位处应有供电、供水，具有钻机工作空间，在下水平巷道开通的情况下，选择上扩法施工，应选择上扩类全断面反井钻机。在煤矿多选择电驱动液压反井钻机。

2．可行性分析和风险评估

对工程施工条件进行分析，包括上下水平隧道是否形具有运输、出渣、供水、供电、通风等生产系统；

对地质条件进行分析，分析围岩在反井钻井施工过程中和扩孔期间能否稳定，不发生较大的涌水和塌方，造成钻孔堵塞和下部设施淹没。因为在反井施工期间，无法进行支护，若围岩不能自稳，发生塌方，将会堵塞钻孔，造成事故；

对施工位置安全状况进行分析，包括交通运输、通风、隧道支护情况及稳定情况、洪水、有害气体等是否对施工人员和设备伤害程度。

综合以上分析，以确定是否具有采用反井钻机施工可能。

3．反井钻机选择

3.1钻孔参数的确定

工程本身已确定了钻孔深度和倾角，还要确定扩孔直径。钻孔的作用是溜渣、排水、通风，因此要有足够的断面强。需要再扩挖（刷大）的工程，扩挖期间不发生堵塞。扩孔直径太小，除了容易发生堵塞外，还增加了扩挖时打眼和出渣工作量，降低扩挖速度。导井直径过大，反井钻井施工成本增加，因此，钻孔直径选择必须合理，一般钻孔直径选择如表4-1。

表4-1钻孔直径选择参考

3.2选择破岩滚刀

反井钻机靠滚刀对岩石的挤压、刮削和剪切破碎岩石，根据岩石的矿物构成、硬度、磨蚀性以及抗压、抗拉、抗剪等力学指标来确定滚刀齿形类型，选择如下：

岩石的磨蚀性：低→中→高；

硬度：软→中硬→坚硬

齿形：楔齿→锥形→复合型→球形；

滚刀结构：单刃盘形滚刀（无镶齿）→多刃盘形滚刀（刀刃上镶齿）→无刃滚刀（刀体锥面镶齿）。

反井钻机滚刀选择后，根据岩石条件在扩孔钻头合理布置滚刀，也就可以确定，破碎岩石需要的最大钻压。

如在抗压强度MPa的岩石中，钻进深度m、直径1.4m的钻孔，在扩孔钻头上需要布置6把中硬岩滚刀，每把滚刀需要约30kN破岩压力，整个钻头的破岩钻压kN。

3.3钻杆选择

钻杆包括普通钻杆、稳定钻杆、接头钻杆，选择钻杆时要满足拉力和扭矩共同作用下的强度、刚度要求，同时要达到一定的抗疲劳破坏能力，钻杆连接丝扣要有通用性和互换性。钻杆选择完成后，钻杆的重量是影响钻机选择的因素。如有效长度1.0m、外径mm的钻杆，重量约kg。稳定钻杆和接头钻杆外径，要予导孔钻头外径匹配。

3.4反井钻机的选择

首先根据钻孔深度、钻孔直径，初步选择相应的反井钻机，然后对钻机的主要技术参数进行验算：

实际工作拉力=动力头重量+扩孔钻头重量+钻杆重量+最大钻压

实际工作扭矩=破岩阻力矩+摩擦阻力

如在抗压强度MPa的岩石中，钻进深度m、直径1.4m的钻孔，可以初步选择LM－型反井钻机（其参数前面以作说明），进行钻机拉力和扭矩验算：

实际工作拉力＝40kN（动力头及油缸重量）＋25kN（扩空钻头重量）＋m×kg×9.8（重力加速度）/0＋kN（钻压）＝.8kN

扭矩

一般要求实际工作拉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60%。在本例中LM－型反井钻机最大拉力为kN，实际工作拉力/最大拉力比是64.5％，LM－型基本上满足工程要求，但也可以选择更大的型号的反井钻机。

二、反井钻机基本操作

1、接钻杆

（1）导孔钻进时每钻完一根钻杆上提钻具毫米，冲洗井底2～5分钟，然后停转，将下卡瓦卡住钻杆下方扁。控制按钮使动力头慢转以使下卡瓦外齿对正卡座内齿，然后停止转动。控制按钮下放动力头，将下卡瓦进入卡座。

（2）控制按钮使辅助卸扣装置的棘爪扣住并推动棘轮，一旦松动则收回辅助卸扣装置。

（3）控制按钮进行卸扣，同时控制按钮向上慢慢提起动力水龙头使动力头活动套指标杆处于中间位置，卸开后将动力头上升至最高位置。

（4）在钻杆公扣上均匀涂抹丝扣油。

（5）操作转盘吊控制阀，将钻杆车上的钻杆吊放到机械手上。控制按钮把钻杆送入钻机中心。

（6）控制按钮下放动力头，使活动套指示杆处于最上位置。控制按钮正转动力头，待上端丝扣接好后立即停转，上升动力头，使指示杆处于最低位置。松开机械手并返回原位，然后接下端丝扣。最后上升动力头，取出卡瓦，使可能转入钻进。

2、卸钻杆

（1）扩孔钻进一根钻杆后，动力头停转。用下卡瓦卡住下一根钻杆的下方扁，下放动力学水龙头，将下卡瓦进入卡座。

（2）操作辅助卸扣装置和马达反转松扣，使钻杆上端丝扣松动。

（3）上升动力水龙头使活动套指示杆处于最低位置，用上卡瓦卡住钻杆上方扁，下放动力头使上卡瓦进入动力头内齿圈，反转马达，并慢慢上升动力头，使上卡瓦始终在内齿圈里直到下端丝扣卸开。

（4）上升动力水龙头，卸下上卡瓦，操作机械手，抱住钻杆，马达反转，卸下上端丝扣。

（5）将动力水龙头上升至最高位置，收回机械手并用转盘吊将钻杆吊放到钻杆车上。

（6）在钻杆公扣上均匀涂抹丝扣油。

（7）下放动力头，使活动套指示杆处于最高位置，马达正转接扣，上紧丝扣后，提升动力头，取出下卡瓦，进行扩孔钻进。

3、开孔钻进

（1）调整动力水龙头出轴转速为额定值。

（2）将动力水龙头升至最高位置，把事先与异型钻杆相连接的导孔钻头移入钻架底孔并用下卡瓦卡住异型钻杆的下方扁，设法将卡瓦放入卡座。

（3）钻杆放入机械手，卡住钻杆，操作机械手，将开孔钻杆送入钻架。

（4）接开孔钻杆，收回机械手。

（5）上升动力水龙头，取出下卡瓦，将扶正器装在开孔钻杆上，下放动力水龙头，使之进入卡座。

（6）开泵供洗井液和冷却器用水。

（7）控制按钮，使动力水龙头正转，同时控制按钮，使动力水龙头向下推进，同时调节阀11、阀12使之为所需钻压，开始开孔钻进。

（8）开孔一般为5～8米，开孔结束后，拆去扶正器，换下开孔钻杆，接上正常钻进时的钻具组合，进入正常的导孔钻进。

4、导孔钻进

（1）一般情况下，导孔钻进转速应高于开孔钻进转速，所以应调节动力水龙头出轴转速，可以用Ⅱ档或Ⅲ档。

（2）钻压控制。一般情况下，对于松软地层和过渡地层应采用低钻压，对于硬岩和稳定地层宜采用高钻压。

（3）在钻透下水平左右，应逐渐降低钻压。

5、Φ1.4米扩孔钻进

（1）导孔钻透后,在下巷道用卸扣器将导孔钻头和异型钻杆卸下,接上米扩孔钻头。

（2）调节动力水龙头出轴转速为预定值,可用Ⅱ档或Ⅰ档。

（3）拆去冲洗液软管，用一个三通将冷却水泵的水分出一部分供扩孔钻头以冷却钻头、消尘。

（4）在扩孔钻头全部进入钻孔时，为防止钻头剧烈晃动而损坏刀刀具，应就使用低钻压、低转速，待钻头全部进入后方可加压钻进。

（5）扩孔钻压的大小是根据地层的具体情况而定的。从刀具的使用寿命来看，一般不宜超过千牛顿，即30吨。

6、Φ2.0米扩孔钻进

（1）1.4米扩到上水平后,将钻头中心与钻杆连接丝扣卸松,并再轻微紧上,然后将钻头下放到下水平,拆下1.4米扩孔钻头,换上2.0米扩孔钻头。

（2）调节动力水龙头出轴转速为Ⅰ档（即最低速）。

（3）同1.4米扩孔一样，用小钻压开孔，待钻头整个进入空内后，方可加压钻进。钻压一般不宜超过千牛顿，即30吨。

（4）钻进到稳定器露出停钻，将钻头卡在井口位置，钻机拆离井口，采用放小炮松动岩石，用人工方法去掉上部岩石，露出扩孔钻头，以便将钻头提出井孔。

三、反井钻机工作原理

反井钻机采用由上向下钻导孔,由下向上扩孔,需要上下水平都形成生产系统,其中上水平主要是主机和导孔洗井液循环系统、冷却系统等。下水平主要是出渣系统,包括装岩机和运输设备。钻具部分包括钻杆、钻头和破岩滚刀。RBM-型反井钻机,其工作原理为,液压马达驱动动力水龙头,将扭矩传递给钻具系统,带动钻具旋转,破岩采用镶齿盘形滚刀,滚刀在钻压的作用下沿井底滚动,从而对岩石产生冲击,挤压和剪切作用,使其破碎。导孔时岩屑沿钻杆与孔壁间的环行空间由洗井液提升到上水平,扩孔时岩屑靠自重落到下水平。

改造后的新液压系统为双回路结构，左侧为动力头旋转回路和主推力缸快速运动回路，右侧为辅助系统供油回路和动力头工进供油回路。

动力头在导孔和扩孔时由变量泵2供油，电磁换向阀17用来控制液压马达的正转或反转。电液比例流量阀16是液压马达调速阀，它通过控制液压马达的供油量对液压马达进行调速。主推力缸有两路供油回路，在工进时由辅泵4供油，溢流阀12控制供油压力。辅助系统供油回路上的电磁换向阀19控制主推力缸的运动方向，液压锁21用来对液压缸进行固定，使其停留在一个工作位置。单向顺序阀22使主推力缸保持一定的背压，防止工进结束时发生前冲；主推力缸还可由主泵供油，满足装卸钻杆时快速升降的要求，主泵供油回路上的电磁换向阀19控制供油方向。液压马达和主推力缸的主泵供油回路上都设置了电液比例流量阀，用来对油路上的压力进行实时控制，以确保反井钻机正常运转。其他辅助油缸都由辅泵供油。

四、反井钻机施工程序：

反井钻机施工程序为:施工准备一钻孔中心点确定-反井钻机就位调直一导孔施工一安装反扩钻头一反扩导井施工－工完清场。