天井钻机是利用旋转钻进破岩成孔并能反向扩孔的井筒开挖机械设备。美国于1962年开始应用天井钻机,到20世纪90年代初,国外地下矿山用钻进法掘进各种用途天井得到迅速推广,天井钻机得到卓有成效的应用。

美国于1962年开始应用天井钻机,到20世纪90年代初,国外地下矿山用钻进法掘进各种用途天井得到迅速推广,天井钻机得到卓有成效的应用。

钻进法实际上已取代了普通掘进法,使用区域的分布主要集中在澳大利亚、加拿大、墨西哥、南非、美国和赞比亚等地。当时,世界主要生产厂商已有美国的Robbins公司、Dressers 公司、Subterreans 公司、Calweld公司、IngersollRand 公司,日本的Koken 公司,芬兰的Tamrock公司、Indau公司和德国的W irth公司。

随着世界采矿向深部发展,采矿方法不断改变,使中段高度有继续增加的趋势,原来的掘进方式已不能适应要求。因此,近几年来,国外各主要制造厂为深部开采和坚硬岩石制造了大扭矩大推拉力的天井钻机。随着天井钻机技术的进步和发展,天井钻机功率已由75 kW 发展到750 kW,扩孔孔径可达7. 1 m,钻孔深度达到1500 m。,Atlas Copco的“Robbins天井钻机”、W irth公司的HG系列、Tam2rock公司Rhino系列和Indau公司的H系列天井钻机在当前市场的同类产品中,处于领先地位,在世界各地矿山都得到了广泛应用。

1　Atla s Copco的Robb in s天井钻机

91RH是Robbins低矮型系列的产品,非常有利于更深的地下矿井钻进天井,它的模块化设计允许将其拆卸成相应小的组件,这使其容易通过更小的运输通道进行运输,而且91RH的强有力液压驱动提供了不同的速度和良好的扭矩限制控制,使其能够支持最高5. 0 m的大天井钻进。

97RDC是一款高效率的低矮型天井钻机,专门用于具有尺寸和重量限制的采矿应用,其数字DC驱动集合了最新的电子技术。

123RH设计用于大直径天井,这使得它成为矿用凿井以及土木工程的最佳选择。

191RH设计用于满足深孔大天井钻孔的要求,装机容量750 kW,扩孔扭矩达814 kN·m,扩孔推力达11600 kN,使其可以钻凿直径6. 0 m、深度1400m的深井。

Robbins不断创新,其大直径系列天井钻机全部采用十字头导向杆,该导向杆采取了有效的抗扭设计,能适应大扭矩,从而延长了推力缸的使用寿命。

83RH和97RDC则采用了获得专利的两片式旋转矩形移动接头,防止了变速箱产生弯矩,而可替换的螺纹嵌件则降低了维护成本。为了方便维护与运输,91RH、123RH和191RH内置于活塞筒中的变速箱允许在没有松开主轴承的预载情况下,将驱动系拆解成更小的组件。为了在不同的岩层中都能保持较佳的钻进状态, 123RH、191RH更是采用了最先进的可变速交流驱动系统,简单而且可靠,提供了不同的速度和良好的力矩限制控制。

Robbins R系列天井钻机自问世以来,深受用户欢迎,澳大利亚芒特艾萨矿业有限公司自1969年购置第一台Robbins天井钻机以来,近40 多年来,该公司一直依赖于Robbins公司设备的先进性和可靠性,以降低生产成本和增加产量。

2　W irth公司的HG系列天井钻机

W irth的天井钻机和切割系统已可以运用于最硬的岩石(700 MPa) ,近几年, HG系列天井钻机推广应用获得了良好效果。该公司生产的HG300 -SP型钻机在南非的JCI公司所属吕斯滕堡铂矿联合区又创钻进世界记录,用该机钻导向孔990. 38m,并将此导向孔扩成直径6. 02 m 的通风井。

HG330 - SP型天井钻机的优点是:成本比普通钻凿方法低,钻进速度快,并且有很高的准确度,导向孔钻进偏斜率仅为0. 6%,且施工安全、作业条件好,在德国Ensdorf矿用其成功钻凿了深1260 m、直径8. 5m的竖井,保持着最大孔径和最深钻距的世界纪录。

3　Tamrock公司Rh ino系列天井钻机

Rnino系列天井钻机有液压驱动,也可用可控硅控制的直流电机驱动, 型号有400H、600H、1000DC、1400DC、2000DC、2006DC、2007DC、2008H6等,钻机结构更紧凑,操作台装有包括钻进记录仪、各种检测仪和报警灯在内的全套仪表,利用精密的电液伺服阀控制推力和拉力,导向精确。2008H将是最大的液力天井钻机,其中一台已在芬兰的皮哈萨尔米( Pyhasalmi)锌矿开始工作。

1.改进滚刀和合金齿刀具的材质和结构型式，使之具有较高的刚度、强度和耐磨性，同时也要适于在较硬的岩石中钻进。还要力求加工简易、成本低廉。

2.提高滚刀轴承的密封程度。如采用双金属圈密封，不仅密封性能好，而且能耐高温。近来在双金属圈密封的基础上又研制了石墨金属圈密封。它密封性能更好，而且加工精度要求较低，成本也低。

3.采用平头式或球面式扩孔器。平头式扩孔器的滚刀布置在同一平面内，外缘只有一圈边刀，大大提高了其余滚刀的使用寿命。由于滚刀之间的空隙较小，大块岩屑不易挤人或卡住滚刀，因而转矩和突加负荷较小，操作平稳。球面式扩孔器的优点是，整个刀具面积大，滚刀配置合理，受力均匀，没有尖峰负荷，因而操作平稳，滚刀寿命较长，扩孔速度快。由于空间较大，有利于更换刀具，而且冲洗岩屑效果较好。

4.将电力驱动改为液压驱动。这样可以根据岩石性质的不同合理地调整转速和转矩，以便提高钻进速度，减少刀具的磨损和导向孔的偏斜。

5.采用遥控的自动润滑系统。在钻进过程中，每隔一定时间，自动地向滚刀注油润滑。

随着各大品牌大直径大扭矩天井钻机的日趋完善,天井钻进技术不仅只限于地下矿山钻进天井,国外天井钻机早已成功地用于水平钻进。例如,英吉利海峡两条主隧道之间的多条水平联络巷道就是用Tamrock公司生产的Rhino天井钻机钻成的;煤炭系统用钻进法钻进大型煤仓和大直径竖井掘进用的超前井;铁路隧道和电站工程中的通风井、地下仓库钻进运输通道和竖井等。采用低矮型钻机会降低钻机工作峒室的开挖费用,且容易组装、搬运,世界地下矿山(尤其是中、小型矿山)将会增加这类钻机需求量。随着工业的进步和技术的不断创新,天井钻机的使用范围在不断扩大,也一定能满足人们对其性能的更高要求。