905-3001--大直径反井钻井新技术及装备

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1、2015年度国家技术发明奖推荐项目公示材料一、项目名称大直径反井钻井新技术及装备二、推荐单位中国煤炭工业协会三、项目简介反井是指地下采矿连接不同水平巷道的暗竖井，是重要的井巷工程，一般采用由下向上的施工方法，反井是施工难度最大、风险最高工程，以往反井钻机只能钻凿直径较小的溜渣孔，解决溜渣孔施工的安全问题，但爆破刷大的安全问题依然存在。近年来反井概念有了很大拓展，泛指煤矿、金属、非金属采矿具有下部巷道通向地面的井筒，以及包括军事等其他地下工程中井筒。这些工程施工都需要工人在井筒内复杂条件下进行钻爆作业，塌方、涌水、瓦斯、设备等经常

2、造成伤亡事故，每年井3筒掘进消耗炸药约5.5万吨，向大气中排有毒气体550万m及大量粉尘。因此，需要研究安全、排放少的新技术及装备，本项目提出反井钻机一次钻成大直径井筒新工艺，钻孔直径从1.5m到5.0m，岩性从以沉积岩为主的煤矿软岩地层（普氏系数f<8），到水电、交通的火成岩以及铁矿的高强度变质岩（f>25），需要提高机械破岩效率和寿命；钻孔深度从100m到600m，钻孔偏斜控制需要从现在1.0%降低到0.5%；从垂直孔到抽水蓄能电站大倾角斜井（50°）的钻井工艺，以及大直径钻孔带来的井帮稳定控制安全等问题，解决了从反井“钻孔

3、”到“钻井”的技术难题。本项成果是科技部科研院所专项研究开发资金项目、北京市重大科技成果转化落地培育项目、发改委煤矿深井建设技术国家工程试验室建设及多项煤炭、水电研究项目成果的创新与集成。项目取得多项创新成果：1、创造性提出了反井钻机钻凿大直径井筒新技术，研制出一次钻孔直径达到5m，钻进深度600m的大直径系列反井钻机；2、突破了反井镶齿滚刀破碎坚硬岩石刀具寿命低磨损快的技术瓶颈，使反井钻井能够适应不同类型地下工程所遇到的各类岩石；3、形成了多种反井钻井工艺，创新反井钻井偏斜控制，大直径井帮稳定控制、反井钻井安全控制技术和理论；

4、4、研发出新型钻具结构形式，新型锯齿形螺纹解决了传递大扭矩、大拉力钻杆可靠联接问题，组装式大直径扩孔钻头解决井下运输和组装及稳定运行难题；5、首次采用反井钻井法钻成直径5.3m，深度近500m的煤矿井筒工程，一次钻进破岩2面积达到23.7m，在水电站f系数达到20的岩石中，一次钻成直径3.5m多种用途的井筒工程。形成了新的机械破岩钻井凿井新工艺。项目申报发明专利12项（授权8项，受理4项），授权实用新型专利6项，建立行业标准3项，发表学术论文200多篇，其成果作为煤炭协会重点推广项目，在煤炭建设、生产得到全面应用，在冶金、黄金、

5、核矿、非金属等地下矿山开发，水电、抽水蓄能电站、公路、铁路隧道等领域广泛应用，并在我国承担的国外煤炭、水电、冶金建设项目中发挥巨大作用，经济效益社会效益显著。经专家鉴定，5m大直径井筒反井施工技术达到国际领先水平，实现反井施工人员不下井，无有害物质排放，符合煤炭、能源科技发展规划，项目推动了地下工程井筒施工技术进步。项目主体研究内容分别获得2010年、2013年中国煤炭工业科学技术一等奖，2013年度中国职业安全健康协会科学技术奖一等奖。四、推广应用情况项目成果已实现产业化，带动井筒建设的机械化程度提高和相关技术发展，加快矿井建

6、设领域生产结构转型和升级改造。技术为自主研发，目前国内尚未有相同能力设备。增加矿井建设设备研发、制造、检修、技术服务领域人员的就业量和收入。打破国际技术装备垄断，替代进口产品，节约外汇。国家煤矿安监局、煤炭工业协会等单位将大型反井钻井技术作为重点推广项目进行推广，并在山西晋城召开了大型现场会。国内多个煤炭生产、建设企业建立了反井钻井专业队伍，每年完成反井工程量10-20km。已完成直径5m的采区风井井筒10个，钻井总深度2246.2m。不完全统计北京中煤矿山工程有限公司已完成各种反井超过32km。大直径反井钻机在近二十个水电建设

7、单位应用近70套，每年完成反井工程5-10km。主要研究成果已在小湾、溪洛渡、锦屏一级、瀑布沟、白鹤滩、乌东德等大型电站得到良好应用，为这些电站工程建设与安全运行做出了重大贡献。反井钻井也成为解决抽水蓄能电站长斜井建设难题的关键技术。辽西北供水工程正在使用反井钻井技术。反井钻机技术已推广到我国承建的马来西亚、巴基斯坦、哈萨克斯坦、赞比亚、老挝、厄瓜多尔及我国台湾地区电站工程，提升我国企业在国际市场中的竞争力。还将反井钻机推广到铁、金、核、锗、镁、铅锌等非煤矿山工程以及其他地下工程建设领域（包括长大公路、铁路隧道，如终南山、邵怀高

8、速公路隧道通风竖井），在坚硬岩石条件下对本项技术进行了考验，取得了良好效果，解决这些工程建设难题。仅统计本项目研究成果在15家单位的推广应用情况（附件3.1-3.15），近三年累计经济效益近8亿元五、曾获科技奖励情况曾获科技奖励情况获奖项目名称获奖时间奖项名称奖