朱庆民

摘 要：现如今矿山采深逐步增加，多种灾害极易引发矿井坍塌、瓦斯爆炸、透水等事故，矿井正常通道无法进入，救生操作需要通过地面垂直钻孔来进行，而矿山垂直钻井救援的价值就在于此。本文主要对矿山垂直钻井救援关键技术与装备进行探究，旨在为矿山垂直钻井救援体系的逐步发展提供支持，促进矿山事故救生率的提升，仅供相关人员参考。

关键词：矿山;垂直钻井;救援;关键技术;装备

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.082

0 引言

由于矿山灾害具有较强的复杂性和多发性，预测难度较大，尽管经过政府部门和科研人员的不断努力，矿山小型事故得到有效控制，但重特大事故的发生，往往会造成较大的人员伤亡，不利于整个社会的和谐发展。矿山垂直钻井救援关键技术与装备的应用，能够满足矿难救援需求，但仍有待进一步完善。

1 生命探测钻孔与信息探测系统

（1）生命探测钻孔。在矿山事故发生后，结合矿区事故矿井段实际情况出发，应用小口径垂直钻井技术来将事故巷道顶板钻穿的钻孔就是生命探测钻孔，其能够对事故矿井内生命进行准确有效探测，并实现地表救援人员与井下被困人员之间联系，确保生活补给得到保证。生命探测钻孔的应用特征在于，钻孔点布置较多，钻进施工效率较高，定向钻进较为准确。在当前科学技术支持下，生命探测钻孔技术发展逐渐成熟，钻孔工艺众多，小口径空气潜孔锤的钻进效率较高，技术应用可靠。

（2）生命信息探测系统。该系统实现了音频、视频以及环境参数等的有机结合，能够对服务器设备地址进行发现，并实现音频对讲传输和视频录像等，作为一个软件系统，其能够对环境参数进行采集和同步传输，具有良好的应用价值。在SDSL有线传输技术的支持下，能够令探测器应用过程中问题得到有效解决，信息传输更具稳定性。多媒体中继远传技术的应用，以无线双频Mesh组网和SDSL有线传输为支持，便于快速布线，能够与地面工作站进行规范连接。

2 大口径救援通道施工技术

（1）集束式正循环气动潜孔锤。结合矿山垂直救援钻井需求及专用救生舱外径和井壁管直径要求出发，对JZQφ850mm-4/φ311集束式正循环气动潜孔锤进行研发，其锤头直径为311/225mm，锤头数量为4，质量为6.8t，长度为2400mm。经设计加工并开展钻进试验后，对钻进参数进行优化，经过有限元分析后，将排屑槽设置于集束体上。为促进空气正循环排渣的实现，需通过交叉接头与双壁钻具进行反循环钻进，停钻时令反循环排渣充分，以避免岩屑堵住排渣口。

（2）集束式反循环气动潜孔锤。JFQφ850--4/φ311集束式反循环气动潜孔锤的锤头直径为311/225mm，锤头数量为4，质量为2.2t，长度为2800mm。其在设计过程中最钻头底部排渣问题进行充分考虑，将排渣通道设置于集束体底部，锤头冲击岩屑与空气直接进入吸渣口，此时全孔反循环钻进得以实现。与集束式反循环气动潜孔锤相比，集束式正循环气动潜孔锤在排渣方面更具应用优势，实际钻进效率也明显提升。尽管集束式反循环气动潜孔锤试验施工成功，但仍处于试验阶段，有待进一步优化设计并开展反复试验，以确保为矿山垂直钻井救援通道施工提供可靠技术支持。

3 矿山大口径钻孔井壁管安装装置

矿山垂直钻井救援过程中，在通道钻孔施工完成后，需要规范安装大口径井壁管，以避免孔壁出现坍塌或者掉块问题，保证救援的安全性。于救援现场开阔地带，以大吨位吊车对井壁管进行安装，受矿区场地条件有限，则可应用矿山大口径钻孔井壁管安装装置，以确保吊装操作的安全性。该装置组成元素众多，包括卷扬机、导向滑轮、滑轮组以及大口径钢管等。其工作原理在于，在将卷扬机启动后，牵引钢丝绳运动，促使卷扬机的运行方向发生改变，进而有效控制滑轮组升降，进而完成大口径钢管以及钢管组的安装。

该装置施工过程中，于地面底盘钢架上将卷扬机和导向滑轮固定，在大口径钢管或钢管组下端对滑轮组进行焊接，于卷扬机上连接钢丝绳一端，以地锚将钢丝绳另一端固定于井口另外一侧地面底盘钢架上，将钢丝绳滑动槽设置于井口地锚一侧，以钢丝绳来对滑轮组进行托底，之后放钢丝绳来进行下管。该装置的优势在于，安装简便，使用性强，且具有良好的经济性。

4 矿山垂直救援救生舱装置

就矿山垂直救援救生舱装置的组成情况来看，其主要包括底座、塔架、救生舱、起落塔油缸、操作控制箱等，以胶管总成和螺栓来对各部分进行连接，此种方式下结构更为紧凑，且可靠性较强。工作之前，以锚杆来调整系统底座，以便在工作地面上固定整机。矿山垂直救援救生舱装置的最大提升力为45kN，提升深度为600m，上升速度为0-2m·s-1，上升时间为10min，下降速度为0-3m·s-1，下降时间为5min，主泵额定压力为32MPa，辅泵额定压力为15MPa。电机电压为380V，电机功率为75kW，救生艙直径为540mm，救生舱质量为750kg，整机质量为8500kg。救生舱为上下两部分，上部包括提升调换、滚轮导向装置等，舱内配有甲烷、氧气等气体，下部主要包括救援舱体位置、供氧装置等。舱内为12V低压供电，使用防爆产品，以防爆LED进行照明，滚轮导向装置主要起导向及缓冲作用，上逃生装置通过拉动链条使上下部分离的方式;下逃生装置通过缓降器穿过中间预留通道的方式。

5 结语

总而言之，为有效应对矿山事故，在应用矿山垂直钻井救援关键技术与装备的过程中，要积极创新关键技术，并对救援装备进行发展完善，信息存储与实时监控的实现，可协调应用双码流技术、分层同步法等，基于集束式正反循环气动潜孔锤来进行依次扩孔成孔，确保救援通道形成的规范性，促进矿山垂直钻井救援的顺利进行。要科学应用托底法井壁管安装方法，在保证安装效果和时效性的同时，确保操作的安全性，为救援操作的顺利进行提供可靠支持。

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