反井鉆進(jìn)工藝  
反井鉆機(jī)可用于施工豎井和斜井甚至可以施工水平鉆孔，其主要施工工藝包括導(dǎo)孔鉆進(jìn)和擴(kuò)孔鉆進(jìn)，在上部施工出反井鉆機(jī)平臺(tái)，澆筑鉆機(jī)基礎(chǔ)和其它輔助臨時(shí)設(shè)施，安裝鉆機(jī)，由上向下鉆進(jìn)一小直徑導(dǎo)孔，導(dǎo)孔鉆頭后，將擴(kuò)孔鉆頭運(yùn)到下部，拆下導(dǎo)孔鉆頭，連接擴(kuò)孔鉆頭，由下向上擴(kuò)孔。導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程中破碎的巖石靠水泵或泥漿泵產(chǎn)生的壓力水或泥漿排到地面，擴(kuò)孔時(shí)巖屑靠自重落到下水平，由裝載設(shè)備運(yùn)出。 

一、 反井鉆機(jī)工藝原理  反井鉆進(jìn)工藝（主要說(shuō)明第一類反井鉆機(jī)），包括導(dǎo)孔鉆進(jìn)和擴(kuò)孔鉆進(jìn)。反井鉆進(jìn)工藝原理是通過鉆機(jī)的電機(jī)帶動(dòng)液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)水龍頭，并利用液壓動(dòng)力將扭矩傳遞給鉆具系統(tǒng)，帶動(dòng)鉆桿及鉆頭旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)孔鉆頭或擴(kuò)孔鉆頭上的滾刀在鉆壓的作用下，沿井底巖石工作面作純滾動(dòng)和微量滑移。同時(shí)，主機(jī)油缸產(chǎn)生的軸向拉、壓力，也通過動(dòng)力頭、鉆桿作用在導(dǎo)孔鉆頭或擴(kuò)孔鉆頭上，使導(dǎo)孔鉆頭的滾刀在鉆壓作用下滾動(dòng)，產(chǎn)生沖擊載荷，使?jié)L刀齒對(duì)巖石產(chǎn)生沖擊、擠壓和剪切作用，破碎巖石。被破碎的巖屑在導(dǎo)孔鉆進(jìn)時(shí)被正循環(huán)的洗井液沖洗，巖屑沿著鉆桿與孔壁間的環(huán)形空間由洗井液提升到鉆孔外。在擴(kuò)孔時(shí)巖屑靠自重直接落到下水平巷道內(nèi)，采用裝巖機(jī)和運(yùn)輸設(shè)備及時(shí)清理運(yùn)出。導(dǎo)孔鉆進(jìn)時(shí)鉆桿不斷加長(zhǎng)，從上水平到鉆透的下水平形成小直徑（200～300mm）的鉆孔。之后將導(dǎo)孔鉆頭卸下，裝上擴(kuò)孔鉆頭。擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)不斷拆下鉆桿，直到鉆桿拆完，擴(kuò)孔鉆頭從下水平拉到上水平為止。例如，鉆鑿Φ1.4m的井孔時(shí)，只需先鉆Φ216mm的導(dǎo)孔，直至導(dǎo)孔鉆透下水平巷道，將導(dǎo)孔鉆頭在此卸下，接上Φ1.4m的擴(kuò)孔鉆頭，再由下往上擴(kuò)孔鉆至上水平巷道即可。若需鉆進(jìn)Φ2.0m的井孔，再將Φ1.4m鉆頭下放到下水平巷道拆掉，接上Φ2.0m擴(kuò)孔 鉆頭，繼續(xù)由下往上鉆進(jìn)，直至鉆頭露出。  好的反井鉆機(jī)只是鉆成高質(zhì)量反井的必要條件，必須根據(jù)不同的條件確定不同的施工工藝。反井鉆機(jī)功能主要考慮的是滿足反井鉆進(jìn)推進(jìn)和旋轉(zhuǎn)的基本要求，以及其它方面的輔助工藝要求，還要由掌握 工藝技術(shù)的人員實(shí)施，才能達(dá)到應(yīng)有的效果。  可見，反井鉆機(jī)在地下惡劣的環(huán)境、復(fù)雜的地質(zhì)條件下鉆進(jìn)地下工程，不但需要有可靠的設(shè)備，而且需要有適合的鉆進(jìn)工藝，以便在達(dá)到一定的質(zhì)量要求前提下，安全、高效、快速的完成施工任務(wù)。導(dǎo)孔的作用是將鉆具下放到下水平，以便連接擴(kuò)孔鉆頭。導(dǎo)孔破巖量雖然只占總破巖量的2.5%或更小，但導(dǎo)孔鉆進(jìn)關(guān)系到鉆孔的質(zhì)量，是反井施工的關(guān)鍵。導(dǎo)孔的垂直度決定了鉆孔的偏斜率；導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程也是對(duì)地層探測(cè)的過程，可以了解巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造等，對(duì)擴(kuò)孔鉆頭破巖刀具的選擇及工程支護(hù)方式的選擇都有參考價(jià)值；還可以通過導(dǎo)孔，對(duì)穩(wěn)定性較差的地層進(jìn)行預(yù)加固處理。導(dǎo)孔鉆進(jìn)時(shí)一般要求推進(jìn)速度較快、推進(jìn)壓力大（有時(shí)需要上拉）、轉(zhuǎn)速高。
反井鉆機(jī)鉆進(jìn)導(dǎo)孔施工工藝見圖4-1。  

圖4-1  反井鉆機(jī)導(dǎo)孔工藝  1- 動(dòng)力水龍頭；2- 鉆桿；3- 導(dǎo)孔鉆頭；4- 從泥 漿泵壓入的泥漿；  5- 從環(huán)形空間返回的攜帶巖渣泥漿；6- 泥漿循環(huán)池；7- 泥漿泵


擴(kuò)孔鉆進(jìn)過程是大量破碎巖石的過程，需要根據(jù)巖石條件選擇破巖滾刀，布置擴(kuò)孔鉆頭，制定相應(yīng)的鉆進(jìn)參數(shù)。擴(kuò)孔鉆進(jìn)一般要求推進(jìn)速度較慢、推進(jìn)力大（上拉力大）、轉(zhuǎn)速低，以達(dá)到鉆進(jìn)效率最高。 
反井鉆機(jī)擴(kuò)孔施工工藝見圖4-2。

圖4-2 反井鉆機(jī)擴(kuò)孔工 藝  1- 擴(kuò)孔鉆頭；2- 下水平巷道；3- 擴(kuò)孔自由落下的巖渣

二、 鉆進(jìn)參數(shù)的選擇
（1）鉆壓  鉆壓是指鉆機(jī)施加給破巖滾刀上的壓力總和。但有效鉆壓應(yīng)使巖石達(dá)到體積破碎，也就是能夠達(dá)到合理的鉆進(jìn)速度（m/h）。 鉆進(jìn)導(dǎo)孔時(shí)，鉆壓是鉆機(jī)對(duì)鉆具的推力和鉆具的重量之和。為了保證鉆孔的垂直度，要恒壓鉆進(jìn)。開孔時(shí)要以小鉆壓鉆進(jìn)，鉆壓的大小根據(jù)鉆孔直徑、破巖刀具類型、鉆進(jìn)速度和地質(zhì)條件而定。不同類型的巖石所需要的鉆壓也不同，一般情況下，對(duì)松軟地層和過渡地層巖石抗壓強(qiáng)度低，應(yīng)采用低鉆壓，對(duì)堅(jiān)硬巖石和穩(wěn)定地層宜采用高鉆壓。在導(dǎo)孔快要鉆透時(shí)，應(yīng)逐漸降低鉆壓。施工直徑1.2m和2.0m的鉆孔時(shí)，在不同巖石中，鉆壓和鉆速的關(guān)系，可參照表4-1、表4-2 所示。 
表4-1  （D2 =1.2m）鉆速與鉆壓的關(guān)系

表4-2  （D2 =2.0m）鉆速與鉆壓的關(guān)系

（2）轉(zhuǎn)速  為了使巖石從巖體上破碎下來(lái)，必須使刀齒和巖石有足夠的接觸時(shí)間。因?yàn)殂@進(jìn)過程中，鉆具的受力狀況十分復(fù)雜，刀齒和巖石接觸時(shí)間過短，破巖鉆壓主要消耗在使巖石發(fā)生變形，而使機(jī)械能損耗掉，只有適當(dāng)?shù)慕佑|時(shí)間，破碎效率才高，所以轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足導(dǎo)孔鉆進(jìn)和擴(kuò)孔鉆進(jìn)的需要。導(dǎo)孔鉆進(jìn)鉆孔直徑小，為提高導(dǎo)孔鉆速和鉆孔精度，需要轉(zhuǎn)速高一些，采用三牙輪鉆頭，有相應(yīng)的推薦轉(zhuǎn)速范圍，一般取推薦的下限。擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)要考慮邊刀的最大線速度和刀齒破巖需要和巖石接觸的最短時(shí)間，轉(zhuǎn)速要低一些，由于邊刀自轉(zhuǎn)速度限制，其大小主要根據(jù)擴(kuò)孔直徑確定。對(duì)于軟巖滾刀刀齒接觸時(shí)間可取小值，相反則應(yīng)取大值。一般認(rèn)為接觸時(shí)間不快于0.02～0.03s之間比較適宜。對(duì)鑲齒滾刀的轉(zhuǎn)速（n），可用下式求得：
式中   n—轉(zhuǎn)速，（r/min）；  c—滾刀大端半徑，（cm）；  —同一排齒上兩齒之間的夾角（°）； Rt—破巖所需量的接觸時(shí)間，（s）；  Rb—鉆頭半徑，（cm）。  例如，當(dāng)c=15cm，Rb=60、70、100cm；Rt=0.02～0.03s， =10°～20°時(shí)，其n值如表4-3：
表4-3  不同鉆頭直徑n值的變化
轉(zhuǎn)速（r/min）     鉆頭半徑（mm）  10°  15°  20°  600 13～20 20～31 27～41 700 11～17 17～26 23～35 1000  8～12 12～18 16～24 
（3）鉆速  鉆速是指單位時(shí)間內(nèi)鉆進(jìn)長(zhǎng)度，包括導(dǎo)孔鉆速和擴(kuò)孔鉆速。它和鉆機(jī)推進(jìn)和提拉速度不完全相同，與地層條件、排渣有關(guān)。 
（4）鉆孔傾角  鉆孔傾角是指鉆孔軸線和水平面的夾角。反井鉆機(jī)鉆孔傾角也是由工程需要確定，但一般要滿足擴(kuò)孔過程破碎下來(lái)的巖屑靠自重可以
自動(dòng)下落；另一方面，隨著鉆孔傾角的變小，鉆孔精度控制難度也在加大，綜合考慮，一般要求鉆孔傾角大于40°，這也可以滿足一般地下工程需要。但對(duì)于一些市政管網(wǎng)，不能采用其它方法施工時(shí)，反井鉆機(jī)也可以施工近水平孔，但工序復(fù)雜，要采取控制鉆孔精度的特 殊設(shè)備，施工成本較高。 
（5）鉆孔偏斜  鉆孔偏斜是指導(dǎo)孔鉆進(jìn)開孔中心點(diǎn)和透孔中心點(diǎn)在垂直于鉆孔設(shè)計(jì)軸線的平面內(nèi)投影的最大偏移距離除以鉆孔設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的百分比。它是衡量鉆孔精度的重要依據(jù)。工程類型不同，對(duì)鉆孔精度要求也不同，如對(duì)于一些通風(fēng)孔，鉆孔精度可要求低一些，但對(duì)于還要刷大的工程，鉆孔至少要在開挖荒徑內(nèi)，要求鉆孔精度高一些。鉆孔精度與鉆機(jī)和鉆具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，對(duì)反井施工實(shí)際操作有更重要的關(guān)系，即是衡量鉆機(jī)性能和操作管理水平的重要指標(biāo)。一些反井鉆機(jī)雖然標(biāo)明 鉆孔偏斜率，但這并不是一個(gè)限定的指標(biāo)，可作為參考。