摘要  本文介紹了反井鉆機及反向鑿井施工技術，并根據反井鉆機施工工藝特點，對其進行了分類；總結了各類鉆機適用范圍、優缺點；例舉了利用反井鉆機輔助施工某些下水平有巷道的井筒實例，從破巖、裝運，支護等方面與普通鑿井法作了比較。認為這種工藝先進、效率高、安全可靠，有十分顯著的經濟效益和社會效益，有廣泛的應用前景。最后，分析了部分工程實例。
關鍵詞：  反井鉆機；反向鑿井； 井筒
反井是礦井建設中的重要工程項目，主要包括井下煤倉、暗井和通風孔等。過去常用的反井施工方法有木垛法、吊卸法和爬卸法。這些方法存在著工效低、工人要在裸露的頂板下作業，受落石、沼氣、炮煙和粉塵的危害，傷亡事故時有發生，安全沒保障。50年代末，國外采用反井鉆機將工人從繁重的體力勞動下解脫出來，反井工程實現了機械化，提高了施工速度，徹底改善了反井施工的安全狀況。70年代，我國開始反井鉆機的研制，目前已有幾種定型產品，施工工藝也逐漸的完善與成熟，應用范圍不斷擴大，除施工煤倉、暗井等淺孔外，還進行了反井鉆機施工井筒的嘗試，取得了較好的效果。
1  反井鉆機
在地下巷道之間的豎直或傾斜聯絡通道、煤倉、暗井等工程，由于無法像地面施工井筒那樣，布置穩車、絞車等大量設備，一般要采用反井法。施工反井是先由下向上掘出小斷面溜渣孔，然后再由上向下刷大成井。反井和刷井過程中破碎下來的巖石和地層涌水，通過溜渣孔落到下水平。傳統的反井施工方法，需要人員進入工作面工作，而采用反井鉆機鑿井，則實現反井施工機械化。
根據鉆機安裝位置、導孔和擴孔鉆進方向，目前我國反井鉆機分為三類（表1）：
表1     三種類型反井鉆機比較

鉆機         類別 項目	第I類	第II類	第III類
鉆機安裝位置	上水平	下水平	下水平
導孔方向	由上向下	由下向上	無導孔
拆導孔鉆頭接擴孔鉆頭位置	下水平	上水平	——
擴孔方向	由下向上	由上向下	由下向上
擴孔出渣	下水平	下水平	下水平
適用條件	上下水平都有巷道	上下水平都有巷道	下水平有巷道
優點	鉆機和出渣在兩水平互不干擾，工作條件好；受地質條件影響小；鉆孔垂直度容易控制。	鉆機功率小，相對體積和重量小。	可以在上水平沒巷道時采用
缺點	導孔鉆進難度大，需要的輔助設備較多。	出渣和鉆進相互影響；一次擴孔直徑較小，需要分級擴孔；鉆孔垂直度難以保證。	鉆機功率大；鉆具較復雜；出渣和鉆進相互影響。

第一類，反井鉆機安裝在上水平，由上水平向下鉆進導孔，在下水平拆導孔鉆頭，接擴孔鉆頭，由下向上擴孔。
第二類，鉆機安裝在下水平，由下水平向上鉆進導孔，在上水平拆導孔鉆頭，接擴孔鉆頭，由上向下擴孔。
第三類，鉆機安裝在下水平，由下水平全斷面向上水平鉆進，一次成孔。
例如，北京建井研究所研制的LM系列、南京煤研所研制的AF系列、長砂礦山研究院研制的ATY系列、從美國引進的83RM-HE型和從芬蘭引進的Rhino1000型為第一類；從西德引進的PLEH1200型為第二類；重慶煤研所仿制蘇聯飛箭-77的ZOQ100/100型為第三類。
2．利用反井鉆機施工井筒
對于改擴建和某些下水平有生產系統的井筒，可以利用反井鉆機施工。該工藝主要包括用反井鉆機鉆溜矸孔和用爆破法刷大。這種方法充分利用反井鉆機施工小直徑鉆孔速度快、質量好和鉆眼爆破法破巖效率高等特點，實現井筒快速施工。這種施工工藝和普通法施工工藝比較有以下優點：
（1）破巖效率高
反井鉆機施工溜矸孔時破碎下來的巖石靠本身自重落到下水平，避免了普通鉆井方法重復破碎，因此破巖效率高。擴孔刷大時，由于有溜矸孔的自由面存在，使爆破效率提高（鉆爆法炮眼利用率一般在85%）。采用這種方法施工，精心布置炮眼，可將爆破效率提高5%~10%，并且有利于實現深孔光面爆破。
（2）提高裝巖速度
裝巖是普通法施工循環中最繁重的工作，消耗工時多、效率低，通常占整個循環的50%以上。 我國雖然已擁有斗谷0.4m³、0.565m³，0.6m³的多種型號的抓巖機，但裝巖速度仍很低，直接影響了掘進速度，因此，加快鑿井速度的關鍵在于提高裝巖速度。采用反井鉆機鉆出溜矸孔后，爆破下來的矸石直接落到下水平巷道，用耙斗裝巖機將矸石裝入礦車，由井下生產系統運往地面，與普通施工法的抓巖機將矸石抓入吊桶提升到地面，經翻矸臺、溜矸槽裝入礦車或汽車的裝運方式相比效率提高很多。正是由于利用反井鉆機施工井筒，很好地解決了矸石的裝運問題，所以可以提高鑿井速度，同時由于吊桶只作人員和材料運輸，吊桶容積和絞車的型號都可減小，也省掉了翻矸臺和溜矸槽等設施。
（3）井壁質量高
    采用反井鉆機鉆出溜矸孔，為光面爆破創造了良好的條件，減小對圍巖的破壞作用；可采用錨噴作臨時支護和液壓滑模作永久支護，減少井壁接茬，提高井壁質量。
（4）節省通風和排水設備
普通法施工井筒，需安設臨時通風設備和提吊系統，而反井鉆機鉆出溜矸孔后，可以利用井下原有的通風系統，解決掘進過程中的通風問題。同時井筒的涌水可以從溜矸孔流到井下，由井下泵站排到地面，節省吊泵等臨時排水設備，降低成本，提高掘進速度。
然而每個井筒的條件都不盡相同，應作具體分析，采取不同的施工方案，以上介紹的不同類型反井鉆機，為不同條件下井筒施工提供了設備保障（表2）。由于反井法施工井筒需要有下水平巷道，因此，在井巷設計和施工排隊時就要作統籌考慮，以便能利用這種工藝，快速、經濟地完成井筒施工。例如，在表土淺或沒有表土的井田，選擇開拓布置方案時，盡量避免建井初期開鑿大直徑風井，以采區風井為主的通用方式。根據采區的生產能力和服務年限，當一個或相鄰的幾個采區共用一個風井，需風量不足時，可直接利用反井鉆機鉆孔通風；當服務年限長，需風量大，將鉆孔再刷大到所需直徑，這樣即可減少建井初期投資，又可簡化通風系統。又如，新建礦井一般有兩個或三個井筒相距較近，主、副井相距幾十米，這樣可先用普通法施工完一個井，形成出渣系統；然后，再利用反井鉆井施工另一口井。采取混合方式開拓的井田，如斜井一立井或平峒—立井開拓，可以先施工斜井或平峒，再用反井鉆井法施工立井。
3．工程實例
隨著我國煤炭工業的發展，每年都有新建井筒和改擴建井筒工程，其中部分井筒我們嘗試采用反井鉆井法施工，取得了較好的經濟效益和社會效益。
（1）焦家寨煤礦副立井
焦家寨礦副立井是該礦擴建的關鍵工程。該井深309m，凈直徑6.5m，上部主要以卵石為主的沖積層，含水豐富；下部為二迭系上石盒子組，下石盆子組、山西組、石炭類系太原群，巖石以砂巖、砂頁巖、頁巖和煤為主。根據井筒地質條件確定了“沖積層段采用降水疏干加局部注漿，基巖段采用反井鉆機鉆鑿溜矸孔，然后，爆破刷大成井的施工方案。1991年2月完成沖積層段施工，下部基巖段的反井施工采用前面介紹的第二種方案，采用LM-120型反井鉆機。1991年7月12日下放鉆機，到8月16日完成236m的基巖段鉆進。
（2） 蔣莊煤礦南風井
棗莊礦業集團蔣莊煤礦進行通風系統改擴建新建一回風井，井深272m，凈徑4.5m，上部125m表土段采用凍結法施上。為加快基巖段施工速度，充分利用礦原有生產系統，采用LM-120型反井鉆機鉆進溜矸孔，然后再刷大的施工方案。2002年4月14日反井鉆機下井，到4月28日，鉆成直徑1.2m，深度147m，鉆孔偏差300mm的溜矸孔，然后爆破刷大，用時1.5個月，快速完成基巖段鑿井工作，為該礦增產創造了有利條件。
（3）       許疃煤礦副井
許疃煤礦副井井筒，上部表土段深度300m，采用鉆井法鑿井，成井直徑6.5m。由于該礦主井、風井已形成生產系統，確定基巖段采用反井鉆機施工溜矸孔，然后再刷大的施工方案。溜矸孔直徑1.2m，鉆孔深度139m，鉆孔時間9d，現正進行擴挖和支護工作。
4．結語
    利用反井鉆井法施工井筒，可以充分利用井筒上下的生產系統實現快速施工，可降低1/3~1/2的工程造價，并且安全可靠，經濟效益和社會效益顯著。這種工藝除了應用于改建、擴建井筒之外，還可以從井巷設計上創造條件，使其應用到一些新建井筒。