大纲

1 机械化反井钻机钻井技术的提出

1.1 传统反井施工技术与工艺

1.2 机械化反井施工技术的突破

2 反井钻井技术与装备发展历程

2.1 国外反井钻井技术与装备发展历程简述

2.2 我国反井钻井技术与装备发展历程

2.3 重要科研项目

2.4 反井钻井知识产权成果

3 大型反井钻机钻井理论与技术

3.1 反井钻机钻井围岩稳定控制技术

3.2 机械破岩机理与破岩技术

3.3 反井钻机动力驱动控制技术

3.4 导孔钻进与风险控制技术

3.5 扩孔钻进与风险控制技术

3.6 反井钻机钻井降温除尘技术

4 典型反井钻机钻井工艺应用

4.1 溜矸孔反井钻机钻井工艺应用

4.2 深大倾角斜井反井钻井工艺应用

4.3 人工冻结地层中反井钻机钻井工艺应用

4.4 地面预注浆改性地层中反井钻机钻井工艺 应用

4.5 井筒延伸工程中反井钻机钻井工艺应用

4.6 富水冲积层反井钻机钻井工艺应用

4.7 瓦斯管道井反井钻机钻井工艺应用

4.8 双风井井筒反井钻机钻井工艺应用

 内容总结

1）传统反井施工技术与工艺。传统的反井施工是地下工程建设中施工难度大、风险高的作业项目。传统反井施工工作面在作业人员的头顶上方，顶部爆破新揭露的井筒围岩容易出现掉石、塌方、片帮、淋水和有害气体聚集等危险。随着地下采矿和地下工程建设的技术发展，反向凿井方法也在不断发展进步。从开始人工直接蹬渣作业，发展出煤矿中常用的木垛法，而金属矿山以及水力发电站坚硬稳定岩石地层条件中常采用吊罐法和爬罐法，反井施工速度在一定程度上得到提高，反井深度逐渐增大。

2）机械化反井施工技术的突破。经过40年的研究和发展，反井钻机作为钻井装备形成了适用可行的反井钻井工艺，主要有下导上扩式、上导下扩式、上导上扩式、直接上钻式４种主要反井钻机钻井工艺。

1）国外反井钻井技术与装备发展历程简述。反井钻机法最早于１９４９年由德国工程师赫尔贝德（ Ｈｅｒｒ  Ｂａｄｅ） 提出并付诸实践， 德国工程师贝德借鉴了吊罐法的反井施工工艺，并结合隧道掘进机技术，设计出第１台无钻杆反井钻进设备。

2）我国反井钻井技术与装备发展历程。改革开放以来，我国经济发展增速迅猛，矿物资源和能源的需求与日俱增，地下工程建设大力发展的需求带动下，促使了我国反井钻井技术的发展。

3）重要科研项目。随着我国反井钻机钻井技术与装备的持续创新发展，在国家科技项目资助和企业合作的条件下，开展了反井钻机钻井装备性能科研攻关和工程应用，取得了一系列创新性成果，形成了以机械破岩为核心的反井钻机钻井技术、装备和工艺体系。

4） 反井钻井知识产权成果。以“ 反井钻井” 为主题进行检索CNKI收录的论文共计1472篇，其中期刊论文1310篇，会议论文98篇，硕士论文 30 篇，博士论文仅2篇( 刘志强，大直径反井钻机关键技术研究，2014;胡修坤，反井钻机镶齿滚刀破岩机理及性能研究，2019)。 近40a反井相关学术论文发表趋势如图 14 所示。

目前，机械破岩钻井装备种类很多，根据钻进破 岩方式分为冲击钻进和旋转钻进装备，在大直径钻井装备研制中已不再采用冲击破岩方式;根据钻进方向划分为正向钻井和反向钻井;根据钻头旋转驱 动方式划分为转盘方钻杆驱动、动力头驱动和井下动力装备驱动。 其中大型反井钻机动力头驱动的旋转钻进装备，与竖井掘进机、竖井钻机并称为 3 大深 大直径井筒全断面机械钻进装备系统 。

反井钻井一类是直接作为导井用，通过再扩挖形成井筒工艺，即采用反井钻机在井筒中心钻进小直径导井，导井也称为溜渣孔或溜矸孔。 另一类是直接采用反井钻机直接钻到井筒的设计荒径，经过必要支护后形成井筒。40a来对在探究反井钻井技术、工艺的研究及大量现场反井钻井实践，对反井钻 井理论、反井钻井装备、反井钻井工艺进行验证，以 反井钻机钻井工艺为基础解决了特殊地下工程开发中的施工难题，取得了较好的经济效益和社会效益，并且反井钻井技术工艺应用范围逐渐拓展。

 结语与展望

    回顾了我国反井钻机钻井技术与装备的发展历 程与工程应用，分析了钻井钻井技术与装备的现状，梳理了我国反井钻机钻井领域取得的重要成果。反井钻机钻井作为可控的机械破岩技术的线性代表，相对于爆破破岩具有在岩断面形状可控、破岩工作连续、围岩扰动小等优点，且随着破岩刀具材料的发 展以及装备性能的提高，反井钻机破岩效果、破岩效率以及破碎单位体积岩石的能耗大幅度下降，破岩刀具寿命延长，钻进成本逐渐降低，钻进能力不断提高，反井钻机钻井已逐渐成为地下工程井筒建设的 主要钻进方式之一。 反井钻机与竖井掘进机、竖井钻机并称为 3 大深大直径井筒全断面机械化、自动化钻进装备系统。

    然而，随着我国深地探索与深部资源开采的国家战略需求，深地高应力、高地温和高渗透压的多场 耦合复杂地层条件对反井钻井理念、技术、装备和工艺水平、管理水平等提出了更高的要求，反井钻机高效破岩、精准钻进与井筒围岩稳定控制技术发展还存较大的提升空间。 为此，提出以下建议与展望。

1)针对反井钻机钻井井筒围岩稳定性控制方 面，需要攻克深部破碎岩体的预加固技术并进行材 料的研究，解决反井钻机钻进有害气体的封堵问题，攻克软弱地层反井钻机钻进过程中同步支护难题。

2)针对地层高应力、高温度和高水压环境，研发破岩刀具新型耐磨材料、刀具形制和布置方式、以及智能换刀系统;同步探求新型破岩机理与技术，推进新型破岩工艺与装备的研发，实现岩石高效破碎分离和安全可靠钻进。

3)针对反井钻井过程中导孔钻进和扩孔钻进 偏斜问题，研究钻进过程中钻头姿态调整与精准钻进等关键技术，推进反井钻机破岩钻进装备故障诊断、远程控制和维护技术，降低结导孔钻进与扩孔钻进过程中的风险。

4)针对反井钻机导孔钻进过程中正循环排渣 效率低的问题，研究机械破岩效率与多相流循环高 效排渣技术，研发高效绿色环保型循坏排渣介质材料;针对反井钻机扩孔钻进过程中下水平空间铲车出渣、胶轮卡车运渣的问题，研发下水平无人化连续 排渣和提升技术。