目前，天井钻机的应用已相当普及，在许多国家已经取代传统的天井凿岩爆破法。与一般的天井掘进方法相比，天井钻机掘进具有施工安全、成井周期短、缩短水平巷道掘进工作量、井壁光滑、噪音小等优点。随着各大品牌大直径大扭矩天井钻机的日趋完善，现在天井钻进技术不仅只限于地下矿山钻进天井，国外天井钻机早已成功地用于水平钻进。例如，英吉利海峡两条主隧道之间的多条水平联络巷道就是用Ｔａｍｒｏｃｋ公司生产的Ｒｈｉｎｏ天井钻机钻成的；煤炭系统用钻进法钻进大型煤仓和大直径竖井掘进用的超前井；铁路隧道和电站工程中的通风井、地下仓库钻进运输通道和竖井等。采用低矮型钻机会降低钻机工作峒室的开挖费用，且容易组装、搬运，世界地下矿山（尤其是中、小型矿山）将会增加这类钻机需求量。随着工业的进步和技术的不断创新，天井钻机的使用范围在不断扩大，也一定能满足人们对其性能的更高要求。

天井钻机概述

天井钻机是利用旋转钻进破岩成孔并能反向扩孔的井筒开挖机械设备。天井钻机掘进是指用天井钻机和扩孔刀头刀具完成天井掘进作业的方法。目前，天井钻机掘进的施工过程全部实现机械化并在天井外进行作业。天井钻机掘进法与其他天井掘进法比较，具有掘进速度快、劳动生产率高、作业安全、劳动强度低、并可实现微机遥控等优点。但天井钻机价格高，一般矿山难以购置。并且如果管理不善，单位进尺的成本会很高。

按钻进方式分为上扩法、下扩法和全断面上向钻进法三种。按照不同的钻进方式，天井钻机大致分为标准天井钻机、反循环天井钻机和盲天井钻机。

标准天井钻机安装在预钻进筒的上水平或地表。先用牙轮钻头向下钻一个直径为２００～３００ｍｍ的导向孔。孔通后，在下水平更换扩孔刀头，然后再由下至上搞成直径为０.５～６ｍ的天井。

反循环天井钻机的钻进方式与标准天井钻机相反。钻机安装在下水平，向上钻导向孔，在上水平更换扩孔刀头，由上至下扩孔。但这种钻机扩孔时排碴比较困难，也有安装、操作不便等问题存在。

盲天井钻机一般安装在下水平。采用盲孔刀头向上全断面钻进，直接成井，无需钻导向孔。也有盲天井钻机通过有线或无线遥控，迈步进入井内钻进，不需要钻杆，钻进倾角扩大到可钻进水平井。

国内外天井钻机的发展概况

１９５０年代，一些国家开始采用天井钻机掘进，到１９８０年代已经可以钻凿直径为６ｍ、深度为１０００ｍ的天井。综合成井速度为２～４ｍ／班。１９６０年代我国开始研究天井钻进法，１９７０年代后期开始应用于生产。先后研制应用了普通型和低矮型两种天井钻机，其中低矮型应用较多，可钻凿直径为１～２ｍ、深度１００～１２０ｍ的天井。当岩石坚固性系数为１２～１４时，导孔的钻速为５～７ｍ／ｈ，扩孔速度为１～１.５ｍ／ｈ，天井偏斜率小于１％，１９８０年代后期，我国天井钻机的整机加工质量和技术性能指标，以及破岩刀具的材质和耐用程度，都有较大提高，从而为进一步扩大天井钻机的应用范围创造了条件。

美国于１９６２年开始应用天井钻机，到１９９０年代初，国外地下矿山用钻进法掘进各种用途天井得到迅速推广，天井钻机得到卓有成效的应用。钻进法实际上已取代了普通掘进法，使用区域的分布主要集中在澳大利亚、加拿大、墨西哥、南非、美国和赞比亚等地。但随着世界采矿向深部发展，采矿方法不断改变，使中段高度有继续增加的趋势，原来的掘进方式已不能适应要求。因此，近几年来，国外各主要制造厂为深部开采和坚硬岩石制造了大扭矩大推拉力的天井钻机。随着天井钻机技术的进步和发展，天井钻机功率已由７５ｋＷ发展到７５０ｋＷ，扩孔孔径可达７.１ｍ，钻孔深度达到１５００ｍ。

我国天井钻机发展趋势

发展电驱动天井钻机

国外电驱动天井钻机使用十分广泛。曾有资料显示，Ｒｏｂｉｂｎｓ公司销售的２１７台天井钻机中有１１８台为电驱动天井钻机，占总数的５４％以上。因为，与液压驱动相比，电力驱动特点显著。

节能省电、运转费用低。由于液压驱动比电动多一次能量转换，液压元件的效率又比较低，加上液压系统的背压要多损失５％～８％的能量，导致液压驱动比电驱动多损失２０％～２８％的能量。

寿命长。由于技术的不断创新与发展，虽然国内电动机寿命与容量较大的油泵和油马达的寿命差不多，但大流量高压胶管属于消耗品，其寿命与电动机相较差了很多，需要经常更换，因此核算下来还是电驱动天井钻机的寿命长一些。

另外，电驱动的天井钻机还具有故障少、设备运转率高、维修费用低、油耗少等特点。因此从我国的配套水平、矿山使用维护能力和节能方面考虑，电驱动天井钻机比较符合国情，容易推广。

发展斜天井钻机

国内许多矿山，特别是有色、黄金等矿山，其３０°～５０°的缓倾斜矿体所占比重相当大，而煤矿的“上山、下山”仅在２０°～３０°之间，用普通方法掘进斜天井极为困难。因此，发展斜天井钻机很有必要。

发展盲天井钻机

据统计，我国有色金属地下矿山每年所需掘进不同规格及用途的天井可达２５万ｍ，其中盲天井工程约占天井工程量近２０％，某些矿山由于采矿方法的需要，盲天井工程量所占比例较高。因此盲天井掘进已成为矿山生产急需解决的关键问题之一。用盲天井钻机钻天井，不但具有天井钻机的高速、低耗、省力、安全等优点，还可为水平开拓带来极大的方便，而且通用性大，既能钻进盲天井，又能钻进通天井，既能在坚硬稳固的岩层中钻进，又能在松散破碎的岩层中钻进。

发展高天井钻机

随着采矿技术的发展，有些新出现的先进采矿方法往往需要拉大中段高度，从而增加了天井的一次掘进长度。尤其是一些需要改造的老矿山，有许多更长的天井需要掘进。因此开发４００ｍ以上的天井钻机也是大势所趋。

发展大直径天井钻机

国外天井钻机的成井直径已达６.２ｍ，我国大、中型矿山也有许多直径超过３ｍ的天井，因此需要大力发展大直径天井钻机。

开发自动钻进系统

近些年来，电子计算机在我国发展很快。将计算机应用到天井钻机钻进参数的自动控制上，用电脑来代替人工操作，根据钻进反馈的信息，自动调节钻进参数，以便在任何岩层和钻进深度均能获得理想的穿孔速度和刀具寿命，并精确打印出各种钻进参数和指标。为进一步提高国产天井钻机的技术水平，应不断开发并完善天井钻机的自动控制系统。