天井鉆機在大傾角高天溜井施工中應用*

易洋來 薛小蒙 王 杰

(1.湖南辰州礦業(yè)股份有限責任公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.華唯金屬礦產資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

天井鉆機在大傾角高天溜井施工中應用*

易洋來1薛小蒙2,3,4王 杰2,3,4

(1.湖南辰州礦業(yè)股份有限責任公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.華唯金屬礦產資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

以甘肅加鑫礦業(yè)有限公司以地南礦區(qū)特殊工程地質大傾角高天井開拓為例，介紹了人工普通法施工中存在的問題及天井鉆機的施工情況，對兩種施工方法進行了工效、成本等技術經濟指標分析比較，推薦大傾角長天溜井施工采用天井鉆機，并提出了天井鉆機連續(xù)施工的改進方案。

天井鉆機 天井施工 施工工藝

天溜井包括行人通風天井、出礦主溜井。天溜井施工是地下礦山中的關鍵工程之一[1]，大部分礦山在施工通風、材料、充填等溜井時采用普通法，甘肅加鑫礦業(yè)有限責任公司也采用了普通法施工天井。但該施工方法存在勞動強度大、安全隱患大、掘進效率低、貫通精確度不高、成井后使用效果差等諸多問題[2-4]。嚴重制約甘肅公司開拓探礦以及采場準備的進度，而使用天井鉆機施工法可以很好的解決上述問題。

1 天井鉆機現場使用概況

加鑫礦業(yè)有限責任公司以地南礦區(qū)礦脈較薄，傾角約80°，礦石遇水極易泥化；圍巖穩(wěn)固性相對較好，但節(jié)理裂隙非常發(fā)育；礦巖均為滲水層。開采中需要施工大量的充填、通風天井及礦、廢石溜井。

為降低大傾角高天溜井施工風險，提高作業(yè)效率，加鑫公司于2014年3—5月應用天井鉆機先后施工了30500407和30500401采場充填天井。30500407采場充填天井設計坡度78°，方向285°，長度40.7 m，直徑1.5 m，天井鉆機硐室擴刷等施工準備用時約7 d，自上而下鉆進φ244 mm導孔用時3 d,采用φ1 500 mm刀盤自下而上天井擴刷形成井筒用時7 d；30500401采場充填天井設計坡度為90°，長度38.4 m，直徑1.5 m，天井鉆機施工準備約7 d，導孔鉆進用時約2.5 d，擴孔鉆進用時6.4 d。

成井效果見圖1。

圖1 30500401充填井施工效果

2 天井鉆機與人工普通法施工的對比分析

(1)施工效率。天井鉆機施工需擴刷施工硐室、水倉、搗制設備基礎、安裝施工電纜等，施工準備期約7 d，鉆機施工約10 d；普通法施工天井用 2.2 m 長鋼釬，每循環(huán)進尺約1.8 m，3 d施工兩個循環(huán)，平均1.2 m/d，完成一個天井理論上用時34 d。

(2)施工安全。普通法施工大坡度天井，人工鑿爆，有墜落、松石、爆破、閉氣等安全隱患；天井鉆機施工，作業(yè)人員在平巷內操作機械設備即可，無上述安全隱患。

(3)施工精確度控制。因該公司測量工程技術人員缺乏，普通法施工大坡度天井時貫通偏差較大，達不到設計要求；天井鉆機施工開鉆前測量人員只需放出開鉆點和天井方位，給出設計坡度，貫通精度就可完全達到設計要求。

(4)勞動強度。該公司處于高寒地區(qū)，普通法施工天溜井難度及強度極大，天井鉆機施工人員無需進入天溜井，在平巷內進行設備操作即可，勞動強度低。

(5)成本。普通法掘進天井成本約1 100元/m(不含電力)，但存在因安全無法保障而半途廢止的情況；天井鉆機施工成本約4 700元/m(不含電力)，可以保證100%合格率。

以施工40 m中段天井為例，兩種不同施工方式溜井掘進費用比較見表1。

表1 兩種施工方法直接成本計算

從表1中可以看出：40 m中段天井施工，天井鉆機施工費用較人工普通法施工費用高出約6萬元。主要是天井鉆機成本高，折舊費用高。

(6)成井效果。普通法施工天溜井，施工過程中因爆破對周邊圍巖的破環(huán)，巖體沿節(jié)理裂隙容易產生凹凸、甚至天井被迫拐彎，成井效果差。若作為通風井則加大了通風風阻，作為充填井則極易發(fā)生堵塞，作為材料井極可能發(fā)生材料堵在半空現象，作為人行井更有井壁浮石掉落隱患。天井鉆機施工天溜井屬于機械磨碎巖體，對井壁不產生破壞，井壁光滑，基本避免了普通法施工天溜井的各項缺點，能達到較好的使用效果(見圖1)。

3 綜合效果分析

與普通法掘進天溜井相比，天井鉆機施工優(yōu)點有：安全、高效、貫通精確度高，成井效果好，勞動強度低，施工過程無需測量等。不足之處有：需增加額外掘進、擴刷工作量，以滿足設備安裝運行；設備負荷較大，對供電保障要求高；施工單位成本較高；現場管理難度較大等。兩種施工方法各項指標對比見表2。

4 天井鉆機施工存在的問題與改進措施

(1)天井鉆機施工過程中組織管理方面存在的問題有：準備工作滯后、工作銜接不到位。改進措施有：①提前做好施工前所有施工點的硐室擴刷、供水、供電的準備工作，提高設備使用效率；②安排專人進行天井鉆機施工的銜接與技術管理工作。

表2 兩種施工方法指標對比

注：天井施工長40 m，天井傾角78°。

(2)系統(tǒng)方面存在的問題有：現有供電系統(tǒng)不能滿足天井鉆機施工負荷需要，由于地壓影響，部分巷道規(guī)格太小，不符合設備進場要求。改進措施有：①進行中段供電規(guī)劃與改造；②對天井鉆機所經巷道進行擴刷改造。

(3)設備改進。目前天井鉆機擴刷產生的細渣仍然需要采用電耙、裝巖機鏟裝，無法實現24 h連續(xù)作業(yè)和全流程高機械化。建議在出渣環(huán)節(jié)增加裝渣斗及螺旋給料機，實現24 h連續(xù)作業(yè)，渣水自動分離、擴刷渣直接排入礦車，以提高勞動生產效率和施工機械化程度，降低人員勞動強度。

[1] 王長貴.地下礦山天溜井施工方法的探討[J].采礦技術,2008,8(5):19-21.

[2] 周 祥，周 偉，田 占，等.人機聯合溜井施工工藝[J].現代礦業(yè),2013(12):115-116.

[3] 張連恒，郭建清.天井鉆機在錫鐵山鉛鋅礦的應用[J].中國礦山工程,2011,40(6):55-61.

[4] 馬維清，張生良.深孔分段爆破天井、溜井施工方法[J].現代礦業(yè),2009(12):76-78.

[5] 閻海鵬.巷道施工技術[M].沈陽：東北大學出版社有限公司，2014.

*“十二五”國家科技支撐計劃項目(編號：2011BAB07B01)。

2015-04-16)

易洋來(1982—)，男，副總經理，工程師，419607 湖南省懷化市沅陵縣官莊鎮(zhèn)。