司家營鐵礦Ⅲ#采場二期基建工程實(shí)踐

楊 闖 劉汝勇 葉會師

(河北鋼鐵集團(tuán)灤縣司家營鐵礦有限公司)

司家營鐵礦Ⅲ#采場二期基建工程實(shí)踐

楊 闖 劉汝勇 葉會師

(河北鋼鐵集團(tuán)灤縣司家營鐵礦有限公司)

司家營鐵礦Ⅲ#采場井下一期工程礦石回采工作接近尾聲，必須加快二期基建工程。針對自投產(chǎn)以來生產(chǎn)中出現(xiàn)的巷道廢棄和利用率不高、采場和井底車場的通風(fēng)困難等問題，優(yōu)化Ⅲ#采場-180 m中段基建工程設(shè)計(jì)，同時(shí)對各分部工程的施工方案進(jìn)行優(yōu)化，對突發(fā)性施工難題進(jìn)行變更設(shè)計(jì)，從而縮短基建工期，保證了生產(chǎn)的順利銜接。

天井布置 反井鉆機(jī)導(dǎo)井法 基建施工

司家營鐵礦Ⅲ#采場于2007年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為180萬t/a，采用豎井與斜坡道聯(lián)合開拓方式，無底柱分段崩落采礦法，階段高度為60 m，分段高度為12 m，進(jìn)路間距為10.5 m(Ⅰ#礦體)、12.5 m(Ⅱ#礦體)。截止到2011年3月，Ⅲ#采場-120 m 中段的Ⅱ#礦體-108 m水平資源儲量接近枯竭；而Ⅰ#礦體在-84，-96和-108 m水平的礦石儲量明顯銳減，經(jīng)統(tǒng)計(jì)已不足260萬t。Ⅲ#采場正在進(jìn)行二期-180 m中段基建工程施工?？傮w上，Ⅲ#采場的三級礦量比例明顯失衡。Ⅲ#采場-180 m中段賦存礦石儲量不多，僅為520萬t左右，達(dá)產(chǎn)后即180萬t/a，僅能維持3 a 生產(chǎn)。Ⅲ#采場-180 m中段開拓工程和-120 m中段日常生產(chǎn)相互影響。-180 m 中段各個(gè)水平實(shí)施采切工程，掘進(jìn)工作面較多，排矸量大，副產(chǎn)礦石較多，副產(chǎn)礦石只能通過采場內(nèi)的溜井集中排出，嚴(yán)重制約了排矸速度，影響了采掘進(jìn)度，必須盡快完成-180 m中段基建工程，形成井下裝礦、運(yùn)輸、提升等完善系統(tǒng)，以達(dá)到Ⅲ#采場早日達(dá)產(chǎn)的目的。

1 基建工程內(nèi)容

Ⅲ#采場-180 m中段基建是司家營地區(qū)首個(gè)擴(kuò)產(chǎn)二期工程，主要工程為井底車場、采區(qū)斜坡道、水泵房、中央變電所、機(jī)修硐室、避難硐室、溜礦井、通風(fēng)井、裝礦硐室、卸礦硐室等，基建工程量共計(jì)7萬m3，土建工程量共計(jì)1.34萬m3，總投資0.4億元。

2 基建工程設(shè)計(jì)優(yōu)化

根據(jù)司家營鐵礦Ⅲ#采場-120 m中段生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)管理，對-180 m中段基建工程設(shè)計(jì)從兩方面進(jìn)行優(yōu)化：Ⅰ#、Ⅱ#礦體的進(jìn)風(fēng)井、回風(fēng)井及溜井的數(shù)量和布置，措施井卸礦硐室的運(yùn)輸路線與通風(fēng)環(huán)境。

2.1 天井的數(shù)量及布置

Ⅲ#采場-180 m中段基建天井按其作用分為巖石溜井、礦石溜井、進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井，其中Ⅰ#礦體有1條回風(fēng)井、2條進(jìn)風(fēng)井和3條礦石溜井，Ⅱ#礦體有1條巖石溜井、2條回風(fēng)井、2條進(jìn)風(fēng)井和5條礦石溜井。

Ⅰ#礦體的回風(fēng)井、進(jìn)風(fēng)井和礦石溜井?dāng)?shù)量適合，但是布置不適合Ⅲ#采場-180 m中段日常生產(chǎn)。礦石溜井的布置位置并不利于各分段水平采場的通風(fēng)環(huán)境和鏟運(yùn)設(shè)備出礦。所以將Ⅰ#礦體的各礦石溜井布置在采場的聯(lián)絡(luò)巷出口附近。

原-180 m中段Ⅰ#礦體進(jìn)風(fēng)井過于集中在礦體的中部，通過合理布置4#、5#進(jìn)風(fēng)井位置，使得回采礦體北部時(shí)通風(fēng)環(huán)境良好。

Ⅱ#礦體的巖石溜井布置在礦體中部，根據(jù)-120 m 中段的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，-180 m中段可以不設(shè)置巖石溜井。Ⅱ#礦體僅存在一部分且儲量較少的赤鐵礦，其進(jìn)路中部分夾巖是隨著氧化礦的揭露而剔除的。所以，Ⅲ#采場-180 m中段取消Ⅱ#礦體巖石溜井的布置。

原Ⅲ#采場-180 m中段Ⅱ#礦體設(shè)計(jì)有2條回風(fēng)井，一條布置在礦體中部，另一條布置在礦體的最南部。根據(jù)-120 m中段的通風(fēng)管理經(jīng)驗(yàn)，南部回風(fēng)井能較好解決各分段水平的通風(fēng)問題，中部進(jìn)風(fēng)井不能有效使礦體北部的污風(fēng)回流至措施風(fēng)井，還擾亂了各分段水平的通風(fēng)環(huán)境。所以，-180 m 中段在Ⅱ#礦體最北部設(shè)置一條進(jìn)風(fēng)井(1#)。

2.2 卸礦硐室的通風(fēng)環(huán)境與運(yùn)輸路線

-120 m中段機(jī)修硐室的使用率不高，其北部巷道長期處于閑置狀態(tài)，采取增加風(fēng)門和安設(shè)風(fēng)機(jī)等措施仍不能有效地改善通風(fēng)環(huán)境。通過研究決定，對-180 m中段的機(jī)修硐室位置進(jìn)行變更設(shè)計(jì)，把機(jī)修硐室的整體斜向措施井卸礦硐室布置，把機(jī)修硐室的北口連接到措施井卸礦硐室的南部，不僅改善了卸礦硐室和機(jī)修硐室的通風(fēng)環(huán)境，還減少了井底車場100 m的巷道掘進(jìn)工程量，減少相應(yīng)的混凝土支護(hù)、軌道及架線的鋪設(shè)工程，以及水溝、照明等其他輔助設(shè)施。同時(shí)可以有效解決井下2個(gè)卸礦硐室間運(yùn)輸?shù)V石的操作不便、生產(chǎn)組織困難等問題，礦石運(yùn)輸效率提高了5倍，便于生產(chǎn)組織。

3 施工方案選擇

-180 m中段基建工程共有8條溜礦井和5條進(jìn)風(fēng)井，設(shè)計(jì)段高均為-120～-180 m，井徑為3 m，采用反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工。

3.1 反井鉆機(jī)導(dǎo)井法原理

反井鉆機(jī)導(dǎo)井法原理：鉆機(jī)電機(jī)帶動(dòng)液壓馬達(dá)，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)生的軸向拉力、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)形空間與洗井液排出鉆孔；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，從上水平到鉆透的下水平形成小直徑(φ216 mm)鉆孔，之后將導(dǎo)孔鉆頭卸下，裝上擴(kuò)孔鉆頭(φ1.4 m)；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。

3.2 反井鉆機(jī)安裝與固定

鉆機(jī)基礎(chǔ)混凝土澆筑后，將輕型軌道鋪設(shè)在混凝土平臺上，然后將鉆機(jī)吊至軌道，調(diào)好鉆機(jī)位置，鎖緊卡軌器，豎起鉆架，安裝后拉桿，調(diào)平鉆機(jī)，用螺栓將鋼墊板連接在鉆架上，安裝前拉桿及埋設(shè)預(yù)埋螺栓，再次調(diào)平鉆機(jī)，澆筑Ⅱ期混凝土。

3.3 導(dǎo)孔施工

Ⅱ期混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，安裝轉(zhuǎn)盤和翻轉(zhuǎn)架，調(diào)平鉆機(jī)。導(dǎo)孔開始鉆進(jìn)時(shí)采用高轉(zhuǎn)速低鉆壓，動(dòng)力水龍頭使用快速擋，鉆壓為2～5 MPa，一般情況下，對于松軟地層和過渡地層應(yīng)采用低鉆壓，對于硬巖和穩(wěn)定地層宜采用高鉆壓。

動(dòng)力水龍頭向下推進(jìn)至最低位置時(shí)停止，檢查棘輪套的插銷是否頂出，如果插銷頂出，說明孔內(nèi)石渣沒有沖洗干凈，繼續(xù)沖洗至插銷回到原位。導(dǎo)孔石碴沖洗干凈后，關(guān)閉泥漿泵，連接鉆桿，開啟泥漿泵，繼續(xù)往下鉆進(jìn)。為了控制導(dǎo)孔的偏斜率，開始鉆進(jìn)時(shí)放置一根穩(wěn)定鉆桿，一般情況下鉆頭后連續(xù)裝6～8根穩(wěn)定鉆桿，以后間隔一定的距離放置一根，直到60 m豎井導(dǎo)孔工作結(jié)束。

3.4 擴(kuò)孔鉆進(jìn)

導(dǎo)孔鉆透地層后，在下平硐用卸扣器將導(dǎo)孔鉆頭和鉆桿換下，用裝載機(jī)將鉆頭運(yùn)至導(dǎo)孔下方，將上下提吊塊分別與鉆頭、導(dǎo)孔鉆桿固定，上下提吊塊用鋼絲繩連接，提升導(dǎo)孔鉆桿，使鉆頭離開地面約20 cm，然后固定鉆頭，下放導(dǎo)孔鉆桿，拆去上下提吊塊，接上φ1.4 m的擴(kuò)孔鉆頭，再由下往上擴(kuò)孔至上水平巷道。擴(kuò)孔鉆壓的大小根據(jù)地層的具體情況而定，軟巖低壓，硬巖高壓，但是，主泵油壓不得超過24 MPa，副泵油壓不得超過18.5 MPa。

3.5 實(shí)施效果

與原計(jì)劃的人工正井法相比，反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工工序較簡單，只有鉆機(jī)安裝，導(dǎo)孔、擴(kuò)孔鉆進(jìn)，而人工正井法包括打眼、裝藥、放炮、通風(fēng)、出矸、排水、臨時(shí)支護(hù)等工序。反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工不需要工人直接在工作面作業(yè)，相對人工正井法更安全、更高效。就工程質(zhì)量而言，反井鉆機(jī)導(dǎo)井法施工孔壁光滑，質(zhì)量好，人工正井法則一般。借助于φ1.4 m孔進(jìn)行人工擴(kuò)刷至3 m時(shí)，施工速度快，炸藥單耗小。-180 m中段13條豎井僅用了180 d就安全順利完成，比人工正井法提前48 d，節(jié)約成本約10%。

4 技術(shù)難題的化解

4.1 措施井卸礦硐室施工

措施井運(yùn)輸巷道掘進(jìn)至卸礦硐室，由巷道中心線方向向左側(cè)擴(kuò)幫至4.4 m時(shí)與措施溜井崩透，洞口長5 m，高3 m，下部與措施溜井直接相通，無法按照原設(shè)計(jì)施工，為防止井筒內(nèi)掉落的巖石砸壞卸載坑，同時(shí)保證措施溜井卸礦硐室的安全正常使用，對原施工設(shè)計(jì)進(jìn)行變更。

在硐室與井筒崩透處采用600 mm厚的C25鋼筋混凝土隔墻封閉，隔墻下方用6.45 m長的300 mm×300 mm×10 mm×15 mm的HW型鋼材支撐，鋼材鑲嵌在兩端梁窩內(nèi)。隔墻外側(cè)采用10 mm厚帶生根鉤的鋼板加固，同時(shí)可作為外側(cè)的模板(人員不用進(jìn)入到井筒內(nèi)立模與穩(wěn)模)。隔墻內(nèi)采用φ20 mm螺紋鋼按300 mm網(wǎng)度焊接成網(wǎng)。在隔墻與巖體接觸處采用φ30 mm圓鋼錨桿按800 mm網(wǎng)度固定。最終安全順利施工完措施井卸礦硐室。

4.2 措施溜井卸載坑施工

由于措施溜井卸載坑巖石結(jié)構(gòu)較差，并且長期受礦石沖擊及井內(nèi)淋水侵蝕，在-180 m中段卸載坑?xùn)|南側(cè)下方形成φ2 m的沖擊坑，與原設(shè)計(jì)相差甚遠(yuǎn)，無法施工。為保證日后卸載坑的正常使用及電機(jī)車的運(yùn)輸安全，同時(shí)防止卸載坑因受礦石沖擊而再次擴(kuò)大，為此進(jìn)行變更。

在卸載坑的南、北、西3個(gè)斜坡面，采用φ16 mm鋼筋綁扎并固定，進(jìn)行鋼筋混凝土澆筑，斜坡底部混凝土著力點(diǎn)處采用寬350 mm，厚16 mm的鐵模板做基礎(chǔ)平臺；采用鋼筋混凝土澆筑沖擊坑，鋼筋綁扎時(shí)與固定在巖石壁上的錨桿焊接相連；軌道下方的基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土澆筑成梁，用φ16 mm鋼筋綁扎成長12 m，寬1.5 m，厚1 m的雙排基礎(chǔ)梁，橫筋間距為0.15 m，縱筋間距為0.2 m。最終安全順利施工完卸載坑。

5 生產(chǎn)銜接

通過吸取其他礦山基建移交生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對司家營鐵礦后期基建和前期生產(chǎn)的銜接做了充分研究，取得了很好的效果。采取主要措施如下：

(1)當(dāng)Ⅲ#采場-180 m中段2#運(yùn)輸巷機(jī)械設(shè)備已經(jīng)安裝完成，但是中央變電所沒有完全形成，無法為2#采區(qū)變電所、4#牽引變電所供電，導(dǎo)致2#礦體出礦日期相對滯后。為解決此項(xiàng)問題，利用原來-120 m 水平采場內(nèi)的低壓電纜“T”型接出2條電纜，分別接入到-180 m中段2#采區(qū)變電所整流柜和低壓柜，為2#運(yùn)輸巷提供550 V直流電源，以滿足振動(dòng)放礦設(shè)備和照明。至此，為-180 m中段2#礦體提供了動(dòng)力電源，形成了完整的臨時(shí)運(yùn)輸系統(tǒng)。

(2)在Ⅱ#礦體-120 m水平中南部及-132 m水平南部先后施工采準(zhǔn)工程及中深孔，形成了采準(zhǔn)、備采礦量，并對-120 m水平中南部4#采場進(jìn)行礦石回采，同時(shí)對-132 m水平南部的礦石進(jìn)路合理掘進(jìn)，以提高礦石產(chǎn)量。

(3)在基建后期，大部分的系統(tǒng)工程已經(jīng)完成，但整個(gè)系統(tǒng)并沒有按照設(shè)計(jì)真正運(yùn)行[1]。例如，主通風(fēng)系統(tǒng)尚未運(yùn)行，若要小規(guī)模試生產(chǎn)，應(yīng)充分借助于已有的臨時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)，可以增加部分通風(fēng)設(shè)施(局扇、風(fēng)筒)調(diào)整風(fēng)流、風(fēng)向，保證系統(tǒng)及某一局部正常通風(fēng)。排水及其他系統(tǒng)一樣,決不能由于大系統(tǒng)尚未運(yùn)行和局部考慮不周而出現(xiàn)安全問題[1]。

6 結(jié) 語

司家營鐵礦通過對二期基建工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證安全的前提下節(jié)省與后期生產(chǎn)關(guān)系不重要的分項(xiàng)工程量約3 000 m3。在施工卸礦硐室及卸礦坑時(shí)，積極與設(shè)計(jì)院、施工單位溝通研究，在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上有效變更，創(chuàng)造性地解決了施工中的技術(shù)難題。本次二期基建工程共計(jì)節(jié)約投資約占總投資的15%，施工總工期也提前了77 d。同時(shí)，在基建前期科學(xué)合理地優(yōu)化工程，利用已形成的系統(tǒng)工程著手前期的采礦生產(chǎn)準(zhǔn)備，提前形成出礦能力，把基建移交生產(chǎn)的過程由交接關(guān)系轉(zhuǎn)換成為搭接關(guān)系，以使整個(gè)系統(tǒng)建成后，盡快達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模，充分地發(fā)揮了投資效益，取得了很好的效果。

[1] 岳潤芳，黃 河.礦山基建后期與生產(chǎn)前期合理銜接的探討[J].金屬礦山,2005(7):62-64.

2015-03-19)

楊 闖(1986—)，男，工程師，063700 河北省唐山市灤縣響嘡鎮(zhèn)。