暗豎井小導硐反井鉆機快速施工技術

黃明健，王祖輝

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暗豎井小導硐反井鉆機快速施工技術

黃明健，王祖輝

(湖南漣邵建設工程(集團)有限責任公司，湖南 長沙 410011)

以云南普朗銅礦進風暗豎井施工為例，介紹了該技術的施工方案。暗豎井小導硐反井鉆機施工技術通過改進反井鉆機進行小導硐施工，再利用該小導硐通風排矸進行正掘擴挖成井，采取了加固反井鉆機擴孔中心管、反井鉆機鉆孔防偏斜、寬孔距小抵抗線毫秒光面爆破、鋼模液壓系統(tǒng)保護裝置等多項新技術措施提高了施工效率、安全和質(zhì)量, 依靠科學的組織管理和嚴密的安全措施，確保了暗豎井在安全優(yōu)質(zhì)條件下的快速施工。

暗豎井；反井鉆機；快速施工

0 引 言

礦產(chǎn)資源深部開采是目前礦山企業(yè)發(fā)展的大趨勢，暗豎井是礦山深部開拓延深工程的重要組成部分，優(yōu)質(zhì)快速地實現(xiàn)暗豎井施工是礦井建設的重點和難點。暗豎井施工的傳統(tǒng)方法是自上而下一次全斷面鑿巖爆破成巷，其主要難點在于提升出碴、通風和排水，尤其是低出碴率已成為限制施工速度的重要問題，不但工程成本高，而且存在較大的安全隱患[1]。具有下部聯(lián)絡道的暗豎井工程多見于礦山各類溜井、進回風井等，對于此類暗豎井可采用導硐法施工。反井鉆機的應用使暗豎井導硐法施工進入了一個新的階段，在縮短工期、降低安全隱患等方面具有顯著優(yōu)勢[1?3]。但是，暗豎井反井鉆機施工中還存在鉆機擴孔精度不夠、爆破擴挖堵塞、襯砌接口不整齊等諸多問題，制約了暗豎井優(yōu)質(zhì)快速施工的實現(xiàn)[4]。暗豎井小導硐反井鉆機施工技術是對具有下部聯(lián)絡道的暗豎井井筒施工中總結(jié)出的成功技術，在云南迪慶普朗銅礦、云南大紅山鐵礦等多個暗豎井建設中得到了很好的應用。

云南迪慶有色金屬有限責任公司普朗銅礦一期采選工程一標段溜破系統(tǒng)進風暗豎井水平標高為3720 m至3600 m，進風井底部通過聯(lián)絡道與大件道相通，設計斷面為圓形，掘進斷面直徑為5.6 m，斷面積為24.62 m2，井筒高度約120 m，支護方式采用素混凝土支護，支護厚度300 mm，巖石堅硬，其硬度系數(shù)為9，密度為2.68 t/m3，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)復雜程度均為中等。該進風暗豎井井筒施工工期為3個月，綜合平均月進尺40 m，井筒對中準確，砌壁平整光滑，在安全優(yōu)質(zhì)的條件下實現(xiàn)了快速施工。

1 暗豎井反井鉆機施工機械化配套

具有下部聯(lián)絡道的暗豎井井筒施工采用反井鉆機導硐擴孔與人工正向短段掘砌混合作業(yè)法施工，合理的機械設備配套是實現(xiàn)快速優(yōu)質(zhì)施工的重要保證[5]。普朗銅礦進風暗豎井井筒施工機械設備選型借鑒了立井施工設備配套先進經(jīng)驗[6]，并充分考慮反井鉆機施工的特點，所采用的井筒施工機械設備見表1。

表1 暗豎井筒施工裝備表

2 暗豎井小導硐反井鉆機施工方案

暗豎井小導硐反井鉆機施工可分為小導硐反井鉆機施工和正向擴刷短掘短砌混合作業(yè)施工兩個步驟，工藝流程見圖1所示。

圖1 暗豎井小導硐反井鉆機施工工藝流程

2.1 小導硐反井鉆機施工

(1) 反井鉆機安裝準備。在進行反井鉆機施工前，暗豎井的上部和下部聯(lián)絡道應已形成，并能方便提供固定電源供電及施工用水和壓風，在暗豎井井口布置反井鉆機主機位置澆筑混凝土基礎，用43 kg/m鋼軌直接鋪設至井口上方的混凝土基礎上，并在旁邊搭設泵站和鉆具存放場地，軌道下部布置循環(huán)池和循環(huán)泵等；反井鉆機基本就位后，接通工作電源，啟動鉆機車；安裝一臺15 kW通風機并用Φ600 mm的膠質(zhì)風筒接至井口鉆機位置進行通風，保證施工人員在良好的通風條件下工作。

(2) 小鉆頭正導孔作業(yè)。在進行小鉆頭正導孔施工前，先開孔鉆進，深度約為5 m；待開孔結(jié)束后拆去扶正器和開孔鉆桿，采用帶導向的綜合式異徑鉆具，換上正常鉆進的直徑244 mm小鉆頭；用鉆機輔助設備連接鉆桿，接好鉆桿后，開啟泥漿泵供洗井液和冷卻用水，開始從上往下開孔鉆進；直徑244 mm小鉆頭正導孔開始鉆進時采用高轉(zhuǎn)速低鉆壓，動力水龍頭的轉(zhuǎn)速使用快速擋，鉆壓為2～5 MPa。

(3) 盤形滾刀鉆頭反向擴孔。小鉆頭正導孔鉆穿巖層后，暗豎井下出口位置用卸扣器將直徑244 mm正導孔小鉆頭及其配套鉆桿換下，用吊車或裝載機將直徑1200 mm盤形滾刀鉆頭運至貫通的正導孔下方，將上下提吊塊分別和盤形滾刀鉆頭、導孔鉆桿固定；采用低鉆壓和低轉(zhuǎn)速鉆進，待盤形滾刀鉆頭全部鉆進時再加壓，當盤形滾刀鉆頭鉆至距基礎1.4 m時，要降低鉆壓慢速鉆進，慢慢的擴刷小導硐，直至盤形滾刀鉆頭露出地面。

(4) 反井鉆機拆除。反井鉆機撤場時，除盤形滾刀鉆頭由暗豎井上部工作面撤場外，其余部件撤場方法與進場方案相同，但拆除步驟與安裝步驟基本相反；盤形滾刀鉆頭不能直接提出井口，應將盤形滾刀鉆頭卡固在鋼軌上、拆掉反井鉆機的前后斜拉桿和各種油管，將主機車從鉆架上拆掉，將鉆架主機車和一些輔助設備拆下；將擴孔鉆頭吊裝牢，并拆掉軌道，將盤形滾刀鉆頭提出孔外，運到井上，全部鉆孔工作結(jié)束，并做好小導硐保護。

2.2 正向擴刷短掘短砌

(1) 擴刷準備段施工。小導硐掘進完成以后，先從上往下掘進長度5 m的暗豎井井筒為擴挖準備段，打眼過程中采用架管扣件將反井掘砌的小導硐封閉，確保施工安全；待該準備段井筒掘進完成后進行暗豎井井口段的支護，支護完成后，在暗豎井井口安裝封口盤；進行簡易井架和穩(wěn)車等生產(chǎn)輔助系統(tǒng)的安裝，井架采用I25工字鋼制作，打地錨桿固定井架，人員及材料的提升采用直徑1.2 m吊罐；對生產(chǎn)系統(tǒng)進行安全調(diào)試，形成正常作業(yè)條件。

(2) 擴刷鉆眼爆破出碴。在小導硐與暗豎井設計斷面周邊間根據(jù)實際地質(zhì)情況、擴挖厚度進行鉆孔爆破，使用4臺YTP-26手持式鉆機打眼；安裝一臺JTB-1.2型絞車作為主提升，風水管通過穩(wěn)車從暗豎井井口下放至工作面；打眼、裝藥、聯(lián)線完成后，人員、設備撤出工作面，拆除吊籃并用鋼絲繩上提至暗豎井井口；井筒內(nèi)鋼絲繩懸吊電纜放炮，采用LR-Z型發(fā)爆器井口遠距離起爆磁電雷管爆破；爆破擴刷產(chǎn)生的矸石，自由掉落至暗豎井井底聯(lián)絡道，用鏟車將矸石鏟起倒入汽車車廂，再由汽車運至排矸場。

(3) 擴刷段支護襯砌。支護前，對擴挖段圍巖進行安全檢查，敲幫問頂確保頂、邊幫無松石浮石后，進行作業(yè)面風水管連接等工作；采用整體下滑金屬模板，模板砌筑，模板高度3 m，砌筑段高2.8 m；穩(wěn)模后，搭接部分套牢老模砼，在該搭接鐵板高度內(nèi)沿井筒周邊均勻預留幾個澆注漏斗，采用活動鐵板封口，澆注滿后將鐵板合攏封口，確保接茬密實。

3 反井鉆機快速施工關鍵技術

3.1 改進反井鉆機實現(xiàn)小導硐施工

在云普朗銅礦進風暗豎井施工中，對LM200型反井鉆機進行改進優(yōu)化，將內(nèi)圈擴孔盤刀適當外移并將盤形滾刀鉆頭由Φ1400 mm更換為Φ1200 mm以保證盤刀受力均勻及提高鉆機扭矩，縮小導硐直徑，大大加快了導硐貫通時間；同時采用合金穩(wěn)定條加固擴孔中心管以防止鉆頭斷裂，如圖2所示，經(jīng)過加固后的擴孔鉆頭在后期施工中基本不斷裂，從而保證了施工進度，降低施工成本；另外，將原操作臺配置Φ6 mm供油管和Φ10 mm回油管，改為Φ10m供油管和Φ6回油管后，供油量足，動作靈敏。為控制反井鉆機鉆孔偏斜，要保證安裝質(zhì)量，基礎平整堅實，并把好換徑關，換徑時，采用帶導向的綜合式異徑鉆具；采用鐘擺鉆具、偏重鉆鋌等組合式鉆具，增強鉆具的穩(wěn)定性和導正作用，從而提高了防斜能力。

圖2 加固后的擴孔中心管

3.2 寬孔距小抵抗線毫秒光面爆破

暗豎井擴刷時，小導硐起溜井作用，導硐直徑和爆碴塊度匹配才能保證擴挖時順利出碴，因?qū)ы现睆较拗?，控制爆破塊度成為工藝的關鍵。有小導硐的暗豎井鉆爆法由于不需要掏槽，開挖斷面又比較大，有兩個臨空面，類似臺階爆破，爆破設計時借鑒臺階爆破法，采用寬孔距小抵抗線毫秒光面爆破，在保持炮孔負擔面積不變的前提下，加大孔距、增大孔深、減小抵抗線，即增大密集系數(shù)的爆破技術，結(jié)合豎井擴挖鉆孔爆破，保證了暗豎井擴挖爆破時小導硐不堵塞，井筒成形質(zhì)量好，有效地提高了井筒掘進爆破效果。云南迪慶普朗銅礦溜破系統(tǒng)進風暗豎井爆破擴刷時，正常情況下炮眼深度為3 m，炮眼利用率為0.83，布置炮眼3圈(見圖3)，爆破效果詳見表2。

圖3 暗豎井擴刷井筒炮眼布置

表2 爆破效果表

3.3 改進整體下滑金屬模板

為實現(xiàn)暗豎井井筒砌壁的快速優(yōu)質(zhì)施工，將金屬模板進行整體改進，采用的MJY型整體金屬刃角下行模板的上口布置8根導向工字鋼，施工中能方便脫立模，大大縮短立模時間；金屬模板采用10 mm厚鋼板卷焊而成，以抵抗爆破沖擊，整個鋼模預留一條搭接縫，采用液壓伸縮油缸調(diào)節(jié)模板的伸縮；為防液壓伸縮油缸爆破時被砸壞，對支拆鋼模的液壓系統(tǒng)增設防爆裝置，確保整體鋼模的爆破沖擊安全，降低維修成本，提高工作效率[5]，圖4為鋼模液壓系統(tǒng)保護裝置；砌壁時，采用澆筑口無縫搭接技術，搭接高度200 mm，使新、老之間接口不留縫隙。

圖4 鋼模液壓系統(tǒng)保護裝置

4 結(jié) 論

暗豎井施工主要難點在于提升出碴、通風和排水，不但工程成本高而且存在較大的安全隱患，因此對于具有下部聯(lián)絡道的暗豎井可采用導硐法施工。暗豎井小導硐反井鉆機施工技術通過改進施工設施設備并對其進行合理配套[6]，解決了暗豎井施工過程中反井導硐、擴刷爆破、砌壁等各項工作效率和施工速度問題，同時，依靠科學的組織管理和嚴密的安全措施，實現(xiàn)了礦山暗豎井安全優(yōu)質(zhì)條件下的快速施工。該技術適應當前礦山開采趨勢，適用具有下部聯(lián)絡道的暗豎井在安全優(yōu)質(zhì)條件下施工，應用前景廣闊，可帶動暗豎井施工技術向前發(fā)展。

[1] 張小榮.反井鉆機與人工正向擴刷在煤倉施工中的應用[J].煤炭技術,2016,35(12):65?68.

[2] 張啟文.利用反井鉆機快速施工煤倉[J].建井技術,2018,39(3):7?9.

[3] 王彬彬.深豎井反井法先導孔快速施工技術研究[J].鐵道建筑技術,2017(3):93?97.

[4] 楊致許.利用反井鉆機施工進風井[J].建井技術,2017,38(6):13? 16.

[5] 黃明健,王軍華,謝海鵬.大紅山鐵礦箕斗豎井的快速施工技術[J].采礦技術,2014,14(4):47?50.

[6] 何端華,王祖輝.礦山方形井快速施工關鍵技術與安全管理[J].采礦技術,2017,17(2):40?42.

(2018?10?28)

黃明健(1976—)，男，湖南邵陽縣人，高級工程師，主要從事礦山工程建設及裝備應用制造與研究，Email: h_mj@163.com。