常峪鐵礦反井鉆機(jī)與鉆爆法聯(lián)合成井實(shí)踐

王寶文 楊 闖 李成斌

(河鋼礦業(yè)灤縣常峪鐵礦有限公司，河北 灤縣 063700)

0 引言

常峪鐵礦礦區(qū)位于河北省灤州市響堂鎮(zhèn)司家營鐵礦主廠區(qū)北側(cè)，資源儲量1.25億t，全區(qū)全鐵平均品位為29.26%。設(shè)計(jì)采用地下開采，年產(chǎn)鐵礦石260萬t。

采用大直徑深孔階段落礦空場嗣后充填采礦法地下開采方式，盤區(qū)是沿礦體走向劃分，礦塊是沿著每個(gè)盤區(qū)礦體走向布置，在每個(gè)盤區(qū)之間留設(shè)間柱。盤區(qū)內(nèi)的礦塊按二步回采，礦房回采完畢后立即進(jìn)行充填工作。一步采礦塊長×寬×高=52.5 m×20 m×50 m，礦塊回采后，即進(jìn)行充填工作，采用灰砂比1:6～1:8的尾砂膠結(jié)充填，二步采礦塊長×寬×高=48.5 m×20 m×50 m礦塊回采后采用灰砂比1:20尾砂膠結(jié)充填。間柱不進(jìn)行回采。鑿巖設(shè)備采用T150型深孔鉆機(jī)。裝藥設(shè)備采用BCJ-4型井下乳化炸藥裝藥車。采用WJD-6型6 m3電動鏟運(yùn)機(jī)出礦為主，WJ-6型6 m3柴油鏟運(yùn)機(jī)輔助出礦。

階段有軌運(yùn)輸巷道設(shè)在-425 m水平，采用電機(jī)車牽引底側(cè)卸式礦車運(yùn)輸?shù)V石。溜破系統(tǒng)集中布置在-585 m主井附近，礦石經(jīng)上部礦倉經(jīng)給料機(jī)給入顎式破碎機(jī)，給礦粒度850～0 mm，排礦粒度240～0 mm。破碎后產(chǎn)品排入下部礦倉；經(jīng)礦倉底部給入皮帶機(jī)送入主井箕斗倉，經(jīng)主井箕斗提升至箕斗提升機(jī)至地表箕斗倉內(nèi)。

1 工程概況

常峪鐵礦基建期間有天井?dāng)?shù)十條，后期生產(chǎn)時(shí)每個(gè)礦塊又有切割天井和充填井，共計(jì)約上百條，數(shù)量較多。基建初期成井施工曾嘗試采用普通法、吊罐法、爬罐法、深孔爆破成井法等，由于現(xiàn)場施工作業(yè)人員技術(shù)水平、工作環(huán)境、施工工序等因素，造成爆破效果不理想、火工品單耗整體相比較高，因此急需采用一種新的天井施工方法，取締普通法、吊罐法、爬罐法、深孔爆破成井法，解決普通法中勞動強(qiáng)度大，通風(fēng)、提升困難，作業(yè)條件惡劣，施工速度緩慢，且易發(fā)生炮煙中毒和墜井事故的問題；解決吊罐法中因各種雜物和石塊墜入繩孔，放炮也會擠壓繩孔，鋼絲繩損傷不易發(fā)現(xiàn)，隨時(shí)有斷繩卡罐和過卷的危險(xiǎn)的問題；解決深孔爆破成井法中在堅(jiān)硬難爆的高天井中爆破控制難，發(fā)生盲炮不好處理等現(xiàn)象。計(jì)劃全部采用反井鉆機(jī)法成井，但采用反井鉆機(jī)法成井至設(shè)計(jì)直徑時(shí)，需要多次更換擴(kuò)孔鉆頭，不僅投資和成本高，而且不易使井下快速的形成通風(fēng)系統(tǒng)，為此常峪鐵礦先采用反井鉆機(jī)法施工，再采用人工鉆爆法正掘天井施工，即反井鉆機(jī)與鉆爆法聯(lián)合成井方法，從而提高經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。

2 施工工藝

2.1 導(dǎo)孔鉆進(jìn)施工

根據(jù)地測部門標(biāo)定的天井施工中心線，首先將反井鉆機(jī)安裝在井位上端的-300m水平，用牙輪鉆頭向下鉆導(dǎo)向孔，開始采用低鉆壓向下鉆進(jìn)，當(dāng)鉆孔深度達(dá)到3m以后進(jìn)行正常鉆進(jìn)工作。根據(jù)巖石的硬度情況具體控制鉆孔壓力，松軟巖層采取低壓鉆進(jìn)，堅(jiān)硬巖層采取高壓鉆進(jìn)。臨近鉆透之前，應(yīng)緩慢降低鉆進(jìn)壓力。

2.2 擴(kuò)孔鉆進(jìn)

當(dāng)導(dǎo)孔施工到與下部巷道鉆透后，在下部巷道把導(dǎo)孔鉆頭和與鉆頭相接的鉆桿一起卸下，再按上擴(kuò)孔鉆頭，再由下向上，擴(kuò)成天井，該天井稱作先導(dǎo)孔或者先導(dǎo)井，主要作用是為鉆爆刷擴(kuò)井筒時(shí)提供爆破自由面和通風(fēng)、溜渣的通道。然后采用“鉆爆法”擴(kuò)挖到設(shè)計(jì)尺寸后實(shí)施支護(hù)或二次襯砌。

2.3 正掘天井

當(dāng)施工斷面φ1.5 m后，即可用鉆眼爆破法自上而下刷大天井到設(shè)計(jì)斷面φ3.2 m。導(dǎo)井刷幫采用吊罐上、下提放來運(yùn)送人員和鉆具等工作。人員自上一水平下，吊罐提放使用小絞車配合起吊滑輪進(jìn)行工作；將吊罐做成穩(wěn)盤，穩(wěn)盤做成φ1.5m正好跟導(dǎo)井一樣方便固定，吊罐下至工作面固定，作業(yè)人員直接在井筒工作面從上往下鑿巖。

2.4 擴(kuò)井參數(shù)的確定

2.4.1 炮孔參數(shù)的確定

利用已施工φ1.5 m的先導(dǎo)井為爆破自由面，分兩個(gè)段位進(jìn)行爆破擴(kuò)至為φ3.2 m的天井。炮眼直徑為φ42 mm，炮眼深度3 m，最小抵抗線為840 mm。炮孔分兩圈均勻布置在先導(dǎo)井周圍，內(nèi)圈炮孔孔間距為880 mm，外圈周邊炮孔孔間距為570 mm。

2.4.2 裝藥結(jié)構(gòu)、起爆方法及順序的確定

本次采用的炸藥為2#巖石乳化炸藥，藥卷直徑均為φ32 mm，300 g/只，長度約為350 mm，采用半秒導(dǎo)爆管雷管起爆藥卷，并由導(dǎo)爆管雷管起爆。采用起爆系統(tǒng)為：微型起爆器→塑料導(dǎo)爆管→半秒延期導(dǎo)爆管雷管→2#巖石乳化炸藥。第二圈周邊炮孔采用導(dǎo)爆索起爆。第一圈炮孔連續(xù)裝藥，第二圈周邊炮孔采用軸向空氣間隔不耦合裝藥。擴(kuò)井爆破技術(shù)參數(shù)如圖1、2，表1、2所示。

圖1 人工擴(kuò)井炮孔平面圖

1—填塞物；2—空氣間隔；3—炸藥圖2 人工擴(kuò)井炮孔剖面圖

表1 天井掘進(jìn)爆破參數(shù)

3 成井實(shí)例

常峪鐵礦-300、-350、-400、-425 m水平采用反井鉆機(jī)與鉆爆法聯(lián)合施工成井法的實(shí)際案例如下，見表3。

表2 天井掘進(jìn)裝藥量

表3 反井鉆機(jī)與鉆爆法聯(lián)合施工成井法-實(shí)際案例統(tǒng)計(jì)表

4 實(shí)施效果

施工效率大幅提高。由于采用反井鉆機(jī)與鉆爆法聯(lián)合施工成井法掘進(jìn)通風(fēng)天井，使得常峪鐵礦基建期通風(fēng)系統(tǒng)提前建立，滿足各水平多工作面通風(fēng)需求，在保證工程施工安全的前提下，實(shí)現(xiàn)了多水平、多工作面掘進(jìn)，加快各水平的基建速度。使得-300、-350、-400、-425 m水平同時(shí)作業(yè)工作面達(dá)到16個(gè)，基建工程進(jìn)度提高了一倍。

反井鉆機(jī)先行施工小直徑天井，使得上下兩個(gè)水平能夠快速貫通，較快形成了初級通風(fēng)回路，各中段與小直徑天井貫通后，形成良好的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，規(guī)劃風(fēng)流線路，從而減少局扇、通風(fēng)材料的使用。

該施工方法利用反井鉆機(jī)施工的小直徑天井作為爆破自由面，提高了爆破效率和施工的安全性，圍巖原有裂隙得到控制，也沒有產(chǎn)生新的爆破裂隙，無明顯浮石，圍巖完整穩(wěn)固，使得通風(fēng)天井不需噴砼支護(hù)。

采用反井鉆機(jī)施工先導(dǎo)井時(shí)，鉆頭切削下來的巖屑均為10～20 mm的巖塊，可直接用于井下路面的維護(hù)，也可以充當(dāng)混凝土中的部分骨料，不必將這部分巖屑運(yùn)輸至地表，減少運(yùn)輸費(fèi)用。

5 結(jié)語

目前，其他地下基建及生產(chǎn)礦山，在天井掘進(jìn)施工時(shí)，都可以借鑒常峪鐵礦對天井施工方法的技術(shù)措施，會在實(shí)際生產(chǎn)中均起到較好的效果。反井鉆機(jī)與鉆爆法聯(lián)合成井施工，使得井壁輪廓面平順，對圍巖擾動較小，減少了塌方事故，給井巷施工提供了強(qiáng)有力的安全保證，此方法成井速度快，施工時(shí)可先掘進(jìn)通風(fēng)天井，使井下通風(fēng)環(huán)境得到顯著改善，減少局部通風(fēng)機(jī)的投入與使用，便于推廣應(yīng)用。由于井壁輪廓線平順，部分巷道可以不進(jìn)行噴砼支護(hù)，減少部分巷道的支護(hù)費(fèi)用，提高了襯砌進(jìn)度和質(zhì)量。