孫書彬,汪忠波

(招金礦業(yè)股份有限公司夏甸金礦, 山東招遠(yuǎn)市 265415)

天井鉆機(jī)在夏甸金礦開拓工程中的應(yīng)用

孫書彬,汪忠波

(招金礦業(yè)股份有限公司夏甸金礦, 山東招遠(yuǎn)市 265415)

分析了黃金礦山井下人工施工大傾角天井的不利因素,介紹了 AT2000天井鉆機(jī)在大傾角、斜坡長、精度高的天井施工中的應(yīng)用情況,通過與傳統(tǒng)人工開拓天井的對比分析,總結(jié)出天井鉆機(jī)施工中應(yīng)注意的一些事項(xiàng)及優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn);所積累的寶貴工程施工經(jīng)驗(yàn)證明,天井鉆機(jī)帶來了傾斜天井施工方法的新革命,為黃金礦山采礦方法的改進(jìn)和發(fā)展開辟了新的道路。

天井鉆機(jī);開拓工程;天井掘進(jìn);安全生產(chǎn)

夏甸金礦為招金礦業(yè)股份有限公司的一個(gè)主力礦山,采選規(guī)模 2000 t/a。該礦始建于 1987年,2006年對采礦工藝進(jìn)行了改造,采選規(guī)模擴(kuò)建為2000 t/d,技術(shù)改造后的生產(chǎn)規(guī)模對礦區(qū)的生產(chǎn)能力提出了更高的要求。七號礦區(qū)是該礦的一個(gè)老礦區(qū),采用無底柱分段崩落法采礦,分段高度和進(jìn)路間距按照 10 m×10 m的網(wǎng)度布置,分段之間采用 12°斜坡道聯(lián)通,用作設(shè)備運(yùn)行、行人、通風(fēng)的安全通道。為了節(jié)省工程,自-525 m水平至-652 m水平垂高127 m的段高內(nèi)未進(jìn)行中段開拓,生產(chǎn)急需在這兩個(gè)水平間施工溜井,解決上部中段礦巖的轉(zhuǎn)運(yùn)問題。但是大高度的溜井人工施工非常困難,人員上下、通風(fēng)、浮石清理、材料設(shè)備搬運(yùn)、安全棚架設(shè)等安全問題無法解決,工期上也不允許。為了解決工期和安全問題,該礦通過多方考察購置了湖南有色重型機(jī)器有限公司的 AT2000天井鉆機(jī)。

1 設(shè)備及工程概況

AT2000型天井鉆機(jī)為湖南有色重型機(jī)器有限公司生產(chǎn)的一款技術(shù)較為成熟的鑿井設(shè)備。其首先利用三牙牙輪鉆頭向下部欲貫通的巷道施工一導(dǎo)孔,然后從下部巷道掛上擴(kuò)孔刀盤由下而上擴(kuò)大至需要的斷面。施工導(dǎo)孔時(shí)巖渣用高壓水從導(dǎo)孔中排出,擴(kuò)孔時(shí)巖渣落入下部巷道,由下部巷道裝運(yùn)出坑。設(shè)備主機(jī)重量為 12 t,導(dǎo)孔直徑為Φ250 mm,擴(kuò)孔直徑為Φ1000～2500 mm,最大鉆井深度為 250 m,鉆機(jī)擺角 58°～90°,配套功率 143.5 kW。設(shè)計(jì)導(dǎo)孔鉆進(jìn)速度 1 m/h,擴(kuò)孔速度 0.5 m/h。適應(yīng)巖層硬度 f=8～12,設(shè)計(jì)偏斜率為 1%～2%?；灸軌驖M足工程要求。

為滿足生產(chǎn)需要,該礦從-652 m水平至-525 m水平共設(shè)計(jì)了 11條溜井,第一條井布置在 535勘探線附近,上口距-525 m水平下盤運(yùn)輸巷 10.6 m,下口距 24中段主運(yùn)輸巷 2.6 m,設(shè)計(jì)傾角 64.1°,斜長 137.9 m,方位 136.5°。由于上下水平的巷道均已經(jīng)形成,要求鉆孔必須高精度貫通,無論偏在上盤或下盤,都有可能造成工程報(bào)廢,并且設(shè)計(jì)貫通點(diǎn)距24中段石門只有 4.9 m,稍有不慎,就有可能打在石門中,不但工程無法使用,而且會(huì)對來往人員的安全造成較大的威脅,因此要求鉆孔偏差不得大于 1%,施工難度較大。

2 天井施工效果

(1)設(shè)備效率。第一條井于 2009年 5月 15日正式開機(jī),到 7月 13日擴(kuò)孔結(jié)束,總計(jì)用時(shí)間 60 d,扣除中間的特殊情況,實(shí)際工作時(shí)間 48 d。其中,導(dǎo)孔施工 171 h,進(jìn)尺 137 m,平均每小時(shí) 0.8 m。擴(kuò)孔用時(shí) 432 h,進(jìn)尺 136 m,平均每小時(shí) 0.31 m。實(shí)際工作效率基本能夠達(dá)到設(shè)備標(biāo)定的效率參數(shù)。

(2)工程精度。該天井設(shè)計(jì)上口坐標(biāo):9795.32,9428.48;下口坐標(biāo):9750.37,9470.61;設(shè)計(jì)傾角63.53°,斜長 137.9 m,方位 135.51°,偏差欲留量上偏 1 m。貫通點(diǎn)下口坐標(biāo):9750.80,9470.90;實(shí)際傾角 64°,方位 137°。實(shí)際貫通位置與設(shè)計(jì)貫通位置相比,左右偏差 0.51 m,上下偏差 0.12 m。左右偏差率 0.004%,上下偏差率 0.0009%,精度非常高,幾乎沒有偏差。擴(kuò)孔后四周井壁光滑,斷面渾圓均勻,無臺階,無彎曲,完全滿足工程要求。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 導(dǎo)孔精度控制

(1)牢固的固定鉆機(jī)。鉆機(jī)在施工過程中會(huì)產(chǎn)生較大的震動(dòng),鉆機(jī)的震動(dòng)會(huì)造成鉆孔偏斜,因此立機(jī)時(shí)牢固的固定鉆機(jī)是保證精度的基本條件。

(2)機(jī)頭扶釬半卡環(huán)間隙。機(jī)頭端部的扶釬半卡環(huán),可以減少鉆桿與機(jī)體之間的間隙,有效保證鉆桿與設(shè)備的同心度。

(3)穩(wěn)定桿布置。短接桿后連下三根穩(wěn)定桿,接一根鉆桿,之后再下三根穩(wěn)定桿,其后基本可以不下穩(wěn)定桿也可以保證鉆孔精度。

(4)控制軸向壓力與施工速度。過大的軸向壓力和施工速度會(huì)引起鉆頭的偏斜,尤其是在通過軟硬巖交界的地方時(shí),軸壓過大很容易造成鉆頭沿硬巖面滑入軟巖,造成較大的偏斜。這一點(diǎn)尤其要注意,在遇到硬巖時(shí)不要盲目加大軸壓,一定要放慢鉆進(jìn)速度,緩慢通過。

(5)控制排渣。巖渣排除的干凈與否也是影響精度的因素之一,巖渣排除徹底后由于重力作用鉆頭會(huì)向下沉造成鉆孔向下偏斜。因此在孔底積存部分巖渣,控制鉆頭下沉可以有效的控制下向偏斜。但是積渣作業(yè)會(huì)對積渣段的穩(wěn)定桿和鉆頭的壽命造成不良影響,同時(shí)注意停機(jī)時(shí)要將鉆桿提出巖渣,以免巖渣將鉆桿抱死。

3.2 擴(kuò)孔作業(yè)安全

擴(kuò)孔施工是天井施工的最后一道工序,前期的導(dǎo)孔精度是擴(kuò)孔施工的有效保證,也是減少擴(kuò)孔作業(yè)出現(xiàn)斷桿事故的基礎(chǔ)。導(dǎo)孔控制好了擴(kuò)孔作業(yè)基本沒有什么問題。需要注意的是要將軸向拉力和回轉(zhuǎn)壓力恒定的控制在技術(shù)要求的范圍內(nèi),禁止遇到硬巖時(shí)或追求進(jìn)度時(shí)盲目加壓,否則極易造成斷桿事故,造成不必要的損失。其次天井的下口要修整出一個(gè)與天井軸線垂直并大于刀盤直徑的平面,以保證擴(kuò)孔初期刀盤均勻受力。在刀盤完全進(jìn)入原巖以前一定要慢速擴(kuò)進(jìn),以免崩斷滾刀的合金齒。擴(kuò)孔至上部中段 1.5～3 m時(shí)要根據(jù)巖石的硬度盡量放慢擴(kuò)進(jìn)速度,必要時(shí)要間歇作業(yè),以免將剩下的原巖整體拉起而造成設(shè)備事故。

3.3 與傳統(tǒng)掘進(jìn)法相比優(yōu)劣分析

3.3.1 安全性對比

人工開拓天井先要進(jìn)行測量定位,而后在要開拓井的下部用 YZG7655鉆機(jī)鉆孔爆破,用鏟運(yùn)設(shè)備把爆破下的巖石運(yùn)走;隨著天井高度增加,需要架設(shè)梯子便于人員上下行走、設(shè)備運(yùn)輸及通風(fēng),明顯存在下列問題:隨著開拓天井深度的增加,特別是天井傾角大、深度長的天井,通風(fēng)與人員、設(shè)備的上下運(yùn)輸較難,費(fèi)時(shí)又費(fèi)工;井巷不規(guī)則,容易造成天井堵塞,給后期安全生產(chǎn)帶來諸多不便;YZG90鉆機(jī)作業(yè)人員暴露在頂板之下,鉆機(jī)工作時(shí)噪音大,存有高空墜落、物體打擊等重大安全隱患。

天井鉆機(jī)施工則是在天井定位后,在上部安裝天井鉆機(jī),正向鉆進(jìn)Φ250 mm導(dǎo)向孔,導(dǎo)向孔到位后,在天井的下部把牙輪刀盤連接好,根據(jù)需求規(guī)格反向擴(kuò)孔成井,同時(shí)用鏟運(yùn)設(shè)備把擴(kuò)孔鉆削下的巖石運(yùn)走。此種方法掘進(jìn)的天井,明顯效率高、安全性好,作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度低。

3.3.2 人員設(shè)施配備對比

人工掘進(jìn)每天二班作業(yè):YZG7655鉆機(jī) 2臺,需要人員 4人,一臺功率為 132 kW的 3人操作的空壓機(jī)提供風(fēng)能,一臺 15 kW通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng),合計(jì)功率 147 kW;而 AT2000電動(dòng)液壓天井鉆機(jī) 1臺設(shè)備配備人員 6人,配用電動(dòng)機(jī)功率為 132 kW,55 kW多級清水泵一臺,3 kW潛污泵一臺,合計(jì)功率 190 kW。節(jié)省人員 1人,增加功率 43 kW。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比見表1。

表1 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比

3.3.3 優(yōu)缺點(diǎn)對比

(1)天井鉆機(jī)施工效率高,工期縮短,降低了生產(chǎn)成本,增加了企業(yè)生產(chǎn)效益。

(2)天井鉆機(jī)施工降低了人工施工帶來的中毒、高空墜落、物體打擊等安全風(fēng)險(xiǎn),安全性好,企業(yè)的安全效益社會(huì)效益十分明顯。

(3)采用液壓天井鉆機(jī),節(jié)省人力與財(cái)力,每米天井成本可節(jié)省 250元。

(4)解決了大高度天井帶來的高溫、通風(fēng)不良等因素而造成的人工無法施工的難題,改變了傳統(tǒng)的開拓方法,節(jié)省了大量的開拓工程。

4 存在問題及注意事項(xiàng)

(1)施工過程中無論導(dǎo)孔作業(yè)還是擴(kuò)孔作業(yè),都應(yīng)注意其速度不能過快,否則易加速刀具的磨損,如果盲目追求速度而給壓過大,甚至?xí)p壞刀具軸承,造成不必要的損失,人為增加成本費(fèi)用。

(2)斜井的擴(kuò)孔作業(yè)由于冷卻水是沿孔底流淌,上部滾刀噴淋的水量較少,對滾刀的磨損較重。

(3)穩(wěn)定桿鉆桿與井壁接觸面大,磨損嚴(yán)重。

(4)每次鉆孔結(jié)束后,應(yīng)對鉆桿進(jìn)行探傷,及早發(fā)現(xiàn)疲勞鉆桿,否則,會(huì)造成鉆桿斷裂,增加不必要的費(fèi)用。

5 結(jié)束語

夏甸金礦傾斜天井的準(zhǔn)確貫通標(biāo)志著天井鉆機(jī)在斜天井施工中的成功應(yīng)用,創(chuàng)造了天井鉆機(jī)施工小傾角天井的先河,為后續(xù)工程施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn),帶來了傾斜天井施工方法的新革命,也為黃金礦山采礦方法的改進(jìn)和發(fā)展開辟了新的道路。

2009-12-03)