王惠慶 趙明祥 徐繼濤

(1.金誠信礦業(yè)管理股份有限公司;2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院)

溜井在礦山基建、采礦中是連接上下階段和不同分段的重要通道，承擔(dān)廢、礦石下溜的任務(wù)，成為人員和新鮮風(fēng)流順利進(jìn)入采場的關(guān)鍵通道。目前，溜井施工方法有:普通施工法［1］、爬罐掘進(jìn)法［2］、吊罐掘進(jìn)法［3-4］、鉆進(jìn)法(導(dǎo)井反井法)［5-8］及爆破法［9-11］(分段和一次爆破成井)等。上述各類方法在礦山都有成功使用的典型案例，如中金旗下嵩縣牛頭溝礦區(qū)溜井施工運(yùn)用爆破成井技術(shù)，采用VCR深孔大直徑分段“塔形”爆破方法，使得50多m深溜井得以順利開鑿［11］;某鈾礦高溜井使用反井鉆機(jī)施工方式，加快了井建施工速度，提高了井巷機(jī)械化程度［7］;甘肅新洲礦業(yè)下屬的小柳溝鎢礦主溜井使用吊罐掘進(jìn)方法，施工效果好，速度快，工序簡單［3］;東鄉(xiāng)銅礦天井掘進(jìn)中采用爬罐法，并且在施工過程中解決了局部通風(fēng)、天井支護(hù)問題［2］。溜井施工方法各有利弊:普通法施工應(yīng)用最早，但安全性最差，爆破炮煙威脅施工人員安全;吊罐法比普通法安全，但不能運(yùn)用于斜井施工;爬罐法在直井與斜井施工均可，但工序繁瑣，投入成本大;鉆進(jìn)法機(jī)械化程度高，井壁光滑，但施工周期長，投資大;爆破法施工周期短，方法簡單，但對圍巖損傷大，穩(wěn)定性差。

銅廠埂磷礦計(jì)劃施工的人行回風(fēng)天井、主溜井和中段溜井，在1158 m水平同上部其他中段水平的溜井的施工以及已有工程相互影響，施工組織較為復(fù)雜，礦巖穩(wěn)固性相對較差，并且溜井?dāng)嗝娲?、高度大，影響施工進(jìn)度。在充分考慮生產(chǎn)安全、地質(zhì)條件以及礦山現(xiàn)有生產(chǎn)能力后，決定采用人機(jī)結(jié)合方式施工溜井，即采用天井鉆機(jī)鉆鑿小直徑溜井為光面爆破自由面，自上而下人工刷大直至設(shè)計(jì)斷面的方式［12］，提高了溜井的施工質(zhì)量和安全。

1 礦山工程地質(zhì)概況

銅廠埂磷礦位于四川省樂山市馬邊彝族自治縣，礦區(qū)位于暴風(fēng)坪向斜，屬單斜構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造條件簡單，地勢陡峻。本區(qū)域?qū)僦懈呱絽^(qū)，地形地貌條件有利自然排水。礦區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高930 m，最高標(biāo)高2053 m。

該礦始建于1995年，由天瑞公司于2009年整合開發(fā)。目前僅施工有1000 m水平平硐，回采富礦段。礦山采用坑內(nèi)開采，平硐溜井開拓，階段高度40～50 m。采用房柱法開采，其中Ⅰ層礦采用條帶式中深孔房柱采礦法，Ⅱ?qū)拥V采用條帶式淺孔房柱法，年采礦石約20萬t。礦房直接頂板為淺灰色厚層狀礫屑粉晶含磷白云巖，厚度1.01～10.80 m，微到中等風(fēng)化，節(jié)理傾向南西，南東裂隙發(fā)育。主要頂板為深灰色中厚層瘤狀含磷灰?guī)r，厚度約32 m，弱到中等風(fēng)化，密度2.74～2.85 t/m3，內(nèi)摩擦角53°～54°，堅(jiān)固性系數(shù)6～17。礦體為深灰色條帶狀細(xì)晶砂屑磷塊巖或灰色致密塊狀凝膠砂屑磷塊巖，其中夾數(shù)條水云母黏土巖及燧石條帶，具微波狀層理，厚度3.35～6.05 m，密度3.20 t/m3左右，堅(jiān)固性系數(shù)2～13。底板巖性為淺灰色中厚層狀細(xì)到粉晶含磷白云巖，厚3.20～12.1 m，密度2.90 t/m3左右，堅(jiān)固性系數(shù)11～15。為滿足市場對磷礦石產(chǎn)量的需求，將對1204 m中段以上及1158 m中段以下的礦石進(jìn)行開采。

2 溜井規(guī)格尺寸

為加快礦石回采與運(yùn)輸速度，在900 m水平以上開拓溜井。主溜井(900～1158 m)凈斷面與掘進(jìn)斷面均為圓形，斷面面積7.07 m2，溜井高度265 m，不支護(hù);中段溜井(兩條位于1158～1204 m段，兩條位于1158～1250 m段)凈斷面與掘進(jìn)斷面均為圓形，斷面面積7.07 m2，溜井高度為95和50 m兩種，不支護(hù);人行回風(fēng)天井兩條，位于1158～1296 m段及1158～900 m段，斷面為矩形，斷面面積9 m2，掘進(jìn)斷面面積11.56 m2，天井高度為140和265 m，采用素混凝土支護(hù)，厚度200 mm。

3 溜井施工工藝

為增加井建安全性，銅廠埂磷礦溜井施工采用人工與機(jī)械化聯(lián)合施工，主溜井、中段溜井和人行回風(fēng)天井施工均采用ZFY1.4/300(BMC300)反井(天井)鉆機(jī)開鑿中間導(dǎo)孔，使用φ1200 mm鉆頭擴(kuò)孔鉆進(jìn)，最后由上向下人工光面爆破，刷擴(kuò)到設(shè)計(jì)斷面施工。由于溜井與天井?dāng)嗝嫘螤畈煌?，在使用光面爆破刷擴(kuò)井壁時(shí)，炮眼設(shè)計(jì)與布置各不相同。

3.1 反井鉆機(jī)施工

(1)準(zhǔn)備工作。反井(天井)鉆機(jī)施工前，在溜井上口附近開鑿寬4 m、高4.5 m、長8～10 m的硐室，滿足鉆機(jī)布置及鉆場空間要求;在水平巷道旁挖砌一個(gè)容量不小于15 m3水池，并保持其巷道水溝暢通，以便排泥漿、排水;在溜井上口澆灌長4 m、寬3.5 m、厚500 mm、標(biāo)號(hào)C20混凝土基礎(chǔ)，以安裝鉆機(jī);在溜井下口位置掘進(jìn)斷面寬3.5 m、高3 m平巷，以方便鏟運(yùn)機(jī)裝渣、運(yùn)送擴(kuò)孔鉆頭。

(2)導(dǎo)孔鉆進(jìn)。完成天井鉆機(jī)安裝調(diào)試后開始導(dǎo)孔鉆進(jìn)，導(dǎo)孔直徑241 mm，最大鉆深300 m，鉆進(jìn)推力550 kN，鉆井傾角為50°～90°。鉆進(jìn)時(shí)必須注意以下幾點(diǎn):①導(dǎo)孔鉆進(jìn)求穩(wěn)不求快，開孔位置定位要準(zhǔn)確，孔口管安裝要牢固;②遇到軟硬圍巖交界面必須采用小鉆壓、慢速掃孔鉆進(jìn)，待鉆頭鉆進(jìn)交界面600～1000 mm后再正常鉆進(jìn);③時(shí)刻注意鉆孔排渣、排漿及松軟巖層、構(gòu)造帶漏漿、漏水情況，情況嚴(yán)重時(shí)必須停鉆，同時(shí)加大鉆孔沖洗量，待孔內(nèi)巖屑沖洗干凈后，根據(jù)具體情況配置化學(xué)泥漿繼續(xù)鉆進(jìn);④鉆桿接頭必須涂抹高溫黃油，防止鉆桿接、拆困難;⑤接、拆鉆桿時(shí)機(jī)械手必須卡緊抱牢，防止掉鉆桿事故發(fā)生;⑥鉆孔偏斜不得大于500 mm。

(3)擴(kuò)孔鉆進(jìn)。導(dǎo)孔鉆進(jìn)結(jié)束后拆除全部鉆桿，測量導(dǎo)孔偏斜度，沖洗導(dǎo)孔孔壁，檢修維護(hù)鉆機(jī)，校正鉆桿。之后重新接鉆桿，鉆到導(dǎo)孔孔底，安裝φ1200 mm鉆頭開始擴(kuò)孔鉆進(jìn)，擴(kuò)孔拉力1250 kN。按照鉆機(jī)說明，根據(jù)巖性選擇合適擴(kuò)孔鉆壓，不能盲目提高擴(kuò)孔鉆壓，防止拉斷鉆桿、燒壞鉆頭、滾刀脫落、擴(kuò)孔鉆頭受力超限刀盤斷裂等擴(kuò)孔事故發(fā)生。

(4)擴(kuò)孔結(jié)束。擴(kuò)孔到最后一節(jié)鉆桿時(shí)必須小鉆壓輕慢掃孔，防止擴(kuò)孔鉆頭離鉆機(jī)太近，震動(dòng)過大造成鉆機(jī)損壞，必要時(shí)將原混凝土基礎(chǔ)用風(fēng)鎬挖除。擴(kuò)孔鉆頭提出井口后在孔口上方安裝，敷設(shè)兩根20#工字鋼，防止拆卸鉆頭時(shí)發(fā)生擴(kuò)孔鉆頭脫落墜孔事故。

3.2 擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)排渣

擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)鉆渣下落到溜井下口平巷后，經(jīng)沉淀、濾水，用XYWJ-3.5L或XYWJ-2型鏟運(yùn)機(jī)裝到15 t雙橋自卸式卡車排出地表。每次擴(kuò)孔深度應(yīng)根據(jù)下部裝巖巷道的空間有效開展，使得擴(kuò)孔-裝巖-排水工作有序進(jìn)行。

3.3 溜井刷擴(kuò)施工方法

(1)溜井刷擴(kuò)準(zhǔn)備工程。為了安全，超過50 m以上的溜井施工時(shí)需在井上口布置1臺(tái)φ1.2 m提升機(jī)，供上下提升0.5 m3吊桶(人員)及4臺(tái)8 t重回柱絞車。4臺(tái)絞車2臺(tái)吊掛簡易吊盤(兼穩(wěn)繩盤)、1臺(tái)吊掛風(fēng)水管、1臺(tái)吊掛噴漿管。

50 m以下溜井中，在井壁上預(yù)留錨桿，掛靠梯子，供人員上下，爆破器材、打眼風(fēng)鉆等工具擺放，使用短中段溜井上口安裝11.4 kW調(diào)度絞車運(yùn)輸。

(2)刷擴(kuò)施工(光面爆破)。溜井井筒刷擴(kuò)從上向下開始，采用YT29風(fēng)鉆打眼，風(fēng)鉆接3 m長釬桿，配φ42 mm鉆頭。爆破使用半秒延期非電雷管簇連起爆粉狀乳化炸藥，爆破后巖石崩落到已經(jīng)擴(kuò)孔的小斷面溜井中。爆破設(shè)計(jì)中輔助眼與周邊眼合計(jì)27個(gè)，孔深2.5 m，每循環(huán)進(jìn)尺2.3 m，炸藥單耗1.72 kg/m3，炮眼利用率92%，炸藥消耗量10.24 kg/m。溜井刷擴(kuò)炮眼布置如圖1(a)所示。由于溜井暫未設(shè)計(jì)支護(hù)，所以施工時(shí)要采用光面爆破，盡量減小炮震對圍巖的破壞。

人行回風(fēng)天井與溜井刷擴(kuò)施工方式類似，鉆機(jī)、接桿設(shè)備與炸藥類型相同。但人行回風(fēng)天井?dāng)嗝鏋榫匦?，需要布置兩圈周邊眼及一圈輔助眼，輔助眼和周邊眼合計(jì)42個(gè)，炸藥單耗1.48 kg/m3，炸藥消耗量為15.39 kg/m，人行回風(fēng)天井刷擴(kuò)炮眼布置如圖1(b)所示。

3.4 人行回風(fēng)天井及不穩(wěn)定地段支護(hù)

為加強(qiáng)人行回風(fēng)天井的穩(wěn)定性，根據(jù)設(shè)計(jì)斷面加工、制作模板。模板高度1 m，由下而上在工作面渣石上立模板，澆灌混凝土。盡管設(shè)計(jì)之初主溜井和中段溜井不支護(hù)，但為了保證施工及溜井安全，在圍巖松軟、破碎、層節(jié)理發(fā)育、地質(zhì)構(gòu)造帶等區(qū)域，采取錨網(wǎng)噴支護(hù)或提前預(yù)注漿等措施，使施工順利進(jìn)行。

4 結(jié)語

圖1 溜井及天井炮孔布置及刷擴(kuò)

在進(jìn)行溜井施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)礦山工程地質(zhì)狀況以及礦山機(jī)械水平，選擇礦山最適宜的掘進(jìn)方法。大斷面高溜井施工存在很多問題，特別是在松軟、破碎、復(fù)雜地質(zhì)地段，問題更加突出，例如通風(fēng)困難，涌水嚴(yán)重以及鉆孔偏斜等問題，目前尚未有高效、安全的施工方法。銅廠埂磷礦使用天井(反井)鉆機(jī)與光面爆破相結(jié)合，針對不同尺寸、不同斷面形狀、不同類型的大斷面高溜井施工，將鉆機(jī)鉆鑿、反擴(kuò)小斷面溜井表面為光面爆破自由面，以溜井未爆區(qū)域?yàn)楸鎯?chǔ)空間，滿足了礦山大斷面高溜井的施工要求，保持了井壁的穩(wěn)定性及施工安全性，為同類礦山施工提供了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

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