黃明健,王祖輝
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暗豎井小導(dǎo)硐反井鉆機(jī)快速施工技術(shù)
黃明健,王祖輝
(湖南漣邵建設(shè)工程(集團(tuán))有限責(zé)任公司,湖南 長(zhǎng)沙 410011)
以云南普朗銅礦進(jìn)風(fēng)暗豎井施工為例,介紹了該技術(shù)的施工方案。暗豎井小導(dǎo)硐反井鉆機(jī)施工技術(shù)通過(guò)改進(jìn)反井鉆機(jī)進(jìn)行小導(dǎo)硐施工,再利用該小導(dǎo)硐通風(fēng)排矸進(jìn)行正掘擴(kuò)挖成井,采取了加固反井鉆機(jī)擴(kuò)孔中心管、反井鉆機(jī)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(hù)裝置等多項(xiàng)新技術(shù)措施提高了施工效率、安全和質(zhì)量, 依靠科學(xué)的組織管理和嚴(yán)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(jī);快速施工
礦產(chǎn)資源深部開(kāi)采是目前礦山企業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì),暗豎井是礦山深部開(kāi)拓延深工程的重要組成部分,優(yōu)質(zhì)快速地實(shí)現(xiàn)暗豎井施工是礦井建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。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(diǎn)在于提升出碴、通風(fēng)和排水,尤其是低出碴率已成為限制施工速度的重要問(wèn)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(luò)道的暗豎井工程多見(jiàn)于礦山各類(lèi)溜井、進(jìn)回風(fēng)井等,對(duì)于此類(lèi)暗豎井可采用導(dǎo)硐法施工。反井鉆機(jī)的應(yīng)用使暗豎井導(dǎo)硐法施工進(jìn)入了一個(gè)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(shì)[1?3]。但是,暗豎井反井鉆機(jī)施工中還存在鉆機(jī)擴(kuò)孔精度不夠、爆破擴(kuò)挖堵塞、襯砌接口不整齊等諸多問(wèn)題,制約了暗豎井優(yōu)質(zhì)快速施工的實(shí)現(xiàn)[4]。暗豎井小導(dǎo)硐反井鉆機(jī)施工技術(shù)是對(duì)具有下部聯(lián)絡(luò)道的暗豎井井筒施工中總結(jié)出的成功技術(shù),在云南迪慶普朗銅礦、云南大紅山鐵礦等多個(gè)暗豎井建設(shè)中得到了很好的應(yīng)用。
云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司普朗銅礦一期采選工程一標(biāo)段溜破系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)暗豎井水平標(biāo)高為3720 m至3600 m,進(jìn)風(fēng)井底部通過(guò)聯(lián)絡(luò)道與大件道相通,設(shè)計(jì)斷面為圓形,掘進(jìn)斷面直徑為5.6 m,斷面積為24.62 m2,井筒高度約120 m,支護(hù)方式采用素混凝土支護(hù),支護(hù)厚度300 mm,巖石堅(jiān)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(fù)雜程度均為中等。該進(jìn)風(fēng)暗豎井井筒施工工期為3個(gè)月,綜合平均月進(jìn)尺40 m,井筒對(duì)中準(zhǔn)確,砌壁平整光滑,在安全優(yōu)質(zhì)的條件下實(shí)現(xiàn)了快速施工。
具有下部聯(lián)絡(luò)道的暗豎井井筒施工采用反井鉆機(jī)導(dǎo)硐擴(kuò)孔與人工正向短段掘砌混合作業(yè)法施工,合理的機(jī)械設(shè)備配套是實(shí)現(xiàn)快速優(yōu)質(zhì)施工的重要保證[5]。普朗銅礦進(jìn)風(fēng)暗豎井井筒施工機(jī)械設(shè)備選型借鑒了立井施工設(shè)備配套先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)[6],并充分考慮反井鉆機(jī)施工的特點(diǎn),所采用的井筒施工機(jī)械設(shè)備見(jiàn)表1。
表1 暗豎井筒施工裝備表
暗豎井小導(dǎo)硐反井鉆機(jī)施工可分為小導(dǎo)硐反井鉆機(jī)施工和正向擴(kuò)刷短掘短砌混合作業(yè)施工兩個(gè)步驟,工藝流程見(jiàn)圖1所示。
圖1 暗豎井小導(dǎo)硐反井鉆機(jī)施工工藝流程
(1) 反井鉆機(jī)安裝準(zhǔn)備。在進(jìn)行反井鉆機(jī)施工前,暗豎井的上部和下部聯(lián)絡(luò)道應(yīng)已形成,并能方便提供固定電源供電及施工用水和壓風(fēng),在暗豎井井口布置反井鉆機(jī)主機(jī)位置澆筑混凝土基礎(chǔ),用43 kg/m鋼軌直接鋪設(shè)至井口上方的混凝土基礎(chǔ)上,并在旁邊搭設(shè)泵站和鉆具存放場(chǎng)地,軌道下部布置循環(huán)池和循環(huán)泵等;反井鉆機(jī)基本就位后,接通工作電源,啟動(dòng)鉆機(jī)車(chē);安裝一臺(tái)15 kW通風(fēng)機(jī)并用Φ600 mm的膠質(zhì)風(fēng)筒接至井口鉆機(jī)位置進(jìn)行通風(fēng),保證施工人員在良好的通風(fēng)條件下工作。
(2) 小鉆頭正導(dǎo)孔作業(yè)。在進(jìn)行小鉆頭正導(dǎo)孔施工前,先開(kāi)孔鉆進(jìn),深度約為5 m;待開(kāi)孔結(jié)束后拆去扶正器和開(kāi)孔鉆桿,采用帶導(dǎo)向的綜合式異徑鉆具,換上正常鉆進(jìn)的直徑244 mm小鉆頭;用鉆機(jī)輔助設(shè)備連接鉆桿,接好鉆桿后,開(kāi)啟泥漿泵供洗井液和冷卻用水,開(kāi)始從上往下開(kāi)孔鉆進(jìn);直徑244 mm小鉆頭正導(dǎo)孔開(kāi)始鉆進(jìn)時(shí)采用高轉(zhuǎn)速低鉆壓,動(dòng)力水龍頭的轉(zhuǎn)速使用快速擋,鉆壓為2~5 MPa。
(3) 盤(pán)形滾刀鉆頭反向擴(kuò)孔。小鉆頭正導(dǎo)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(dǎo)孔小鉆頭及其配套鉆桿換下,用吊車(chē)或裝載機(jī)將直徑1200 mm盤(pán)形滾刀鉆頭運(yùn)至貫通的正導(dǎo)孔下方,將上下提吊塊分別和盤(pán)形滾刀鉆頭、導(dǎo)孔鉆桿固定;采用低鉆壓和低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn),待盤(pán)形滾刀鉆頭全部鉆進(jìn)時(shí)再加壓,當(dāng)盤(pán)形滾刀鉆頭鉆至距基礎(chǔ)1.4 m時(shí),要降低鉆壓慢速鉆進(jìn),慢慢的擴(kuò)刷小導(dǎo)硐,直至盤(pán)形滾刀鉆頭露出地面。
(4) 反井鉆機(jī)拆除。反井鉆機(jī)撤場(chǎng)時(shí),除盤(pán)形滾刀鉆頭由暗豎井上部工作面撤場(chǎng)外,其余部件撤場(chǎng)方法與進(jìn)場(chǎng)方案相同,但拆除步驟與安裝步驟基本相反;盤(pán)形滾刀鉆頭不能直接提出井口,應(yīng)將盤(pán)形滾刀鉆頭卡固在鋼軌上、拆掉反井鉆機(jī)的前后斜拉桿和各種油管,將主機(jī)車(chē)從鉆架上拆掉,將鉆架主機(jī)車(chē)和一些輔助設(shè)備拆下;將擴(kuò)孔鉆頭吊裝牢,并拆掉軌道,將盤(pán)形滾刀鉆頭提出孔外,運(yùn)到井上,全部鉆孔工作結(jié)束,并做好小導(dǎo)硐保護(hù)。
(1) 擴(kuò)刷準(zhǔn)備段施工。小導(dǎo)硐掘進(jìn)完成以后,先從上往下掘進(jìn)長(zhǎng)度5 m的暗豎井井筒為擴(kuò)挖準(zhǔn)備段,打眼過(guò)程中采用架管扣件將反井掘砌的小導(dǎo)硐封閉,確保施工安全;待該準(zhǔn)備段井筒掘進(jìn)完成后進(jìn)行暗豎井井口段的支護(hù),支護(hù)完成后,在暗豎井井口安裝封口盤(pán);進(jìn)行簡(jiǎn)易井架和穩(wěn)車(chē)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(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行安全調(diào)試,形成正常作業(yè)條件。
(2) 擴(kuò)刷鉆眼爆破出碴。在小導(dǎo)硐與暗豎井設(shè)計(jì)斷面周邊間根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況、擴(kuò)挖厚度進(jìn)行鉆孔爆破,使用4臺(tái)YTP-26手持式鉆機(jī)打眼;安裝一臺(tái)JTB-1.2型絞車(chē)作為主提升,風(fēng)水管通過(guò)穩(wěn)車(chē)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(shè)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(yuǎn)距離起爆磁電雷管爆破;爆破擴(kuò)刷產(chǎn)生的矸石,自由掉落至暗豎井井底聯(lián)絡(luò)道,用鏟車(chē)將矸石鏟起倒入汽車(chē)車(chē)廂,再由汽車(chē)運(yùn)至排矸場(chǎng)。
(3) 擴(kuò)刷段支護(hù)襯砌。支護(hù)前,對(duì)擴(kuò)挖段圍巖進(jìn)行安全檢查,敲幫問(wèn)頂確保頂、邊幫無(wú)松石浮石后,進(jìn)行作業(yè)面風(fēng)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(yù)留幾個(gè)澆注漏斗,采用活動(dòng)鐵板封口,澆注滿(mǎn)后將鐵板合攏封口,確保接茬密實(shí)。
在云普朗銅礦進(jìn)風(fēng)暗豎井施工中,對(duì)LM200型反井鉆機(jī)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化,將內(nèi)圈擴(kuò)孔盤(pán)刀適當(dāng)外移并將盤(pán)形滾刀鉆頭由Φ1400 mm更換為Φ1200 mm以保證盤(pán)刀受力均勻及提高鉆機(jī)扭矩,縮小導(dǎo)硐直徑,大大加快了導(dǎo)硐貫通時(shí)間;同時(shí)采用合金穩(wěn)定條加固擴(kuò)孔中心管以防止鉆頭斷裂,如圖2所示,經(jīng)過(guò)加固后的擴(kuò)孔鉆頭在后期施工中基本不斷裂,從而保證了施工進(jìn)度,降低施工成本;另外,將原操作臺(tái)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(dòng)作靈敏。為控制反井鉆機(jī)鉆孔偏斜,要保證安裝質(zhì)量,基礎(chǔ)平整堅(jiān)實(shí),并把好換徑關(guān),換徑時(shí),采用帶導(dǎo)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(qiáng)鉆具的穩(wěn)定性和導(dǎo)正作用,從而提高了防斜能力。
圖2 加固后的擴(kuò)孔中心管
暗豎井?dāng)U刷時(shí),小導(dǎo)硐起溜井作用,導(dǎo)硐直徑和爆碴塊度匹配才能保證擴(kuò)挖時(shí)順利出碴,因?qū)ы现睆较拗?,控制爆破塊度成為工藝的關(guān)鍵。有小導(dǎo)硐的暗豎井鉆爆法由于不需要掏槽,開(kāi)挖斷面又比較大,有兩個(gè)臨空面,類(lèi)似臺(tái)階爆破,爆破設(shè)計(jì)時(shí)借鑒臺(tái)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(fù)擔(dān)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(shù),結(jié)合豎井?dāng)U挖鉆孔爆破,保證了暗豎井?dāng)U挖爆破時(shí)小導(dǎo)硐不堵塞,井筒成形質(zhì)量好,有效地提高了井筒掘進(jìn)爆破效果。云南迪慶普朗銅礦溜破系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)暗豎井爆破擴(kuò)刷時(shí),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(jiàn)圖3),爆破效果詳見(jiàn)表2。
圖3 暗豎井?dāng)U刷井筒炮眼布置
表2 爆破效果表
為實(shí)現(xiàn)暗豎井井筒砌壁的快速優(yōu)質(zhì)施工,將金屬模板進(jìn)行整體改進(jìn),采用的MJY型整體金屬刃角下行模板的上口布置8根導(dǎo)向工字鋼,施工中能方便脫立模,大大縮短立模時(shí)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(gè)鋼模預(yù)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(shí)被砸壞,對(duì)支拆鋼模的液壓系統(tǒng)增設(shè)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(hù)裝置;砌壁時(shí),采用澆筑口無(wú)縫搭接技術(shù),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(hù)裝置
暗豎井施工主要難點(diǎn)在于提升出碴、通風(fēng)和排水,不但工程成本高而且存在較大的安全隱患,因此對(duì)于具有下部聯(lián)絡(luò)道的暗豎井可采用導(dǎo)硐法施工。暗豎井小導(dǎo)硐反井鉆機(jī)施工技術(shù)通過(guò)改進(jìn)施工設(shè)施設(shè)備并對(duì)其進(jìn)行合理配套[6],解決了暗豎井施工過(guò)程中反井導(dǎo)硐、擴(kuò)刷爆破、砌壁等各項(xiàng)工作效率和施工速度問(wèn)題,同時(shí),依靠科學(xué)的組織管理和嚴(yán)密的安全措施,實(shí)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(shù)適應(yīng)當(dāng)前礦山開(kāi)采趨勢(shì),適用具有下部聯(lián)絡(luò)道的暗豎井在安全優(yōu)質(zhì)條件下施工,應(yīng)用前景廣闊,可帶動(dòng)暗豎井施工技術(shù)向前發(fā)展。
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(2018?10?28)
黃明健(1976—),男,湖南邵陽(yáng)縣人,高級(jí)工程師,主要從事礦山工程建設(shè)及裝備應(yīng)用制造與研究,Email: h_mj@163.com。