孫長坤 于永純 魏曉明

摘要：針對保山金廠河鉛鋅礦礦體賦存條件，對天井施工技術(shù)方案進行選擇。分析了普通鉆爆法、一次爆破成井法、VCR爆破成井法、天井鉆機成井法的適用條件，采用定性和定量相結(jié)合的評價方法，對各成井方法進行了評價，按照經(jīng)濟對比、質(zhì)量對比、進度對比、安全對比得出綜合評分，最終確定最優(yōu)方案。主溜井、采區(qū)溜井和采場溜井采用天井鉆機成井法成井，采場切割井采用VCR爆破成井法成井，回風井采用普通鉆爆法成井。根據(jù)天井的不同用途，靈活采用不同的成井技術(shù)，工程應用效果較好。

關(guān)鍵詞：天井;一次成井;普通鉆爆法;VCR爆破成井法;天井鉆機

中圖分類號：TD262.1+1

文獻標志碼：A

文章編號：1001-1277（2022）02-0057-04

doi：10.11792/hj20220210

引 言

在金屬礦山開采過程中，天井的應用十分廣泛[1]，如礦區(qū)主溜井、采區(qū)溜井、采場溜井、人行材料井、切割井等。天井的掘進是礦山生產(chǎn)中至關(guān)重要的施工環(huán)節(jié)[2]，天井安全、及時施工直接決定著采礦工作的開始和完成進程。因此，天井的鉆鑿、爆破和施工技術(shù)一直是礦山行業(yè)研究人員和現(xiàn)場技術(shù)人員關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)。

目前，天井的掘進方式主要采用鉆爆法[3]，其中又以普通鉆爆法應用最為廣泛，常規(guī)的施工方法雖然已經(jīng)使用多年，但是存在施工環(huán)境差，施工效率低、成本高等多種問題[4]。深孔爆破法掘進天井，是20世紀50年代發(fā)展起來的一種爆破技術(shù)，又稱為一次爆破成井技術(shù)，適用于天井、溜井、切割井和充填井等垂直或急傾斜巷道，近些年一次爆破成井技術(shù)逐漸在地下開采礦山、露天開采礦山和隧道工程等施工中被廣泛使用。在大直徑深孔采礦中，VCR爆破成井法是深孔爆破成井的主流方法之一，起源于VCR采礦法，是基于利文斯頓爆破漏斗理論下向分層爆破成井的一種方法，業(yè)界對VCR爆破成井法的研究也較多。近年來，天井鉆機設備發(fā)展迅猛，中國從20世紀50年代末開始進行鉆井法鑿井技術(shù)研究，經(jīng)過多年研究與實踐，形成中國特有鉆井法鑿井技術(shù)，為解決中國復雜地層井筒建設，作出了巨大貢獻[5-8]。

保山金廠河礦業(yè)有限公司（下稱“金廠河鉛鋅礦”）位于云南省保山市隆陽區(qū)瓦窯鎮(zhèn)金廠河，采用斜井開拓，天井工程量多，如何根據(jù)天井的使用性質(zhì)合理地選用施工方案成為了一項值得研究的問題。本文從成井的經(jīng)濟、質(zhì)量、進度、安全性等方面進行分析，給出合理的建議，為礦山安全高效回采提供技術(shù)支撐。

1 工程概況

金廠河鉛鋅礦主礦體為低品位緩傾斜中厚礦體，平均厚度40 m左右，主要采用大直徑深孔側(cè)向崩礦充填采礦法進行回采，占比78 %，共設計40個采場，采場寬度為15 m，高度平均為40 m，長度平均為120 m，為典型的大結(jié)構(gòu)參數(shù)采場。根據(jù)采礦方法及采場布置，采用兩步驟進行回采，一步驟回采礦房，二步驟回采礦柱，礦房礦柱交替布置，各占50 %。采用斜井開拓，設計能力1 500 t/d。2#斜井為箕斗提升井，箕斗裝載硐室水平為1 635 m，鉛鋅礦石主溜井及銅礦石主溜井井口及井底標高分別為1 720 m與1 635 m。經(jīng)統(tǒng)計：主溜井井深共190 m，采區(qū)溜井120 m，采場溜井1 200 m，采場切割井1 600 m，回風井600 m，充填回風井640 m;主礦體共計需豎井工程量為4 350 m，結(jié)果見表1。

根據(jù)天井的使用性質(zhì)、使用年限、直徑（斷面）大小、井深長短、施工安全、施工進度等綜合考慮選擇施工天井的技術(shù)方案。本文就普通鉆爆法、一次爆破成井法、VCR爆破成井法及天井鉆機成井法針對不同性質(zhì)天井進行對比研究，優(yōu)選最佳方案。

2 成井技術(shù)方案

目前主流的成井技術(shù)方案分為普通鉆爆法、一次爆破成井法、VCR爆破成井法和天井鉆機成井法。本文以金廠河鉛鋅礦設備及技術(shù)為工程背景，根據(jù)不同天井的使用性質(zhì)和使用年限等，闡述各種成井的技術(shù)方案。

2.1 普通鉆爆法

普通鉆爆法即人工成井法，自下而上鉆孔-爆破。以2.5 m天井為例，采用氣腿式手抱鉆機，鉆桿長度2.5 m，實際孔深2.2～2.3 m，每茬炮循環(huán)進尺2 m，其中布設掏槽孔7個，小輔助孔4個，大輔助孔4個，周邊孔8個，炸藥單耗0.8 kg/t。炮孔布置見圖1。循環(huán)后架設人行梯，并搭設人工操作平臺進行下一個循環(huán)。其工序分為鉆孔鑿巖-爆破-出渣。

2.2 一次爆破成井法

一次爆破成井法掘進天井的技術(shù)出現(xiàn)至今有30余年的歷史，由于它具有成本低、效率高和安全可靠等優(yōu)點，主要適用于采場切割天井掘進。所謂“一次爆破成井”就是沿井的全高鉆鑿一組平行的深孔，然后一次裝藥爆破，從而完成符合設計要求的掘進工程掘井工藝。但是，在有色冶金礦山，這一技術(shù)并未被很好加以利用，尤其是在國內(nèi)應用較少。由于金廠河鉛鋅礦切割井均較深，一次爆破成井所需炸藥量非常大，受爆破震動及單響藥量限制，目前金廠河鉛鋅礦暫未采用一次爆破成井法。

2.3 VCR爆破成井法

使用國產(chǎn)T150鉆機自鑿巖硐室向下鉆鑿孔徑為165 mm的鉆孔，孔深為鑿巖硐室底板至底部受礦硐室頂板。鉆孔間排距為3.0 m×2.8 m，掏槽區(qū)加密孔，使得孔間距為2 m左右，掏槽井斷面為6.0 m×5.6 m，采用VCR爆破成井法拉槽，采用1號巖石乳化炸藥，炸藥長500 mm、直徑145 mm，間隔裝藥，孔底堵孔長度為2 m左右，3卷藥為一組，組與組之間采用1.2 m竹筒間隔，孔內(nèi)雙導爆索，孔與孔間微差起爆，每次拉槽高度為5～6 m，炸藥單耗為0.45 kg/t，直至掏槽區(qū)爆破成井后再以掏槽區(qū)為自由面及補償空間進行側(cè)向崩礦。金廠河鉛鋅礦VCR爆破成井法切割井炮孔布置見圖2。

2.4 天井鉆機成井法

采用天井鉆機成井法施工天井前期準備工作時間較長，但成井速度較快，井壁質(zhì)量好。天井鉆機釆用由上向下鉆進導孔，然后由下向上擴孔的施工工藝。和爆破刷大的導井不同，采用天井鉆機成井法，需要一次擴孔到所需直徑，鉆進直徑1.5～3.0 m，破巖面積增大13倍。大體積破巖釆用盤形滾刀和鑲齒滾刀，通過大扭矩為盤形滾刀和鑲齒滾刀提供動力，完成破巖。金廠河鉛鋅礦采用的天井鉆機見圖3。

3 成井技術(shù)方案優(yōu)選及應用

金廠河鉛鋅礦天井工程量多，如何根據(jù)天井的使用性質(zhì)合理地選用施工方案成為一項值得研究的課題。本文根據(jù)成井的經(jīng)濟、質(zhì)量、進度、安全性等條件，采用賦值法進行分析，選取最優(yōu)的成井技術(shù)方案。將最優(yōu)的取3分，次優(yōu)的取2分，不優(yōu)的取1分，不滿足條件的取0分。采場切割井斷面大，普通鉆爆法無法一次擴刷到斷面規(guī)格，要通過多次擴刷才能實現(xiàn)采場切割井斷面，故定義為不滿足條件;天井鉆機鉆進最大直徑為3 m，也無法一次形成采場切割井的大斷面，定義為不滿足條件。金廠河鉛鋅礦采場及采區(qū)回風井均較短，若采用VCR爆破成井法成井，需在回風井上口開鑿鉆機硐室，浪費工程量，定義為不滿足條件;若采用天井鉆機成井法成井，需在回風井上口開鑿天井鉆機硐室及排水設施，浪費工程量，定義為不滿足條件。充填回風井也較短，VCR爆破成井法和天井鉆機成井法均不滿足條件。

3.1 經(jīng)濟對比分析

根據(jù)各方案成井單價，進行經(jīng)濟對比分析，結(jié)果見表2。

3.2 成井質(zhì)量對比分析

根據(jù)成井情況、井壁光滑度等，分析各成井方案成井質(zhì)量，結(jié)果見表3。

3.3 成井進度對比分析

根據(jù)現(xiàn)場施工進度，分析各方案成井進度，結(jié)果見表4。

3.4 成井安全對比分析

根據(jù)成井安全性，分析各方案成井施工安全，結(jié)果見表5。

3.5 各方案綜合評價

將表2～5中對應位置得分相乘，得到各方案施工各種天井的綜合得分，結(jié)果見表6。

由表6可知：主溜井、采區(qū)溜井、采場溜井選擇天井鉆機成井法施工方案最優(yōu)，采場切割井采用VCR爆破成井法施工方案最優(yōu)，回風井、充填回風井采用普通鉆爆法施工最優(yōu)。但是，實際工程施工中，當采場溜井較短時，采用天井鉆機成井法浪費工程，因此可采用普通鉆爆法成井。當回風井和充填回風井較深時，為達到經(jīng)濟最優(yōu)、安全性較好，可采用天井鉆機成井法。

3.6 工業(yè)應用

根據(jù)上述成井方案綜合得分，金廠河鉛鋅礦按該方法確定最優(yōu)的成井方案。其中，鉛鋅礦石主溜井（95 m）、銅礦石主溜井（95 m）、C采區(qū)溜井（65 m）、25#采場溜井（50 m）采用天井鉆機成井法成井，具有井壁光滑，施工速度快，安全性好等優(yōu)點;15#、19#、23#采場切割井（采場高度40～50 m）采用VCR爆破成井法，具有施工速度較快，安全性較好等優(yōu)點;15#、19#、23#采場溜井（20～30 m）、回風井（10～20 m）采用普通鉆爆法成井，具有靈活性好，前期準備工作時間少，可根據(jù)需求快速成井的優(yōu)點。

4 結(jié) 論

根據(jù)各天井的功能，采用3種成井方案分別就成井的經(jīng)濟、質(zhì)量、進度、安全性等對比分析，得出了相應的分數(shù)，并統(tǒng)計了綜合得分，得出以下結(jié)論：

1）主溜井、采區(qū)溜井、采場溜井選擇天井鉆機成井法施工方案最優(yōu)，當采場溜井較短（小于30 m）時可采用普通鉆爆法施工方案。

2）采場切割井采用VCR爆破成井法施工方案最優(yōu)。

3）回風井、充填回風井采用普通鉆爆法施工最優(yōu)，當回風井、充填回風井較深時（大于50 m）可采用天井鉆機成井法施工方案。

[參 考 文 獻]

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