導(dǎo)井正向擴(kuò)掘法在長井施工中的應(yīng)用

戶瑞平 王永娜 張春旺

(山東黃金歸來莊礦業(yè)有限公司)

歸來莊金礦位于山東省臨沂市平邑縣境內(nèi)。礦山原為露天開采，現(xiàn)已轉(zhuǎn)入井下開采。隨開采深度不斷加深，露天轉(zhuǎn)地下過渡期采用的通風(fēng)系統(tǒng)已無法滿足礦山生產(chǎn)需要，為解決井下通風(fēng)問題，設(shè)計(jì)了東部主回風(fēng)井。主回風(fēng)井設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面直徑為4.0 m，設(shè)計(jì)標(biāo)高為+133～+10 m，深度達(dá)123 m。傳統(tǒng)的豎井施工方法為由上向下正掘施工，主要難點(diǎn)在于施工距離長，提升出渣和排水困難，效率低，且為獨(dú)頭掘進(jìn)，人員安全難以保障。探索新的豎井施工方法和工藝成為礦山長井施工的迫切需要。

1 導(dǎo)井正向擴(kuò)掘法簡介

導(dǎo)井正向擴(kuò)掘法是在有下部出口的豎井施工中首先利用反井鉆機(jī)施工導(dǎo)井，然后人工由上向下正向刷幫至設(shè)計(jì)規(guī)格，并由導(dǎo)井溜渣、泄水、通風(fēng)的施工方法。該種方法的先決條件是天井上口具有安全可靠的施工空間，天井下口具有貫通巷道，以解決施工過程中出渣及通風(fēng)等問題。其與傳統(tǒng)的人工正掘法、吊罐法、深孔爆破法相比具有獨(dú)特優(yōu)勢，各施工方法對比見表1[1]。

戶瑞平(1987—)，男，助理工程師，273307 山東省臨沂市平邑縣地方鎮(zhèn)。

表1 不同施工方法對比

2 施工過程

工藝流程為施工準(zhǔn)備(場地平整、基礎(chǔ)澆筑、軌道鋪設(shè))→反井鉆機(jī)安裝(動力電架設(shè))→初步測量放線→鉆機(jī)試運(yùn)行→導(dǎo)孔定位→φ244 mm導(dǎo)孔施工→φ1 400 mm導(dǎo)井反掘(反向擴(kuò)孔)→上口刷幫、澆筑→平臺、臨時井架安裝→正向擴(kuò)孔[2]。見圖1。

2.1 施工準(zhǔn)備

要求足夠的面積布置鉆機(jī)基礎(chǔ)、循環(huán)池、安裝鉆機(jī)、泵站、電液控制系統(tǒng)、堆放鉆桿及巖屑等。鉆機(jī)工作時本身對地層產(chǎn)生巨大推力，必須具備牢固基礎(chǔ)，以防鉆機(jī)移位。

2.2 導(dǎo)孔施工

導(dǎo)孔施工采用φ244 mm牙輪鉆頭正循環(huán)鉆進(jìn)。

圖1 導(dǎo)井正擴(kuò)掘法工藝示意

開孔時校核鉆孔角度，初始段10 m每2 m校正一次。開孔時轉(zhuǎn)速、鉆壓不宜太高，宜控制在10～15 r/min，20 kN。在停、提鉆前應(yīng)將孔內(nèi)巖屑充刷干凈，當(dāng)鉆孔達(dá)到預(yù)定深度后卸去導(dǎo)孔鉆頭。

2.3 導(dǎo)井施工

待φ244 mm導(dǎo)孔施工到位后，將牙輪鉆頭卸下，安裝φ1 400 mm擴(kuò)孔鉆頭，自下而上反向擴(kuò)孔形成導(dǎo)井，具備溜渣能力。

2.4 正向擴(kuò)掘

擴(kuò)孔施工完成后，使用人工刷幫天井至設(shè)計(jì)規(guī)格。施工前，首先將導(dǎo)井上端采用光面爆破刷大，長4 m，然后采用混凝土澆筑，便于搭建平臺，井口封閉預(yù)留1.5 m×1.5 m通道即可。井口搭設(shè)臨時施工井架，安裝絞車一臺，用于設(shè)備提升。在井壁一側(cè)順路架設(shè)人行梯，并間隔20～30 m搭設(shè)臨時防護(hù)平臺，確保施工安全，條件允許時可設(shè)穩(wěn)盤。

平臺搭設(shè)完成后進(jìn)行正向擴(kuò)刷幫掘進(jìn)。采用光面爆破工藝，以φ1 400 mm導(dǎo)井為自由面和爆破空間，采用風(fēng)動鑿巖機(jī)向下鉆眼，沿開挖邊界布置密集炮孔，炮孔間隔50 cm，同時布置2圈輔助眼，排距為40 cm，間距為80 cm，2排間炮孔交錯布置，最大限度減少大塊。放炮時使用毫秒微差雷管起爆，靠近井心的輔助眼首先起爆，待自由面擴(kuò)大后，周邊眼起爆。刷幫過程中矸石直接由導(dǎo)井放下部巷道，統(tǒng)一由鏟運(yùn)機(jī)鏟出。每班清理廢渣，防止堵塞導(dǎo)孔。

正向擴(kuò)掘施工過程中人員需進(jìn)入工作面，擴(kuò)幫完成后，井壁需根據(jù)巖石穩(wěn)固情況及時進(jìn)行有效支護(hù)措施，確保人員作業(yè)安全。

3 施工問題及解決方法

(1)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溶洞發(fā)育，極易出現(xiàn)塌方卡鉆現(xiàn)象。在施工φ244 mm導(dǎo)孔過程中，多次出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象。遇到該現(xiàn)象，及時停止施工，一種方法是邊旋轉(zhuǎn)邊提升鉆頭至塌方上部，然后試探性鉆孔；另一種方法是高壓水強(qiáng)行沖孔，在沖孔過程中啟動鉆機(jī)轉(zhuǎn)動鉆桿，直至鉆桿轉(zhuǎn)動提升。

(2)擴(kuò)孔過程中，鉆桿斷裂導(dǎo)致鉆頭卡在已擴(kuò)挖孔內(nèi)。此時若從下面處理會非常危險(xiǎn)。利用鉆桿對鉆頭施加壓力，將鉆頭頂出；或者由導(dǎo)孔上口用鋼絲繩將炸藥送至卡鉆位置，引爆炸藥而震落鉆頭，炸藥用量不宜超過8 kg，防止損壞鉆頭。

(3)由于地質(zhì)因素及施工因素，在導(dǎo)孔施工中出現(xiàn)偏斜現(xiàn)象[3]。首先確保鉆機(jī)安裝質(zhì)量；其次選擇合理的鉆具結(jié)構(gòu)以提高鉆進(jìn)時的防傾斜能力，鉆具應(yīng)直而圓，不彎曲，不偏心，連接后具有較強(qiáng)的同心度；三是提供詳細(xì)可靠的地質(zhì)資料，盡量躲避傾斜地層及巖溶構(gòu)造發(fā)育的區(qū)域；四是如果實(shí)在無法避免時應(yīng)縮短復(fù)測間距，及時測斜，同時必須及時糾斜。

4 應(yīng)用效果

歸來莊金礦24線主通風(fēng)井是公司自行設(shè)計(jì)施工的首條大斷面長豎井。在工程地質(zhì)條件復(fù)雜、人工鑿巖施工難以保障施工安全的情況下，借鑒國內(nèi)水利水電工程及煤礦施工經(jīng)驗(yàn)，勇于嘗試全新的施工工藝，取得了很好的應(yīng)用效果。

(1)風(fēng)井?dāng)嗝嬷睆綖?.0 m，設(shè)計(jì)長度為123 m(+133～+10 m標(biāo)高)，傾角為90°。采用反井鉆機(jī)導(dǎo)孔直徑為224 mm，導(dǎo)井直徑為1 400 mm。導(dǎo)井施工速度可達(dá)6～10 m/d，人工正向擴(kuò)掘時先期距離較短，按照雙循環(huán)作業(yè)，施工速度可達(dá)8 m/d，后期隨著工作面不斷推進(jìn)，改為單循環(huán)施工，速度一般可保持在4 m/d。采用導(dǎo)井溜渣，底部鏟運(yùn)機(jī)出渣，極大地降低了廢渣提運(yùn)時間和費(fèi)用。

(2)該工藝創(chuàng)造性地將反井鉆機(jī)施工工藝與人工鑿巖相結(jié)合，利用導(dǎo)井作為通風(fēng)通道，避免了人工獨(dú)頭施工。導(dǎo)井施工過程中，能夠最大限度地收集掌握工程地質(zhì)資料，極大地減少了后期人工施工階段透水、冒頂?shù)纫馔馐鹿拾l(fā)生的幾率。同時反井鉆機(jī)的使用能夠極大地減少炸藥等爆破物品的使用，減少炮煙排放，改善作業(yè)環(huán)境。人工擴(kuò)掘時，以導(dǎo)井為爆破空間采用光面爆破技術(shù)更有利于天井邊幫控制，減少了爆破對周邊巖石的破壞，從而減少了支護(hù)量，確保了人員安全。

5 結(jié) 語

(1)反井鉆機(jī)施工工藝雖然在成本上有一定劣勢，但是其所具有的安全、高效、高質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)正逐步被水利水電工程及礦山工程所熟知并應(yīng)用。

(2)導(dǎo)井正向擴(kuò)掘法利用反井鉆機(jī)施工，減少高空、炮煙、危巖對施工人員的危害。

(3)導(dǎo)井正向擴(kuò)掘法極大地提高了成井效率，綜合施工速度不低于6 m/d。而傳統(tǒng)的施工工藝即使采用雙循環(huán)作業(yè)，其效率也不足4 m/d。因此，導(dǎo)井法成井效率優(yōu)勢明顯。

(4)導(dǎo)井正向擴(kuò)掘法無論在安全性還是在施工效率和施工質(zhì)量方面均有很好的推廣應(yīng)用前景。

[1] 韋 猛，熊 冰，盧成云.鉆機(jī)導(dǎo)井法施工豎井的工藝探討[J].路基工程，2007(5):137-138.

[2] 韋 猛，袁學(xué)武.鉆孔導(dǎo)井法施工豎井在呷村礦溜礦井的應(yīng)用[J].探礦工程：巖土鉆掘工程，2008(11):31-33.

[3] 袁學(xué)武.導(dǎo)井法施工豎井的工藝探討[J].四川水力發(fā)電，2007，26(3)：85-87.