深立井快速施工工藝優化

朱學勝，陳建宏，周智勇

(中南大學資源與安全工程學院， 湖南長沙 410083)

深立井快速施工工藝優化

朱學勝，陳建宏，周智勇

(中南大學資源與安全工程學院， 湖南長沙 410083)

針對獲各琦礦主井施工速度較慢的情況，從作業方式、爆破方案、機械方案、排矸方式、支護技術、壓氣及風水供應方式、通風方案等方面進行了優化。通過對各主要施工技術方案的優化，施工速度得到了穩定提高且保持了較高的速度，達到了預期的效果。

深立井;快速施工;工藝優化

1 工程概況

內蒙古獲各琦銅礦3#主井為多繩雙箕斗提升井，井深1105.6 m，井筒凈直徑5.5 m，井頸部分采用600 mm厚C20鋼筋混凝土整體支護，自井頸往下至井深490 m采用400 mm厚C20整體混凝土支護，以下全部采用400 mm厚C35整體混凝土支護。

獲各琦礦規模大，建設任務重，工程工期緊。但由于受多種因素的影響，施工速度仍不是很高。原設計主井的施工進度700 m以上平均月進尺70 m，700 m以下平均月進尺60 m。井筒自進場進行施工準備，到8個月之后進尺280 m，施工進度偏低。為了提高立井的施工速度，開展了施工工藝與爆破參數的優化。

2 原施工設備及爆破參數概況

2.1 施工設備配置

Ⅳ型加高亭式鑿井井架，主提為Φ2.8 m(JKZ－2.8×2.2/15.5 型)的單滾筒提升機配3 m3吊桶，副提為Φ2.5 m(JK－2.5/20型)單滾筒提升機配2 m3吊桶，手持式風動鑿巖機鉆眼，0.4 m3中心回轉抓巖機、座鉤式自動翻矸、自卸式汽車運矸。井筒作業方式為混合作業，整體金屬滑動模板，模板全高3.2 m，底卸式吊桶下混凝土、JS－500型混凝土攪拌機1臺。目前井壁淋水小于1 m3/h。有1臺5L－40/8型和2臺 EP200型空壓機，供風管為 Φ159×4.0 mm無縫鋼管。采用壓入式通風，風機選用28 kW局扇，井筒內敷設一趟Φ400 mm硬質風筒。

2.2 爆破參數

孔深2 m，82個炮眼，單位原巖炸藥消耗量約2 kg/m3。巖石乳化炸藥，Φ32 mm×200 mm×200 g。井筒斷面控制較好，超挖量在15%以下。

3 主要施工技術方案優化

制定技術方案的指導思想是盡量保持目前已安裝和使用的技術工藝和設備設施，必要時采用其它設備、工藝和設施，以使設備配套。

3.1 作業方式

比較切實可行的作業方式有長段單行作業和混合作業兩種方式可供選用。采用的混合作業方式比較有利。從國內近10年來月進100 m以上的井筒施工實例看，基本上都采用這種方式。根據模板高度和爆破方案，采用一掘一砌工藝。

3.2 鉆眼爆破

目前采用手持式鑿巖機打眼，孔深2 m，炮眼總數80個，采用巖石乳化炸藥，不能適應快速施工要求。

快速施工時應采用深孔爆破，孔深按一掘一砌要求確定。已知現有模板高3.2 m，假設炮眼利用率為0.9，炮孔深度應達到3.6 m。

(1)鉆眼設備。有兩種選擇，一是傘鉆，二是手抱鉆。建議使用6臂傘形鉆架，孔深4.0 m左右，段高加大到3.6 m，改換模板高度為3.6 m。

(2)爆破器材。根據井筒檢查孔的巖性，巖石堅固性系數f=7.6，屬較堅硬巖石，應選用高威力的水膠炸藥。如果沒有水膠炸藥，可改用高威力的乳化炸藥。選用導爆管雷管，延期間隔時間為100 ms。周邊眼裝藥結構按光面爆破要求設計，采用空氣柱間隔裝藥。所有炮眼必須用炮泥封堵，炮泥可使用黃沙代替。

(3)掏槽方式。立井掘進深孔爆破的掏槽形式分兩大類:斜眼錐形掏槽和直眼筒形掏槽。研究表明，在以掏槽深度、槽腔體積、破碎塊度等作為主要衡量指標時，兩階槽孔同深掏槽爆破效果較好。故選用兩階直眼筒形掏槽。

(4)周邊眼光面爆破。較好的光面爆破效果是保證井筒成型規整，減少周邊圍巖破壞的關鍵，井筒掘進應采取周邊眼光面爆破技術。根據安徽、山東、河南、江蘇以及華北等地的施工經驗，周邊眼間距可增大到600～700 mm，光面爆破炮孔密集系數的取值為 m=0.8～1.0，即光爆層厚度為600～650 mm，炮孔裝藥集中度為150～350 g/m。在實施光面爆破時，周邊孔應布置在井筒掘進斷面輪廓線上，孔底落在輪廓線以外50～100 mm，炮孔相互平行，深度一致。在立井掘進爆破中，周邊眼裝藥普遍采用徑向間隙不耦合和軸向不耦合裝藥。這種裝藥結構不僅能獲得較好的爆破效果，而且操作簡單。

3.3 抓巖機

目前采用的抓巖機為中心回轉抓巖機，配0.4 m3抓斗。

(1)該機適用井筒直徑為4～6 m，對于本井筒基本合適。

(2)為保證抓巖機有相對較長的裝巖時間，裝巖機的生產率不宜超過一次爆破巖石量的1/4～1/5。根據計算，一次爆破巖石量(松散)為209 m3，按1/5計算，抓巖機的生產率不宜超過42 m3/h。

(3)按一茬炮裝巖時間6 h計算，需要平均裝巖生產率不少于35 m3。目前采用的抓巖機技術生產率為30 m3/h，實際中一般難以達到，只能達到其50%～70%。按70%計算，實際生產率為21 m3，不能滿足要求，需配備0.6 m3抓巖機。

為保證裝巖，提高裝巖效率，施工中除無其它因素的影響外，還要做到以下幾點:

(1)抓巖機的工作高度保持在10～15 m，最大不能超過15 m;

(2)吊盤以下要有足夠的照明度，一般要求5～7 W/m2，按 10 W/m2配置，需 300 W;

(3)加強專職抓巖機司機的培訓，必要時進行外聘;

(4)提升矸石時，必須保證兩套提升機同時工作，提矸期間，應減少生產人員的上下井次數，各類管理人員盡量少下井或不下井;

(5)提高機械維修水平，加強檢查檢修，不得因抓巖機故障而影響裝巖。

3.4 吊桶容積的驗算

(1)提升高度:井口以下按700 m、井口以上按12 m計算，計712 m。

(2)經計算，一次提升循環時間為341 s。

(3)需要的抓巖機生產率按0.6 m3中心回轉抓巖機考慮，技術生產率為50 m3/h，實際生產率按前面的計算，取38 m3/h。

(4)經計算，吊桶容積為4.8 m3。原設計采用3 m3和2 m3吊桶各1個，合計容積為5 m3，略超過計算值，基本可行。

3.5 提升機的驗算

(1)主提。根據施工組織設計，采用ZJK－2.8/15.5 型，電機功率 1000 kW，繩速 3.8 m/s，鋼絲繩型號為18×7－37－170－特(每m重5.327 kg)。經驗算，主提升的電機功率能夠滿足要求。

(2)副提。型號為JK－2.5/20，電機功率480 kW，繩速3.7 m/s，鋼絲繩型號18×7－28－170－特(每m重2.996 kg)。電機功率也基本能夠滿足要求。

3.6 排矸

仍采用目前的座鉤式翻矸方式，矸石直接倒卸在地面，用鏟車裝自卸汽車運走。

3.7 支護

(1)攪拌能力分析。現場混凝土攪拌采用1臺JS－500型攪拌機，該機出料容量為500 L(0.5 m3)，技術生產率為23～27 m3/h，按段高 3.2 m、損耗量5%計算，每模需要的混凝土量為40.6 m3。如果供料系統正常、及時，能實現連續攪拌的話，用2 h即可完成。所以從攪拌能力看，基本上可滿足要求。事實上，攪拌能力受很多因素影響，除了其本身的機械效率外，也受上料方式、下灰方式的制約。如果用1.5 m3吊桶下灰，1桶需攪拌3次(每次實際攪拌量小于0.5 m3)，次數太多。為切實保證快速施工要求，應加大攪拌機的生產能力，考慮到與下料桶的配套，建議采用JS－1000型攪拌機或2臺500 L的攪拌機，以保證攪拌2次可裝滿1桶。另外，應保證混凝土材料的供應，不能出現停工待料的情況。

(2)提升下放能力分析。下放混凝土用1.5 m3底卸式吊桶，每模需裝混凝土的桶數N=40.6/(1.5×0.9)=30桶。按澆注時間5 h計算，平均每小時需提運6桶(主提提4桶、副提提2桶)。按主提每小時提運4桶計算，平均每15 min就要供應1桶混凝土，時間上是比較緊張的，應適當加大底卸式吊桶的容積。

(3)混凝土輸送方式。混凝土輸送方式有鋼管輸送和底卸式吊桶輸送兩種。目前采用1.5 m3底卸式吊桶。鋼管輸送速度快，建議改用。改用鋼管輸送的話，攪拌站要移到井口棚邊緣處。

3.8 壓氣供應

抓巖機的耗風量為24 m3/min，若用10臺YT28型鑿巖機鉆眼，耗風量約為35～40 m3/min，所以按鑿巖機計算壓風量，壓氣站需要的壓氣供應量為76.5 m3/min，壓氣管路需直徑159 mm。

3.9 工作面風水供應方式

傳統的做法是在吊盤上設集中分風器和分水器，這種分風、分水方式在鉆眼機械數量較多時容易使工作面的風水帶互相干擾，影響操作，擬改為環形分散式分風、分水器，即在下層盤上沿吊盤四周布置兩圈管路，均布風、水接頭，使風水管路沿井幫下放與鑿巖機連接。

3.10 通風

豎井施工采用壓入式通風，現用YBTd62－2型軸流式局扇，28 kW，風量為 4.16～6.5 m3/s，風壓為3140～690 Pa，井筒內敷設一趟Φ400 mm硬質風筒。根據井筒情況計算需要的風量應為16.7 m3/s。故需換用大的風機，如KJ5－59№12.5D型建井風機，風量可達1055 m3/min，功率100 kW，或者用兩臺28 kW的風機串聯。

3.11 其它

采用工業電視技術，在井口和翻矸臺安裝攝像頭，接收屏放在提升機司機操作臺旁，可大大提高司機的操作效率。

4 實施效果

雖然由于各種原因未能實現月成井100 m的目標，但由于設備配套的合理性大大提高，施工速度得到了穩定提高，且保持了較高的速度。自各項設備安裝到位開始，5個月的平均進尺速度超過了70 m。在井深900 m時仍達到月進70 m，其速度是較為理想的，達到了預期的效果。

［1］ 黃躍東，劉同海，徐福林.大直徑深立井井筒基巖段快速施工技術［J］.煤礦安全，2008，(6):78－79.

［2］ 李士棟，朱學軍.深立井安全快速施工技術探討［J］.中國礦業，2010，19(9):98－101.

［3］ 張夢彪.深立井綜合機械化快速施工技術［J］.建井技術，2002，23(1):37－39.

［4］ 賀榮倉，戴國明.深立井綜合機械化施工技術的應用［J］.山西建筑，2005，31(20):139－140.

［5］ 江 軍，吳悅光.淺議大直徑深立井施工技術［J］.能源技術與管理，2010，(6):106－108.

2011－07－12)

朱學勝(1970－)，男，安徽樅陽人，高級工程師，學士，主要從事礦井建設方面的工作。