大紅山鐵礦箕斗豎井的快速施工技術

黃明健，王軍華，謝海鵬

(湖南漣邵建設工程(集團)有限責任公司， 湖南 婁底市 417000)

0 引 言

礦山進入深部開采，通常需要新建立(豎)井井筒進行開拓，井筒施工是礦山井巷工程開拓工作的起點，對于立井開拓礦井，其井筒施工工程量雖然僅占礦井建設總工程量的3.5%～5%，但其施工工期卻占總工期的40%左右。因此加快立(豎)井井筒施工是所有礦井建設工作的難點和重點，也是縮短礦井建設總工期的關鍵。

玉溪大紅山礦業有限公司二期工程廢石箕斗豎井位于該公司400萬t/a地下采礦礦體的東南側、小廟溝廢石場的西北側，是該礦深部二期采礦工程的主要開拓工程，用做深部二期采礦系統持續生產I#銅礦帶及III、IV礦體部分廢石的提升通道。該豎井井筒斷面小、深度大，但整個豎井正常段井筒建設工期14個月，平均月進尺83.5 m，其中連續6個月進尺均超過100 m，最高月進尺達到110.5 m，生產安全無事故，刷新了云南省豎井施工新記錄，實現了連續優質快速施工。

大紅山鐵礦箕斗豎井井筒凈直徑5.5 m，凈斷面23. 76 m2，掘進直徑6.3 m，掘進斷面30.19 m2，混凝土支護壁厚350 mm，設計深度1279 m，其中井頸段30 m。井筒圍巖硬度系數f=8～10，施工采用短掘短砌混合作業施工方法，掘砌段高控制4 m。井筒正常涌水量小于10 m3/h，井筒施工中，對含水層段井筒采用壁后注漿和無縫砌壁等方法進行處理，使涌水量控制在0.5 m3/h左右，改善了勞動作業環境，是保證該箕斗豎井實現快速掘進的前提。

1 豎井快速施工機械合理配套

表1 箕斗豎井施工機械化配套設備

施工機械化配套水平對豎井井筒施工速度及質量起著十分重要的作用，眾多立井施工實踐表明，合理的機械設備配套是實現快速成井的強有力保證，因此對其機械化配套設備的合理選型至關重要。大紅山箕斗豎井施工機械設備的選型充分結合了國內先進的立井施工作業設備配套經驗，確保豎井施工中鑿巖、裝巖、支護、提升、通風和運輸各個環節施工設備之間的能力與性能相互匹配，最終確定采用的主要井筒施工機械設備見表1。

1.1 鉆眼機具與爆破技術的合理配套

豎井施工通常采用爆破掘進，因此快速成井與爆破效果有直接聯系，這就涉及鉆眼機具和爆破技術的合理配套。根據我公司豎井施工經驗，鉆眼機具可優選配有YGZ-70型導軌式的傘形鉆架，SJZ-5.6型傘鉆對于井筒凈直徑為5～6 m的小斷面情況是適宜的，可匹配小斷面掘進的中深孔光面爆破技術。相應的爆破技術方面宜選擇抗水性能好的乳化類炸藥，采用反向連續式裝藥結構，選用8號半秒延期電雷管和7 m長腳線的半秒延期非電導爆管，采用導爆管雷管及電磁雷管爆破網絡，可提高裝藥速度，減少瞎炮，增加網絡的準爆性。

1.2 裝巖設備與排矸設備的合理配套

立井井筒施工循環中，裝巖出矸時間往往占40%～50%，縮短裝巖出矸的時間是實現井筒快速施工的重要條件?；坟Q井優選HZ-6型中心回轉抓巖機配合改進抓尖，其出矸速度快，而且經堆焊處理的抓尖其耐磨性很好，減少了維修費用和時間耗損。為保證立井快速施工，采用座鉤式自動翻矸裝置，自卸式汽車排矸，從而做到最優裝巖與排矸設備的配套。

1.3 砌壁模板及下料工藝的合理配套

豎井井筒砌壁模板的性能好壞是影響成井速度及質量的關鍵設備。采用具有脫模能力強、剛度大、立模方便的MJY型整體金屬刃角下行模板砌壁是有效可行的。MJY型金屬模板由地面的3臺穩車懸吊，其直徑根據井筒直徑來確定，段高一般為3～5 m，本箕斗豎井采用4 m段高。下料時，混凝土由輸送車從集中攪拌站運至井口，采用DX-3/2.4 m底卸式吊桶下放，對稱澆筑，在澆灌口上設環形斜面板，確保新澆井壁和老井壁的接茬高度在10 cm左右，做到新老井壁接茬嚴密，提高井壁澆筑質量，加快澆筑速度，用ZNQ-50型插入式高頻混凝土振搗器振搗混凝土。

2 豎井快速施工技術創新

2.1 二階直斜眼掏槽中深孔光面爆破

表1 爆破參數

對于小斷面豎井掘進，采用中深孔爆破技術可提高豎井掘進速度和經濟效益。大紅山鐵礦箕斗豎井施工根據實驗研究和現場經驗，結合斜眼掏槽和直眼掏槽的優點，采用二階槽眼同深、直斜眼掏槽方式：第一階和第二階掏槽孔深度均選定為4.5 m，炮孔呈星形布置，其中一階掏槽孔傾斜角度82°，圈徑1.6 m，布置8個炮眼，眼距620 mm；二階掏槽孔圈徑1.8 m，布置8個炮眼，眼距710 mm。

圖1 箕斗豎井井筒炮眼布置

根據箕斗豎井井筒圍巖f=8～10堅固特性，進行炮眼布置設計，并經試驗選取最佳爆破參數，炮眼布置如圖1所示，爆破參數見表2，預期爆破效果見表3。施工中根據巖石情況及時調整，使爆破效率穩定在80%以上。

表3 預期爆破效果

2.2 改進抓斗機抓尖

抓斗機抓尖部分是順利抓巖的關鍵，需要對其進行局部調質處理，為保證母材、固定套和內抓尖的機械性能，進行抓尖表面堆焊物的熱處理時，采取了綜合熱處理工藝，經現場檢驗各項指標均達到施工要求。抓片采用Mn56鋼組焊而成，為等強度整體結構，抓尖為內抓尖和高耐磨合金焊條的外表堆焊物組成，為復合耐磨性結構，內抓尖表面堆焊物采用D182焊條?；坟Q井巖石的普氏系數f=8～10，未經堆焊處理的抓尖磨損一半長度的井筒進尺長度為20～50 m，堆焊處理后的抓尖磨損一半長度的井筒進尺長度為80～100 m，大大提高了裝巖出矸的效率，有效提高了成井速度。

2.3 井筒無縫砌壁

井筒砌壁采用MJY型整體金屬刃角下行模板，在其上口布置8根導向工字鋼，施工中能方便脫立模，立模時間縮短，金屬模板有效高度為4 m。在澆灌口處安裝環形斜面板，要求接茬嚴密，確保新澆井壁和老井壁的接茬高度在10 cm左右，當井筒通過含水層時添加防水劑，以提高井壁防水能力。這有效改善了施工作業環境，確保各項工藝有序進行。

2.4 豎井金屬模板油缸防爆裝置

豎井金屬模板液壓系統主要由液壓缸、液壓伸縮桿、油管和閥等組成，主要起支拆模板作用，在井筒掘砌混合作業中，金屬模板液壓系統要承受爆破掘進產生爆破飛石和爆破沖擊波的作用，很容易導致金屬模板液壓系統的損壞，同時混凝土漿從搭接口滲出粘連鋼模液壓系統，使其無法伸縮，從而直接影響豎井砌壁質量和施工進度。大紅山鐵礦箕斗豎井施工中對金屬模板液壓系統進行防爆處理，在液壓系統的表面加設可拆裝的弧形鋼板，降低維修成本、提高工作效率。

2.5 電子計量裝置拌料

地面靠近豎井口的位置布設有混凝土攪拌站，選用PLD - 800S雙向式配料機進行配料，采用兩臺S-1000型攪拌機攪拌混凝土料，通過配料攪拌系統的電子計量裝置，使混凝土攪拌操作方便、配料準確，充分滿足豎井井筒快速施工的要求。

3 施工組織與管理

豎井井筒施工機械化配套的核心主要表現在“五大一鉆”，在井筒斷面較小的情況下,對各種機械設備有序安排使用，需要有嚴密、科學的施工組織與管理。作業人員按鉆眼爆破、出矸找平、立模砌壁、出矸清底四道工序實行滾班作業制，提高生產效率，推行機電維修包機制，減少了機電設備故障率；同時根據工程實際情況設立項目部，實行垂直管理和扁平化管理，狠抓掘砌正規循環作業和輔助作業的配合，實現快速施工。

3.1 施工過程管理

為了有效控制井筒工程施工質量，實現安全快速施工，大紅山鐵礦箕斗豎井施工過程中組建了高效精干、機制靈活、運轉流暢的項目部，采用工業監控電視及計算機輔助施工管理，提高施工管理水平。對施工機具和設備實行了包機制，杜絕施工機具和設備帶病作業，使用后立即進行檢修和保養，保證正常循環使用。作業層采用專業化綜合施工隊形式，對固定工序和關鍵崗位的人員實現相對固定，以提高操作水平。強化職業技能培訓和安全技術培訓工作，定期組織開展技術比武，不斷提高員工的操作技術水平。實行承包人、組室負責人風險抵押金制度；實行考核評分制，充分調動承包人、管理人員的積極性。

3.2 施工工序管理

豎井井筒施工的4道主要工序受到作業空間較小的限制，實行平行作業很困難，所以要實現井筒快速施工，確保各工序的順暢銜接很重要。大紅山鐵礦箕斗豎井施工過程中，將4個主要工序細化分解，盡可能地將各工序作業時間分配合理，制定好各道工序所需要的最低用時標準，這能有效縮短施工循環時間。施工中各工序按所定用時標準認真執行并考核，除機電維修人員以外，各工序施工人員一律按循環圖表實行滾班制作業，各工種交接班實行按工序交接班制度，嚴格根據循環圖表要求控制各工序作業時間，以保證正規循環作業。

4 結 論

(1) 豎井快速施工的實質是在保證施工安全和工程質量的前提下，充分利用機械化裝備合理配套發揮出的高能高效，經過嚴格的施工組織與管理來縮短井筒建設工期，節省施工輔助費用，使礦井提早投產，提前取得經濟效益。大紅山鐵礦廢石箕斗豎井在小井徑超深的情況下能夠實現快速施工，與較好的水文條件及采用先進配套的鑿井施工裝備是密切相關的，尤其基本實現“五大一鉆”機械化合理配套作業線，因而成井速度快、效率高。

(2) 要實現超深豎井安全、優質、快速施工，必須進行技術革新，大紅山鐵礦箕斗豎井施工采用的二階直斜眼掏槽深孔光面爆破、改進抓斗機抓尖、豎井鋼模油缸防爆裝置、井筒無縫砌壁、電子計量裝置拌料等新技術，提高了施工過程的安全性、施工速度和施工質量。

(3) 嚴密、科學的施工過程和施工工序管理，這也是確保大紅山鐵礦箕斗豎井實現快速施工的關鍵，其掘、砌、運轉三大系統協調運作，各個工序緊湊銜接，避免工時浪費，為快速掘進奠定了基礎。

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