反井鉆機在開磷礦山立井施工中的應用

蹇明星,李 忠

(貴州開磷礦業總公司， 貴州 貴陽 550302)

開磷集團擁有得天獨厚的磷礦資源，開磷礦區探明磷礦石儲量達10億t， P2O5平均含量33.67%，且有害雜質少、重金屬元素鎘含量低。目前公司年生產能力已達坑采600萬t，計劃年生產能力將達到800～1000萬t。

隨著開磷采礦工藝的革新和采掘設備的大量引進，礦山生產能力、工效大幅提升，礦山現代化建設已取得重大突破，目前礦山井下主要生產工藝都采用了進口大型無軌采掘設備，而且部分鑿巖設備已采用了智能化，固定設備設施已全面實現遠程操控，其礦山現代化程度已達到了國內一流。

1 礦區地質概況

礦區出露地層為南華系上統南沱組冰磧礫巖、紫紅色砂質頁(泥)巖，震旦系上統陡山沱組砂巖、磷礦層及燈影組白云巖、寒武系下統牛蹄塘組碳質頁巖及明心寺組灰綠色砂頁巖等。礦層底板為灰綠色細砂巖，呈中厚層狀產出，致密堅硬，普氏系數f=7.3～15.9。礦層的直接底板為厚0～0.5 m的黃、灰白色硅質頁巖，呈強風化狀態，易產生滑動。磷礦層由呈粒狀結構，致密塊狀，條帶狀構造的磷塊巖構成，菱形節理發育，厚5～7 m，f=6.2～22.2。礦層的直接頂板為棕褐色，黃褐色泥質頁巖，呈強風化狀態，厚0～0.3 m，極不穩固，f=2～3。上面為含錳白云巖，性脆，較破碎，厚0～2 m，f=8～10。再上為鮞狀白云巖及細晶白云巖，致密堅硬，較穩固，f=5.6～18.3，但局部地段存在構造破碎帶，節理裂隙發育，甚至發育溶洞，賦存地下水及溶洞裂隙填充物。白云巖以上的為碳質頁巖，易風化，較軟，f=8～14.5。

2 原立井施工工藝

開磷礦山井下主要生產工藝都采用了進口大型無軌設備，但其風井、溜井等立井或斜井工程的施工，仍采用傳統手持式鑿巖機施工的鉆爆法自下而上(或自上而下)進行掘進，該方法的施工勞動強度大、作業安全性差，施工進度慢等，該施工工藝機械化程度低，與礦山現代化建設要求不相匹配。

3 設備選型及施工工藝

目前國內煤礦山、水利工程在井筒、導水孔的施工中，大量采用了反井鉆機，采取一次成井或預先施工導井后刷擴的施工工藝。該施工工藝具有一次成井、井壁光滑、對圍巖破壞小、施工人員無需進入井筒作業因而施工安全、勞動組織簡單、工效高，勞動強度低等。根據開磷礦山現代化建設的需要，結合礦山的地質特點，開磷決定引進反井鉆機進行試驗和探索。

(1) 設備選型。經過查詢，進口與國產同類型的反井鉆機其價格相差近五倍，根據開磷礦區地質特征，考慮先進行試驗性應用，選取了適合開磷礦區最堅硬巖層施工的ZFY1.8/40/250型和ZFY2.5/200型反井鉆機。該型鉆機目前主要用于煤礦山和水電系統豎井和斜井施工，其主要技術參數見表1。

(2) 工作原理。由主機通過鉆桿給鉆具部分的破巖刀具提供強大的工作扭矩和有效工作壓力，使破巖刀具作用于巖石上，對巖石進行沖擊，擠壓和剪切，從而破碎巖石。鉆進導孔時，破碎的巖渣被正循環的洗井液排出鉆孔；擴孔破巖石時，產生的巖渣在重力作用下落入下水平巷道或硐室，被及時清理(見圖1)。

(3) 工藝流程。先從豎井上水平面由上向下鉆進Φ250 mm導孔，貫通后，再在下水平面接擴孔鉆頭，由下向上擴孔，擴孔直徑1.4～2.0 m。施工步驟為：作業平臺的施工→ 反井鉆機基礎及循環水池的施工→ 安放干凈油桶配小潛水泵做主機冷卻循環水→ 安裝反井鉆機，并進行調試→ 由上向下鉆進Φ250 mm導孔→ 導孔貫通后，拆掉導孔鉆頭，接上Φ1.4 m/Φ2.0 m擴孔鉆頭，由下向上進行擴孔施工→拆除鉆機并做好防護。

表1 ZFY系列反井鉆機主要技術參數

圖1 反井鉆機工作原理示意

4 反井鉆機在開磷礦山的應用

4.1 應用情況總結

應用反井鉆機分別在開磷青菜沖礦、馬路坪礦、用沙壩礦井下進行了不同深度的溜井或風井掘進試驗，涉及的巖層有不同硬度的白云巖、紅頁巖、磷礦巖、碳質頁巖、砂巖；井筒角度大部分為90°，其中有60°和79°。在進行1.4 m直徑井筒擴孔試驗成功后，進行了2.0 m直徑井筒擴孔試驗，并取得了成功，現都按2.0 m井筒直徑進行施工。到2013年底，共計施工豎井24條，斜井2條，完成工程量1650 m，其中最深的井筒為257 m。導孔施工工效平均為1.48 m/h，擴孔施工工效平均為0.57 m/h，平均偏斜率0.49%，最大偏斜率0.7%。

4.2 應用效果評價

(1) 社會效益。反井鉆機立井施工在開磷礦山的應用取得了成功，該施工工藝體現了本質安全和施工高效的特點，徹底改變了傳統作業方式的不安全性，并提高了礦山工程建設的工效，對企業的生產發展起到了積極的促進作用。

(2) 可行性評價。從試驗狀況來看，目前ZFY1.8/40/250型和ZFY2.5/200型反井鉆機適用于開磷礦山各類地質條件下的井筒施工要求，施工方式連續性較好，工效遠高于普通鉆爆法，而且井筒施工質量較好。其掘進斷面直徑目前可達2.0 m，能夠滿足于采場溜井和通風井的使用需求。由于作業人員不直接進入井筒內作業，安全風險小。

5 結 論

ZFY1.8/40/250型和ZFY2.5/200型反井鉆機分別在開磷礦山中硬、硬白云巖、紅頁巖、磷礦體中進行不同斷面、不同深度的豎井、斜井掘進試驗取得了成功，該施工工藝具有井壁光滑、對圍巖破壞小、施工安全，施工人員勞動強度低，勞動組織簡單、工效高等優點。因此反井鉆機立井施工工藝可在開磷礦山推廣應用，下一步將進行直徑大于2.0 m的井筒的進一步試驗。 由于目前的采掘設計，大部分中段高度不大，采場溜井或措施風井總體工程量太小，導致設備有效施工時間短，而轉場時間多，因此，該設備和工藝更適宜主通風井或主溜井之類的大工程；同時由于巖層的地質構造對施工制約較大，甚至損傷設備，因此在工程設計時盡量回避大的地質構造。

參考文獻：

[1]劉召輝,尚建崗.反井鉆機技術在許疃煤礦的應用[J].礦業工程，2005(04).

[2]劉志強.反井鉆機技術裝備及發展[J].煤炭科學技術，2001(04).

[3]劉志強，楊 紅.反井鉆井技術應用及發展[A].全國礦山建設學術會議論文選集(上冊)[C].2004.