天井鉆機在錫鐵山鉛鋅礦的應用

王文凱，李建洪

（西部礦業股份有限公司錫鐵山分公司，青海 海西 816203）

錫鐵山鉛鋅礦是我國最大的鉛鋅礦之一，地處于青海省柴達木盆地，里面蘊含著巨大礦產資源，由于其成因、地勢、地質等等因素，開采起來并不是很容易，天井鉆機的出現解決了一系列的問題，但同時天井鉆機在錫鐵山鉛鋅礦的施工作業過程中出現了一些問題，所以我們根據理論和經驗相結合來對天井鉆機在錫鐵山鉛鋅礦中的應用進行簡單介紹[1]。

1 錫鐵山鉛鋅礦的介紹

（1）錫鐵山鉛鋅礦地質構造的特征。錫鐵山鉛鋅礦屬于一個褶皺構造，礦床屬于復式向斜構造，就目前來看，現在的工業礦體主要存在于錫鐵山次級向斜南西翼中。礦區的斷裂構造主要有四種：①西北向斷裂，該斷裂是礦區最重要的部分，其在盆地的形成，后期的采礦工作起著重要作用。該斷裂構造規模大，具有韌性等特征。②東北向斷裂，該斷裂規模小，并無實際作用，其可以使礦體移動。③西南向斷裂，斷裂對礦區影響不大。④東南向斷裂，該斷裂結構同樣可以對礦體起破壞作用。

（2）錫鐵山鉛鋅礦礦體特征。錫鐵山鉛鋅礦在地表上可分為三個礦帶，第一個礦帶位于下盤片巖與中部大理巖的接觸部位附近，第二個礦帶位于上盤片巖內，第三個礦帶位于中部大理巖層以及與上盤片巖接觸附近。礦體在空間分布上呈群體分布，一般礦體規模較小，以層狀為主。天井鉆機的構成部分：天井鉆機的主要構成包括主機部分、鉆具部分和輔助設施。主機一般包括鉆機架，液壓泵、操作控制部分。鉆具部分包括開孔鉆桿、穩定鉆桿、普通鉆桿、導孔鉆頭和擴孔鉆頭等等。輔助部分主要包括電控系統、冷卻系統，以及泥漿循環系統。天井鉆機的分類：天井鉆機的分類有很多種，但是根據其安裝位置和方向可以將天井鉆機分為三類：第一類：鉆機安裝位置位于上水平，導孔方向由上向下，拆導孔鉆頭與擴孔鉆頭接頭位置位于下水平，擴孔方向由上向下。第二類：鉆機安裝位置位于下水平，導孔方向由下向上，拆導孔鉆頭與擴孔鉆頭接頭位置位于上水平，擴孔方向由上向下。第三類：鉆機安裝位置位于下水平，無導孔，擴孔方向由上向下。就天井鉆機的應用范圍來說，天井鉆機的應用極其之廣泛，在煤炭系統中，天井鉆機可以用于采區鳳眼、溜煤眼、瓦斯抽放孔、安全救護鉆孔、通風井和下料井等等。在水電系統中，天井鉆機可以用做各種導井、施工期間通風豎井、加固鉆孔以及地下永久建筑等等。在金屬采礦工業中，天井鉆機可以用于各種溜井、采風煤眼、通風孔等等。我國經濟水平的發展離不開礦業的高速發展，21世紀被稱為“地下空間”的世紀，采礦工程的安全性和高效性現在越來越受人民的關注。人類開發礦產資源的方式由原來的露天開采到井工開采，直到20世紀人類才形成了一套完整的礦井建設技術工藝。礦井建設是一個統稱，因為在開展采礦工作的時候，需要在巖石壁里面建立地下空間。地下空間的作用是包括人員、物料、礦石的運輸以及通風排水等。完成這一系列的工程建設成為礦井建設。完成這些工作必不可少的一個工具就是天井鉆機。一般的礦山使用天井掘進用導10%左右，占到采切工程量的20%左右。但是目前來說，我國大部分礦井在進行礦業工作的時候仍然用普通法或吊罐法。礦山工程本身就是危險度極高的工程，其中夾雜了很多自然的不確定性。人工爆炸法：這種爆破方法一次只能前進大約1.5米，后期需要礦工進行施工，施工進度十分緩慢。而且這種方式的危險系數極高，容易發生炮煙中毒、物體打擊、高物墜落、觸電等等。更主要的是爆炸后的天井的頂板易松動，容易發生塌方等事故。吊罐法：理論上講這種方法和人工爆破法類似，但其是先鉆好中心孔后，然后用吊罐載人進行施工。危險因素同樣很多。所以用天井鉆機進行礦業的施工是理論上比較好的一種選擇。

2 天井鉆機在錫鐵山鉛鋅礦中的應用

（1）天井鉆機的工作原理。前面已經詳細介紹天井鉆機的詳細構成，天井鉆機的工作原理為泵站上的電動機帶動主電動機，主泵電動機通過帶動軸向柱塞，軸向柱塞將壓力油送進平行串聯油缸，從而使減速箱上下運動，從而減速箱帶動鉆桿和鉆頭，從而完成作業。

（2）天井鉆機施工所需要的基礎條件。①電力供給：因為開采金屬礦需要用到天井鉆機作業，天井鉆機這樣的大型設備耗電量再加上其他輔助設備冷卻水泵等耗電量非常大。所以電壓必須不能低于380V。②水源供給：水源的供給不能小于每小時35m3～45m3，水的用途主要是用來天井鉆機在進行導孔鉆進時循環排渣、冷卻液壓系統和冷卻擴孔時的巖滾刀。③道路和場地：道路必須能夠承受大型機器的重量，施工場地必須足夠大，可以放開吊車汽車等大型設備。④其他設施：主要包括循環池和基座。循環池的主要作用為用于返渣水的沉淀。因為天井鉆機除渣所用的水量比較大，所以循環池必須提前設計好大小。對于基座主要有兩點要去：第一點就是基座必須建在基巖上，只有這樣才能保證天井鉆機的穩定，如果天井鉆機不穩定的話，可能會導致鉆孔傾斜，嚴重時可引起塌方等重大安全事故。第二點就是基座必須設置排渣口，設置排渣口的主要目的是可以第一時間將礦渣沖走，防止因為礦渣聚集引發卡鉆事故，造成經濟上的損失。

（3）天井鉆機施工特點和注意事項。①天井鉆機在進行施工的時候最常見的問題是鉆孔傾斜。使得鉆孔傾斜的主要原因為鉆壓過大。但是也不能鉆壓過小，鉆壓過小可能會影響施工進度。所以在使用天井鉆機進行施工的時候，一開始必須選用低鉆壓，隨著深度的加深，逐漸加大鉆壓，從而保證鉆孔不會傾斜而且保證施工進度。②隨著鉆機作業的不斷進行，深度也越來越深，由于鉆桿很長，在底部鉆桿容易發生傾斜，導致作業失敗。所以在用天井鉆機進行作業的時候，尤其在鉆深孔的時候必須加設穩定鉆桿，其目的就是為了防止深部的鉆桿發生傾斜。理論上我們要加三根穩定鉆桿，在10m內配兩根，20m內配一根，40m內配一根。穩定桿不能放的過多，放的過多會影響排渣。

（4）施工過程遇到的問題及其解決方案。在施工過程中容易鉆進塌孔，其主要原因有兩點，第一就是選擇的開礦位置巖石過于疏松。第二個為洗井液在工作過程中丟失，導致壓力不足。預防措施主要為：在鉆井過程中時刻注意洗井液有無缺失，如有缺失，應該立即進行補充。

3 總結

天井鉆機在進行采礦的時候其優越性非常明顯，主要有幾下幾條：①施工相對其他方式要安全，工作人員不需進入礦內。而且工作效率也得到了極大的提高。②施工質量好，因為天井鉆機主要采用滾刀機械破巖，對周圍的巖石破壞性小，而且不需要后期進行特殊處理。③用天井鉆機進行采礦，不會對周圍的巖石產生破壞，所以后期的維護費用很低。④此方法幾乎為全自動，大大降低了人力勞動。⑤因為其工作效率高，可以節省很多準備巷道的工作，節約資金和時間。所以天井鉆機在采礦工作中的重要性是不可估量的，我們應該在實踐中積極汲取經驗，進行改進，爭取使得天井鉆機在錫鐵山鉛鋅礦的采礦工作中發揮更大的作用。