夏甸金礦大直徑深立井反井施工技術(shù)與應(yīng)用

周 興，程守業(yè)，荊國(guó)業(yè)

（1.北京中煤礦山工程有限公司，北京 100013；2.天地科技建井研究院，北京 100013）

反井是地下采礦連接不同水平巷道的暗立井，是重要的井巷工程，一般采用由下向上的反向鑿井方法（稱為反井法）施工。我國(guó)最初的反井施工較多采用木垛法、吊罐法、爬罐法，這些施工方法均需施工人員進(jìn)入井筒中鑿巖爆破，勞動(dòng)強(qiáng)度高，安全隱患大。反井鉆機(jī)施工法施工時(shí)，設(shè)備及人員均位于上水平作業(yè)平臺(tái)，人員不需要進(jìn)入井筒，完全采用機(jī)械破巖的施工方法。該方法從根本上改善了作業(yè)條件，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，消除安全隱患。反井鉆機(jī)鉆井先自上而下導(dǎo)孔，再接大鉆頭自下而上擴(kuò)孔。目前，國(guó)內(nèi)研制的BMC系列反井鉆機(jī)，鉆孔直徑從0.75m到5.0m，鉆井深度從100m到600m。研制的系列破巖滾刀，解決了堅(jiān)硬的、磨蝕性強(qiáng)的巖石有效鉆進(jìn)和刀具壽命問題[1，2]。

金礦由于巖石堅(jiān)硬，工程條件特點(diǎn)及反井鉆機(jī)施工能力限制等原因，豎井反井施工通常在直徑2.0m，深度200m以內(nèi)的井筒。施工大直徑深立井時(shí)（直徑＞Ф2.0m，井深＞200m），不能一步到位，通常先采用反井鉆機(jī)導(dǎo)井Ф1.4m，再人工鉆爆刷大成井。夏甸金礦開創(chuàng)金礦領(lǐng)域反井施工記錄，535線專用回風(fēng)井采用大直徑BMC600反井鉆機(jī)施工，一次擴(kuò)孔成井Ф3.5m，深度366m，無需再刷大爆破。實(shí)踐表明，該方法施工效果良好，為金礦深部開采通風(fēng)條件帶來新技術(shù)，新裝備，新工藝。不僅具有占地小，快速、施工安全環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，還能解決擾民和地面出渣等諸多問題。

1 工程概況

夏甸金礦位于山東省招遠(yuǎn)市夏甸鎮(zhèn)西芝下村，距市區(qū)38km，交通方便。是山東招金礦業(yè)主力礦井，具有日處理能力達(dá)6000t的大型生產(chǎn)礦井，年產(chǎn)黃金達(dá)12萬兩。該礦開采深度已達(dá)-1080m，井下溫度超過30℃，深部開拓急需解決通風(fēng)問題。535線專用回風(fēng)井井口坐標(biāo)為Z=+160.526m，井底坐標(biāo)Z=-206.048m，井深366m，直徑3.5m。該井表土層9m，金礦巖石堅(jiān)硬，花崗巖為主，f＞12，無涌水。該井附近緊鄰水庫、空壓機(jī)房和民房，施工場(chǎng)地狹小。該工程采用BMC600大直徑反井鉆機(jī)施工。

2 工程施工

2.1 鉆機(jī)選擇

根據(jù)工程施工特點(diǎn)，綜合井深、巖石硬度，施工場(chǎng)地及地質(zhì)等條件，采用國(guó)內(nèi)性能最強(qiáng)的BMC600大直徑反井鉆機(jī)（見表1）。該鉆機(jī)已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)水電、煤礦、有色、交通等領(lǐng)域，成功施工多條直徑為Ф3.0m～5.0m的井筒。鉆井深度可達(dá)600m，鉆孔直徑5.0m。

具有代表性的反井工程有：山西柴溝煤礦風(fēng)井，直徑5.0m，井深308m；甘肅敦格鐵路當(dāng)金山隧道通風(fēng)井，直徑3.0m，井深442m；貴州開陽磷礦井下施工豎井，直徑5.0m，井深156m；河北豐寧抽水蓄能電站引水斜井，傾角53°，直徑2.5m，斜長(zhǎng)224m；重慶松藻煤電瓦斯抽放管道井，直徑1.6m，井深495m。

2.2 表土處理

由于BMC600反井鉆機(jī)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生近400t的壓力作用于地層，因此需要對(duì)鉆機(jī)基礎(chǔ)及表土段進(jìn)行處理。表土及風(fēng)化巖層厚9m，施工時(shí)采用挖機(jī)配合人工開挖，開挖荒井直徑為4.6m，井壁采用鋼筋混凝土制作，壁厚500mm，開挖后回填素混凝土C10。

2.3 鉆機(jī)基礎(chǔ)施工

使用大型設(shè)備施工井筒，設(shè)備基礎(chǔ)是關(guān)鍵工程之一。直接影響整體施工進(jìn)度、質(zhì)量和降低工程造價(jià)，尤其是需要表土開挖的井筒。鉆機(jī)基礎(chǔ)作為支撐鉆機(jī)重量及鉆壓，極其重要，要求牢固平整。本工程在處理井筒鎖口段時(shí)，鉆機(jī)基礎(chǔ)和鎖口段作為一個(gè)整體塊填實(shí)混凝土C30，以增強(qiáng)鉆機(jī)基礎(chǔ)的強(qiáng)度。實(shí)際表明本工程鉆機(jī)基礎(chǔ)在反井施工過程中及成井后非常牢固穩(wěn)定[3,4]。

2.4 導(dǎo)孔施工

反井鉆機(jī)導(dǎo)孔鉆進(jìn)是關(guān)鍵，關(guān)系到整個(gè)井筒質(zhì)量的好壞，既要滿足偏斜要求，又要防止堵孔、塌孔和埋鉆等事故的發(fā)生。通過導(dǎo)孔返渣情況可了解地層的結(jié)構(gòu)，為擴(kuò)孔和成井提供依據(jù)。施工區(qū)域地質(zhì)沒有詳細(xì)的地質(zhì)柱狀圖，由于之前該部施工過2條放料孔，但由于該處地層復(fù)雜，在原放料孔多次進(jìn)行鉆孔施工及挪位后均未取得成功。為了安全順利完成導(dǎo)孔施工，采用SL600A鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)孔施工，分兩步工序，先鉆Ф114mm的小孔，再換上Ф350mm鉆頭刷大；鉆完之后開始安裝BMC600反井鉆機(jī)，再用Ф350mm小鉆頭掃孔。該鉆機(jī)優(yōu)點(diǎn)是具有快速通過不良地層條件的能力，缺點(diǎn)是不易控制偏斜。

2.5 擴(kuò)孔施工

擴(kuò)孔施工包括：Ф3.5m鉆頭下井運(yùn)輸、鉆頭拼接及安裝、擴(kuò)孔進(jìn)尺、井幫穩(wěn)定成型，鉆頭滾刀的消耗及更換、出渣（包括降塵排水）系統(tǒng)等工作。

鉆頭下井時(shí)需要通過罐籠或斜坡道，夏甸金礦罐籠尺寸為3600mm×1600mm×2700mm，斜坡道斷面規(guī)格為4.5m×3.6m，巷道斷面規(guī)格為3.2m×2.4m。根據(jù)工程特點(diǎn)及巷道低、窄的條件，為便于運(yùn)輸和安裝，將Ф3.5m擴(kuò)孔鉆頭設(shè)計(jì)為分體式結(jié)構(gòu)。為安全、快速地將擴(kuò)孔鉆頭由斜坡道通過運(yùn)礦車分體運(yùn)至井下工作面，再在井下進(jìn)行拼裝。

表1 BMC600反井鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)

擴(kuò)孔時(shí)每米出渣為11m3，每天進(jìn)尺6m～8m，出渣量超過80m3，該井排渣量總共約3600m3，由于渣量大，必須在施工前考慮出渣方式、排渣地點(diǎn)。在井下，出渣一般采用用鏟運(yùn)機(jī)倒進(jìn)卡車，再運(yùn)至地面，存在線路過長(zhǎng)的問題，不僅影響效率，而且車輛交叉作業(yè)，工作面環(huán)境惡劣。出渣不及時(shí)容易堵井，造成安全隱患，嚴(yán)重影響進(jìn)尺。因此出渣方式需提前綜合考慮，以提高出渣效率。

反井施工的成本主要是鉆桿、滾刀的消耗。控制好鉆桿、滾刀的成本，反井工程成本基本就可控。在堅(jiān)硬巖石條件下采用大直徑機(jī)械破巖，必須方案可行，成本可控。因此，對(duì)鉆桿、鉆頭及滾刀的質(zhì)量要求較高。工程首先需對(duì)鉆桿進(jìn)行探傷，確保鉆桿完好無損。鉆頭要求其滾刀選型、布置和加工水平等匹配、質(zhì)量可靠。

3 施工效果

夏甸金礦535線專用回風(fēng)井采用反井施工法，一擴(kuò)成井，工程自2017年3月開始施工，6月工程結(jié)束(施工詳細(xì)統(tǒng)計(jì)見表2)。工期3.5月，平均每月成井120m，比傳統(tǒng)鉆爆正井法開挖工期提前2個(gè)月，提前出礦36萬t，按該礦黃金年產(chǎn)量12萬兩計(jì)算，新增產(chǎn)值1020萬元。該工程成井質(zhì)量好，井壁穩(wěn)定光滑；施工場(chǎng)地占地小，省去了通風(fēng)、排水、矸石提升等鑿井輔助設(shè)施；工人的工作條件得到極大的改善，勞動(dòng)強(qiáng)度也大大的降低，安全保障性高，施工速度快。在目前環(huán)保要求嚴(yán)格的條件下，使用該工法，可以減少大量的征地費(fèi)用和繁瑣的審批程序；大大減少粉塵和噪聲等的污染，非常有利于環(huán)保達(dá)標(biāo)。

表2 夏甸金礦535線專用回風(fēng)井反井鉆井施工統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)語

大直徑反井鉆機(jī)鉆井技術(shù)的應(yīng)用，改變了落后的傳統(tǒng)人工鉆爆鑿井方式，滿足地面、井下等各種復(fù)雜工況條件下深立井、大直徑井筒建設(shè)方面的需求。其安全性、機(jī)械化和自動(dòng)化方面在地下采礦建井方面取得巨大進(jìn)步，是今后施工的趨勢(shì)，值得大力應(yīng)用與推廣。