常峪鐵礦反井鉆機與鉆爆法聯合成井實踐

王寶文 楊 闖 李成斌

(河鋼礦業灤縣常峪鐵礦有限公司，河北 灤縣 063700)

0 引言

常峪鐵礦礦區位于河北省灤州市響堂鎮司家營鐵礦主廠區北側，資源儲量1.25億t，全區全鐵平均品位為29.26%。設計采用地下開采，年產鐵礦石260萬t。

采用大直徑深孔階段落礦空場嗣后充填采礦法地下開采方式，盤區是沿礦體走向劃分，礦塊是沿著每個盤區礦體走向布置，在每個盤區之間留設間柱。盤區內的礦塊按二步回采，礦房回采完畢后立即進行充填工作。一步采礦塊長×寬×高=52.5 m×20 m×50 m，礦塊回采后，即進行充填工作，采用灰砂比1:6～1:8的尾砂膠結充填，二步采礦塊長×寬×高=48.5 m×20 m×50 m礦塊回采后采用灰砂比1:20尾砂膠結充填。間柱不進行回采。鑿巖設備采用T150型深孔鉆機。裝藥設備采用BCJ-4型井下乳化炸藥裝藥車。采用WJD-6型6 m3電動鏟運機出礦為主，WJ-6型6 m3柴油鏟運機輔助出礦。

階段有軌運輸巷道設在-425 m水平，采用電機車牽引底側卸式礦車運輸礦石。溜破系統集中布置在-585 m主井附近，礦石經上部礦倉經給料機給入顎式破碎機，給礦粒度850～0 mm，排礦粒度240～0 mm。破碎后產品排入下部礦倉；經礦倉底部給入皮帶機送入主井箕斗倉，經主井箕斗提升至箕斗提升機至地表箕斗倉內。

1 工程概況

常峪鐵礦基建期間有天井數十條，后期生產時每個礦塊又有切割天井和充填井，共計約上百條，數量較多。基建初期成井施工曾嘗試采用普通法、吊罐法、爬罐法、深孔爆破成井法等，由于現場施工作業人員技術水平、工作環境、施工工序等因素，造成爆破效果不理想、火工品單耗整體相比較高，因此急需采用一種新的天井施工方法，取締普通法、吊罐法、爬罐法、深孔爆破成井法，解決普通法中勞動強度大，通風、提升困難，作業條件惡劣，施工速度緩慢，且易發生炮煙中毒和墜井事故的問題；解決吊罐法中因各種雜物和石塊墜入繩孔，放炮也會擠壓繩孔，鋼絲繩損傷不易發現，隨時有斷繩卡罐和過卷的危險的問題；解決深孔爆破成井法中在堅硬難爆的高天井中爆破控制難，發生盲炮不好處理等現象。計劃全部采用反井鉆機法成井，但采用反井鉆機法成井至設計直徑時，需要多次更換擴孔鉆頭，不僅投資和成本高，而且不易使井下快速的形成通風系統，為此常峪鐵礦先采用反井鉆機法施工，再采用人工鉆爆法正掘天井施工，即反井鉆機與鉆爆法聯合成井方法，從而提高經濟效益和安全效益。

2 施工工藝

2.1 導孔鉆進施工

根據地測部門標定的天井施工中心線，首先將反井鉆機安裝在井位上端的-300m水平，用牙輪鉆頭向下鉆導向孔，開始采用低鉆壓向下鉆進，當鉆孔深度達到3m以后進行正常鉆進工作。根據巖石的硬度情況具體控制鉆孔壓力，松軟巖層采取低壓鉆進，堅硬巖層采取高壓鉆進。臨近鉆透之前，應緩慢降低鉆進壓力。

2.2 擴孔鉆進

當導孔施工到與下部巷道鉆透后，在下部巷道把導孔鉆頭和與鉆頭相接的鉆桿一起卸下，再按上擴孔鉆頭，再由下向上，擴成天井，該天井稱作先導孔或者先導井，主要作用是為鉆爆刷擴井筒時提供爆破自由面和通風、溜渣的通道。然后采用“鉆爆法”擴挖到設計尺寸后實施支護或二次襯砌。

2.3 正掘天井

當施工斷面φ1.5 m后，即可用鉆眼爆破法自上而下刷大天井到設計斷面φ3.2 m。導井刷幫采用吊罐上、下提放來運送人員和鉆具等工作。人員自上一水平下，吊罐提放使用小絞車配合起吊滑輪進行工作；將吊罐做成穩盤，穩盤做成φ1.5m正好跟導井一樣方便固定，吊罐下至工作面固定，作業人員直接在井筒工作面從上往下鑿巖。

2.4 擴井參數的確定

2.4.1 炮孔參數的確定

利用已施工φ1.5 m的先導井為爆破自由面，分兩個段位進行爆破擴至為φ3.2 m的天井。炮眼直徑為φ42 mm，炮眼深度3 m，最小抵抗線為840 mm。炮孔分兩圈均勻布置在先導井周圍，內圈炮孔孔間距為880 mm，外圈周邊炮孔孔間距為570 mm。

2.4.2 裝藥結構、起爆方法及順序的確定

本次采用的炸藥為2#巖石乳化炸藥，藥卷直徑均為φ32 mm，300 g/只，長度約為350 mm，采用半秒導爆管雷管起爆藥卷，并由導爆管雷管起爆。采用起爆系統為：微型起爆器→塑料導爆管→半秒延期導爆管雷管→2#巖石乳化炸藥。第二圈周邊炮孔采用導爆索起爆。第一圈炮孔連續裝藥，第二圈周邊炮孔采用軸向空氣間隔不耦合裝藥。擴井爆破技術參數如圖1、2，表1、2所示。

圖1 人工擴井炮孔平面圖

1—填塞物；2—空氣間隔；3—炸藥圖2 人工擴井炮孔剖面圖

表1 天井掘進爆破參數

3 成井實例

常峪鐵礦-300、-350、-400、-425 m水平采用反井鉆機與鉆爆法聯合施工成井法的實際案例如下，見表3。

表2 天井掘進裝藥量

表3 反井鉆機與鉆爆法聯合施工成井法-實際案例統計表

4 實施效果

施工效率大幅提高。由于采用反井鉆機與鉆爆法聯合施工成井法掘進通風天井，使得常峪鐵礦基建期通風系統提前建立，滿足各水平多工作面通風需求，在保證工程施工安全的前提下，實現了多水平、多工作面掘進，加快各水平的基建速度。使得-300、-350、-400、-425 m水平同時作業工作面達到16個，基建工程進度提高了一倍。

反井鉆機先行施工小直徑天井，使得上下兩個水平能夠快速貫通，較快形成了初級通風回路，各中段與小直徑天井貫通后，形成良好的通風網絡，規劃風流線路，從而減少局扇、通風材料的使用。

該施工方法利用反井鉆機施工的小直徑天井作為爆破自由面，提高了爆破效率和施工的安全性，圍巖原有裂隙得到控制，也沒有產生新的爆破裂隙，無明顯浮石，圍巖完整穩固，使得通風天井不需噴砼支護。

采用反井鉆機施工先導井時，鉆頭切削下來的巖屑均為10～20 mm的巖塊，可直接用于井下路面的維護，也可以充當混凝土中的部分骨料，不必將這部分巖屑運輸至地表，減少運輸費用。

5 結語

目前，其他地下基建及生產礦山，在天井掘進施工時，都可以借鑒常峪鐵礦對天井施工方法的技術措施，會在實際生產中均起到較好的效果。反井鉆機與鉆爆法聯合成井施工，使得井壁輪廓面平順，對圍巖擾動較小，減少了塌方事故，給井巷施工提供了強有力的安全保證，此方法成井速度快，施工時可先掘進通風天井，使井下通風環境得到顯著改善，減少局部通風機的投入與使用，便于推廣應用。由于井壁輪廓線平順，部分巷道可以不進行噴砼支護，減少部分巷道的支護費用，提高了襯砌進度和質量。