液壓傘鉆與氣動傘鉆在立井快速施工中的應用

孟慶才，許貴林

(遼寧東煤基本建設有限責任公司， 遼寧 沈陽 110122)

1 工程及地質(zhì)概況

遼寧本溪龍新礦業(yè)有限公司思山嶺鐵礦進風井工程，由遼寧東煤基本建設有限責任公司（以下簡稱“遼寧東煤”）負責施工。該礦位于遼寧省本溪市東南16 km，南芬區(qū)北9 km處，礦區(qū)行政區(qū)劃隸屬于思山嶺滿族鄉(xiāng)所轄，礦區(qū)北距沈陽市直距70 km，距沈陽桃仙國際機場65 km，南距丹東港180 km，西距沈丹鐵路橋頭站8 km，距G025高速公路橋頭出口3 km，與其連通的鄉(xiāng)級公路縱貫礦區(qū)東西南北，交通條件十分方便。

思山嶺鐵礦鐵礦石探明儲量為24.87億t。礦區(qū)屬長白山脈南西延伸部分，地貌為遼東淺切割中低山區(qū)，山地面積占90%以上，地形趨勢為北高南低。礦區(qū)最高海拔高度為579.70 m，最低侵蝕基準面標高為169.70 m（三道河），相對高差為410.00 m。

進風井深度為1213.5 m，井筒凈直徑為8.5 m，是目前國內(nèi)井筒超千米，井筒直徑較大的金屬礦井。井筒基巖巖石硬度f=8～12。涌水量Q≤15 m3/h。井筒采用2套單鉤提升系統(tǒng)，主提升為JK-4×3/18.5單滾筒提升機，配7 m3、5 m3吊桶出矸，副提升為2JK-4×2.2P/18.5雙滾筒提升機，提升吊桶同主提。副提升機選用雙筒4 m提升機的目的是為了下一步各中段平巷開拓施工，改絞后采用雙罐籠雙車提升。選用兩臺固定在下層吊盤方孔中的HZ-6型中心回轉(zhuǎn)式抓巖機進行裝巖。商品混凝土通過3.0 m3底卸式材料吊桶經(jīng)分灰器入模進行 澆筑。

井筒施工進入堅硬的石英巖、大理巖段時，巖石硬度系數(shù)為10～12；采用FJD6C-48型氣動傘鉆打眼時工作時間平均長達10 h，最長達15 h，工人勞動強度大，施工時間長，并且氣動鑿巖機鑿巖時產(chǎn)生的巖塵和噪聲對工人的身心健康損害極大，極易造成職業(yè)病害。為此，通過市場調(diào)研、經(jīng)驗對比，選擇購置了1臺六臂YSJZ6.12型液壓傘鉆鑿巖，該機鉆孔動作（回轉(zhuǎn)、沖擊、推進）由兩臺90 kW電機提供動力，采用液壓傳動形式，所有動作實現(xiàn)機械化。釬桿移位迅速、準確、平穩(wěn)，配備高效率鑿巖機高速鉆孔，鉆鑿巖石硬度可達f20，更適合硬巖施工。此液壓傘鉆可將鉆眼時間縮短3～6 h，達到了快速和環(huán)保的期望效果。六臂YSJZ6.12型液壓傘鉆與FJD6C-48型氣動傘鉆的主要技術參數(shù)見表1。

2 井筒硬巖段施工

井筒硬巖段采用鉆爆法掘進，根據(jù)作業(yè)面大小和巖石情況，布置掏槽眼、輔助眼和周邊眼。爆破采用電雷管引爆、導爆管雷管引爆乳化炸藥。六臂YSJZ6.12型傘形鉆架配6臺HYD-200型鑿巖機鑿巖。使用乳化炸藥，藥卷直徑為45 mm。半秒延期抗雜散電流電雷管引爆非電導爆管雷管，在井口用交流電起爆。掘進實行光面爆破，掏槽眼與輔助眼炸藥采用反向耦合連續(xù)裝藥，周邊眼采用反向空氣柱間隔裝藥。炮眼深度為5.0 m，炮眼個數(shù)為156個。井筒出巖采用兩臺HZ-6B中心回轉(zhuǎn)抓巖機裝巖。提升容器為7.0 m3、5.0 m3和3.0 m3座鉤式矸 石吊桶各2只。采用商砼澆筑。井頸段、井身段井筒支護采用整體懸吊液壓伸縮式金屬模板，模板高度為4.5 m。每次爆破進尺為4.5～4.7 m，爆破率達95%。為確保井筒快速施工的要求，實行專業(yè)隊伍鉆眼、出巖、砌筑、清底等工序“循環(huán)”作業(yè)制度，輔助工種實行8 h倒班作業(yè)，確保實現(xiàn)井筒施工正規(guī)化循環(huán)。

表1 YSJZ6.12型液壓傘鉆與FJD6C-48型氣動傘鉆的主要技術參數(shù)

2.1 液壓傘鉆使用操作流程

2.1.1 地面準備及設備入井

傘鉆下井前做好檢查工作，鉆具的各個注油口要灌滿油脂，高壓油管各接頭須保持完好，不得有漏油現(xiàn)象，檢查各部位螺絲不得有松動現(xiàn)象，啟動馬達檢查設備運轉(zhuǎn)狀態(tài)。經(jīng)檢查確認鉆具能確保正常工作后，由井口調(diào)度絞車將傘鉆挪至井口，傘鉆在懸吊梁上的10 t電動葫蘆配合下提到主提鉤上，與絞車司機、井口、吊盤、工作面上的信號工聯(lián)系下井。運行時，速度不可過大，特別是通過喇叭口時吊盤上的人員要密切注意傘鉆的狀態(tài)，如遇險情，應馬上發(fā)送信號，及時排除。把傘鉆順利下放到井筒內(nèi)工作面后用奪鉤鋼絲繩和U型卡，與傘鉆吊環(huán)繩扣聯(lián)接并緩慢拉向井筒中心。找平安穩(wěn)后，調(diào)整好傘鉆立柱，撐起支撐臂，使之達到平、直、齊、穩(wěn)，然后才能松動和摘除提升鉤繩，即可開鉆打眼。

2.1.2 鉆眼施工

鑿巖打眼時要按爆破圖表要求布置炮眼。先用3個鉆臂打掏槽眼，其余的鉆臂張開打輔助眼，并逐步擴大到周邊眼。這樣既避免了剛下井收攏狀態(tài)造成的鉆臂擁擠，又避免了鉆臂無秩序地內(nèi)外擺動頻繁，影響工效。為避免傘鉆不能以較大垂角打周邊眼產(chǎn)生欠挖，周邊眼傾角為87°，眼底落在設計荒徑邊。鑿巖打眼實行定人、定位、定眼、定機、定責的五定制度，以確保施工質(zhì)量。

2.1.3 停機收鉆

鑿巖打眼完畢后，卸下鉆桿，收好工作臂，關好各系統(tǒng)閥門，將傘鉆連同管路用繩捆綁牢固，用手動葫蘆奪鉤，除信號工外，其余人員在傘鉆提升之前全部提升至地面。通過信號系統(tǒng)與地面相關人員溝通，確認安全后，再利用提升機將傘鉆提至 地面。

2.2 技術性能及經(jīng)濟比較

與氣動鑿巖機對比，YSJZ6.12型液壓傘鉆具有如下優(yōu)點。

（1）能量損耗低：風動傘鉆鑿巖時需使用2臺DLG40/0.8型壓風機，每臺壓風機電機功率為250 kW，總功率為500 kW；液壓傘鉆系統(tǒng)由兩臺90 kW電機提供動力，所需用電總功率為180 kW。電動液壓系統(tǒng)所需功率只有氣動鉆進功率的36%。功率損失小，故可節(jié)約能源。

（2）鑿巖效率高、速度快：經(jīng)施工對比，思山嶺鐵礦進風井使用液壓傘鉆，每循環(huán)鑿巖時間較風動傘鉆提前3 h，千米井筒預計工期可提前近一個月。

（3）節(jié)約鉆具成本費用：同樣的巖石硬度，使用氣動傘鉆比液壓傘鉆每循環(huán)（4.5 m）多使用鉆頭8～10個，每循環(huán)鉆桿氣動傘鉆比液壓傘鉆多消耗1.8根。

（4）降低鑿巖成本：由于液壓傘鉆壓力較高，鑿巖使用的釬桿尾部受力均勻，應力傳遞損失低，同時液壓傘鉆的使用壽命長，維修保養(yǎng)率低，故成本費用可降低1/3左右。

（5）施工環(huán)境得到改善，噪聲低：由于液壓鑿巖必須使用高壓供水降低鑿巖產(chǎn)生的高溫及排出巖粉，所以施工時作業(yè)區(qū)域無粉塵產(chǎn)生，工作面的可見度較高，改善了作業(yè)環(huán)境。液壓鑿巖除金屬撞擊聲外，無廢氣排放聲音，故比氣動鑿巖噪聲可降低10～15 dB。

（6）有效提高了工程質(zhì)量：由于液壓鑿巖能做到按照爆破設計進行鉆眼布孔，光面爆破效果較好，降低了超挖欠挖的頻率，故可提高工程的施工質(zhì)量。

通過施工過程中液壓與氣動傘鉆的成本費用及技術性能比較，采用YSJZ6.12型液壓傘鉆大大提高了鉆眼效率，同時也節(jié)省了大量的釬桿、鉆頭， 降低了施工成本，充分體現(xiàn)了YSJZ6.12液壓傘鉆的優(yōu)越性，按4.5 m循環(huán)進尺平均，主要經(jīng)濟指標對比見表2。表2表明，平均一個循環(huán)4.5 m，液壓傘鉆比氣動傘鉆節(jié)省成本費用5365元，千米井筒預計節(jié)約成本費用120萬元。

表2 YSJZ6.12型液壓傘鉆與FJD6C-48型氣動傘鉆的經(jīng)濟指標對比

3 結(jié)論

YSJZ6.12型液壓傘鉆在思山嶺鐵礦進風井井筒施工中的使用，大大縮短了鑿巖鉆眼時間，降低了職工的勞動強度，改善了作業(yè)環(huán)境，實現(xiàn)了大直徑井筒超千米立井連續(xù)3個月掘進進尺超100 m的優(yōu)秀施工業(yè)績，預計可節(jié)約成本費用120萬元，工期提前一個月。思山嶺進風井井筒的施工充分體現(xiàn)了機械化作業(yè)設備選擇的重要性。該工程取得了建設單位的高度評價，樹立了遼寧東煤的良好形象，為日后井筒高效、快速施工總結(jié)了經(jīng)驗、奠定了基礎。