AT天井钻机在三山岛金矿施工中的应用

赵景博，杜 飞

(1.山东黄金矿业股份有限公司，山东 莱州 261400； 2.山东黄金矿业股份有限公司三山岛金矿，山东 莱州 261442)

三山岛金矿为有效解决新立矿区井下西部通风问题，降低井下生产施工作业强度，与湖南有色重型机器有限责任公司联合协作，采用AT1500天井钻机在三山岛金矿新立矿区井下-320～400m中段施工风井，进行下行上扩法掘进动钻试验。

1 工程施工概况

新立-320～400m中段119线倒段风井工程地质条件为花岗岩，其主要由正长石、石英组成，有时含斜长岩、闪石，呈现全晶体质粒状结构，块状构造，颜色多为肉红色、浅红色。该类岩石完整性强，节理不发育，坚固性f基本在12以上。由于岩石硬度大，风井断面小的特点，天井普通法施工已经不能很好的服务于该工程，则AT1500天井钻机是大胆引进先进科技和机械的一次创新。

该段工程采用AT1500天井钻机下行上扩法施工，于2010年6月1日开始动钻，7月9日导硐和扩刷完全施工完毕。风井倾角为69°40″，全长85.1m，其中导硐直径250mm，断面为0.049m3，刀盘扩刷直径为1500mm，断面为1.76m3，概算投资为32万元。

2 天井钻机的性能

AT系列天井钻机，主要用于地下矿山和其他各种工程的通风井、充填井、管道井的施工，也可作为地下矿山掘进大断面天井和溜井之用。AT1500天井钻机采用全液压驱动，各种钻进参数可无级调整，抗冲击性好，工作平稳；结构紧凑，安装操作简单方便；具有生产效率高、成井质量好、操作安全，工人劳动强度低，钻孔偏斜率小等特点，其基本性能见表1。

表1 AT1500天井钻机基本性能

3 AT1500天井钻机施工技术说明

3.1 开钻之前的准备工作

由于施工硐室比较狭小，大型机械基本采用“一”字排开，除操作台之外，未施工三角状的混凝土支撑台。首先，由测量人员根据设计制定点的要求，进行实际放点，包括风井的上下口坐标校核。钻机安装检查一切正常后，启动主机，空载运转3min，确认一切无误后方可开钻。

3.2 导硐施工

开孔的质量不仅对钻进偏斜率有直接影响，若孔口毁坏后会影响顺利排碴，同时影响效率和钻具寿命。

1)用短钻杆开孔，首先将牙轮钻头与短钻杆接好，机械手抓住短钻杆，送入机架内与导向套连接好，机械手收回，机头下降至牙轮钻头接触岩石。

2) 先开水，用小钻压(约15～20 kg/cm2左右)低转速开孔，并断续推进，上下提动钻头扫孔，及时清理孔内的岩渣。

3) 打完短钻杆后，先停机后停水。按程序装上一个钻杆，用扶钎器油缸扶住钻杆，并继续用小钻压，低转速钻进，钻孔深超过3m后，可按正常参数钻进，并且开始逐渐增加轴压，提高转速。

4)为了将偏斜率控制在1%之内，必须保证排碴的风量、水量和风压、水压，将孔内岩渣排净，防止堵孔。除了正确安装主机和控制开孔外，还需每隔一段距离安装一根稳定杆。

3.3 扩刷施工

1)250mm导硐钻通后，将扩孔刀盘运至天井下部，将刀盘和钻杆用吊具连接起来。

2)待扩天井的下部工作面要平整，保证刀盘滚刀受力状态良好，以减小扩孔刀盘的冲击。

3)扩孔开始时，因为接触面不平，应缓慢断续推进，合理控制拉力和转速，待刀盘的所有滚刀接触岩石后，方可按正常压力扩孔。

3.4 技术指标

1)在-400m中段顺利贯通之后，根据现场测量，巷道原始规格为2.55mm×2.85m，则250mm钻头偏离巷道中心线0.65m，即偏斜率为0.85%，远远低于初步目标1.5%。

2)根据现场的时间记录(表2)来看，对于原来的普通法(同样断面)速度提高三倍以上。

表2 主要技术经济指标

4 天井钻机应用效益分析

4.1 天井工程掘进的方法对比

普通法、吊罐法、爬罐法以及深孔爆破法等，都存在炮眼中毒、 高空坠落、物体打击等安全风险问题，而天井钻机有施工效率高、工期短、生产成本低以及安全性高等优点；此外，还解决了大高度天井带来的高温、通风不良等因素而造成的人工无法施工的难题，改变了传统的开拓方法，节省了大量的人力与财力。

4.2 经济效益分析

采用AT1500天井钻机下行上扩法扩刷后的岩石粒径均匀，基本控制在35mm左右，可以直接作为道碴和路碴使用。减少了二次爆破、提升地表、再次破碎清洗、再次运输井下等程序，大大减少了能源的消耗和资金的浪费。按照市场价格35mm的石子为35元/m3，扩刷总量为150.3m3，价值5260元。

机械操作时，只需要两个人即可，效率高，不受炮眼和粉尘的干扰。AT1500天井钻机架设定位之后，日常作业只需要两人，一人操作，一人辅助接杆或者卸杆，清理反水的岩碴，并记录数据。

出碴用0.75m3的小矿车，共需要出渣200车左右，岩渣均匀，两人人工出渣即可，节省了临工的使用。

4.3 社会效益分析

在节省资金和提高爆破利用的同时，由于不使用任何炸药，不产生任何炮眼，对井下职工的工作环境大有改善。尤其是在独头掘进的过程中，可有效预防井下员工职业病、CO中毒事故的发生，具有显著的社会效益。

在AT1500天井钻机定位之后，测量人员对-320m风井上口和-400m风井下口进行测量，坐

标进行校核，准确无误后，不需要再次测量，这次试验偏斜率为0.85%，效果良好。

刀盘扩刷后的井筒光滑无浮石，岩石完整性强，无任何超欠挖现象，井筒无需修复。若1500mm的井筒不能满足使用的要求，可以再进行扩刷，井筒可以作为以后的溜碴间或者导硐，定位准确。

5 结束语

AT1500天井钻机在三山岛金矿新立矿区-320～-400m中段119线倒段风井工程中得到了应用，取得了良好的效果与经济效益，为后续工程施工积累了宝贵的经验，对于下一步更长、岩石更硬、倾角越小等施工困难的风井开拓工程，具有及时的指导和借鉴意义，也为黄金矿山采矿方法的改进和发展开辟了新的道路。

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