司家营铁矿Ⅲ#采场二期基建工程实践

杨 闯 刘汝勇 叶会师

(河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司)

司家营铁矿Ⅲ#采场二期基建工程实践

杨 闯 刘汝勇 叶会师

(河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司)

司家营铁矿Ⅲ#采场井下一期工程矿石回采工作接近尾声，必须加快二期基建工程。针对自投产以来生产中出现的巷道废弃和利用率不高、采场和井底车场的通风困难等问题，优化Ⅲ#采场-180 m中段基建工程设计，同时对各分部工程的施工方案进行优化，对突发性施工难题进行变更设计，从而缩短基建工期，保证了生产的顺利衔接。

天井布置 反井钻机导井法 基建施工

司家营铁矿Ⅲ#采场于2007年投产，设计生产能力为180万t/a，采用竖井与斜坡道联合开拓方式，无底柱分段崩落采矿法，阶段高度为60 m，分段高度为12 m，进路间距为10.5 m(Ⅰ#矿体)、12.5 m(Ⅱ#矿体)。截止到2011年3月，Ⅲ#采场-120 m 中段的Ⅱ#矿体-108 m水平资源储量接近枯竭；而Ⅰ#矿体在-84，-96和-108 m水平的矿石储量明显锐减，经统计已不足260万t。Ⅲ#采场正在进行二期-180 m中段基建工程施工。总体上，Ⅲ#采场的三级矿量比例明显失衡。Ⅲ#采场-180 m中段赋存矿石储量不多，仅为520万t左右，达产后即180万t/a，仅能维持3 a 生产。Ⅲ#采场-180 m中段开拓工程和-120 m中段日常生产相互影响。-180 m 中段各个水平实施采切工程，掘进工作面较多，排矸量大，副产矿石较多，副产矿石只能通过采场内的溜井集中排出，严重制约了排矸速度，影响了采掘进度，必须尽快完成-180 m中段基建工程，形成井下装矿、运输、提升等完善系统，以达到Ⅲ#采场早日达产的目的。

1 基建工程内容

Ⅲ#采场-180 m中段基建是司家营地区首个扩产二期工程，主要工程为井底车场、采区斜坡道、水泵房、中央变电所、机修硐室、避难硐室、溜矿井、通风井、装矿硐室、卸矿硐室等，基建工程量共计7万m3，土建工程量共计1.34万m3，总投资0.4亿元。

2 基建工程设计优化

根据司家营铁矿Ⅲ#采场-120 m中段生产经验管理，对-180 m中段基建工程设计从两方面进行优化：Ⅰ#、Ⅱ#矿体的进风井、回风井及溜井的数量和布置，措施井卸矿硐室的运输路线与通风环境。

2.1 天井的数量及布置

Ⅲ#采场-180 m中段基建天井按其作用分为岩石溜井、矿石溜井、进风井和回风井，其中Ⅰ#矿体有1条回风井、2条进风井和3条矿石溜井，Ⅱ#矿体有1条岩石溜井、2条回风井、2条进风井和5条矿石溜井。

Ⅰ#矿体的回风井、进风井和矿石溜井数量适合，但是布置不适合Ⅲ#采场-180 m中段日常生产。矿石溜井的布置位置并不利于各分段水平采场的通风环境和铲运设备出矿。所以将Ⅰ#矿体的各矿石溜井布置在采场的联络巷出口附近。

原-180 m中段Ⅰ#矿体进风井过于集中在矿体的中部，通过合理布置4#、5#进风井位置，使得回采矿体北部时通风环境良好。

Ⅱ#矿体的岩石溜井布置在矿体中部，根据-120 m 中段的生产经验，-180 m中段可以不设置岩石溜井。Ⅱ#矿体仅存在一部分且储量较少的赤铁矿，其进路中部分夹岩是随着氧化矿的揭露而剔除的。所以，Ⅲ#采场-180 m中段取消Ⅱ#矿体岩石溜井的布置。

原Ⅲ#采场-180 m中段Ⅱ#矿体设计有2条回风井，一条布置在矿体中部，另一条布置在矿体的最南部。根据-120 m中段的通风管理经验，南部回风井能较好解决各分段水平的通风问题，中部进风井不能有效使矿体北部的污风回流至措施风井，还扰乱了各分段水平的通风环境。所以，-180 m 中段在Ⅱ#矿体最北部设置一条进风井(1#)。

2.2 卸矿硐室的通风环境与运输路线

-120 m中段机修硐室的使用率不高，其北部巷道长期处于闲置状态，采取增加风门和安设风机等措施仍不能有效地改善通风环境。通过研究决定，对-180 m中段的机修硐室位置进行变更设计，把机修硐室的整体斜向措施井卸矿硐室布置，把机修硐室的北口连接到措施井卸矿硐室的南部，不仅改善了卸矿硐室和机修硐室的通风环境，还减少了井底车场100 m的巷道掘进工程量，减少相应的混凝土支护、轨道及架线的铺设工程，以及水沟、照明等其他辅助设施。同时可以有效解决井下2个卸矿硐室间运输矿石的操作不便、生产组织困难等问题，矿石运输效率提高了5倍，便于生产组织。

3 施工方案选择

-180 m中段基建工程共有8条溜矿井和5条进风井，设计段高均为-120～-180 m，井径为3 m，采用反井钻机导井法施工。

3.1 反井钻机导井法原理

反井钻机导井法原理：钻机电机带动液压马达，并利用液压动力将扭矩传递给钻具系统，带动钻杆及钻头旋转，导孔钻头或扩孔钻头上的滚刀在钻压的作用下，沿井底岩石工作面作纯滚动和微量滑移；同时，主机油缸产生的轴向拉力、压力也通过动力头、钻杆作用在导孔钻头或扩孔钻头上，使导孔钻头的滚刀在钻压作用下滚动，产生冲击载荷，使滚刀齿对岩石产生冲击、挤压和剪切作用，破碎岩石；被破碎的岩屑在导孔钻进时被正循环的洗井液冲洗，岩屑沿着钻杆与孔壁间的环形空间与洗井液排出钻孔；在扩孔时岩屑靠自重直接落到下水平巷道内，采用装岩机和运输设备及时清理运出；导孔钻进时钻杆不断加长，从上水平到钻透的下水平形成小直径(φ216 mm)钻孔，之后将导孔钻头卸下，装上扩孔钻头(φ1.4 m)；扩孔钻进时不断拆下钻杆，直到钻杆拆完，扩孔钻头从下水平拉到上水平为止。

3.2 反井钻机安装与固定

钻机基础混凝土浇筑后，将轻型轨道铺设在混凝土平台上，然后将钻机吊至轨道，调好钻机位置，锁紧卡轨器，竖起钻架，安装后拉杆，调平钻机，用螺栓将钢垫板连接在钻架上，安装前拉杆及埋设预埋螺栓，再次调平钻机，浇筑Ⅱ期混凝土。

3.3 导孔施工

Ⅱ期混凝土达到一定强度后，安装转盘和翻转架，调平钻机。导孔开始钻进时采用高转速低钻压，动力水龙头使用快速挡，钻压为2～5 MPa，一般情况下，对于松软地层和过渡地层应采用低钻压，对于硬岩和稳定地层宜采用高钻压。

动力水龙头向下推进至最低位置时停止，检查棘轮套的插销是否顶出，如果插销顶出，说明孔内石渣没有冲洗干净，继续冲洗至插销回到原位。导孔石碴冲洗干净后，关闭泥浆泵，连接钻杆，开启泥浆泵，继续往下钻进。为了控制导孔的偏斜率，开始钻进时放置一根稳定钻杆，一般情况下钻头后连续装6～8根稳定钻杆，以后间隔一定的距离放置一根，直到60 m竖井导孔工作结束。

3.4 扩孔钻进

导孔钻透地层后，在下平硐用卸扣器将导孔钻头和钻杆换下，用装载机将钻头运至导孔下方，将上下提吊块分别与钻头、导孔钻杆固定，上下提吊块用钢丝绳连接，提升导孔钻杆，使钻头离开地面约20 cm，然后固定钻头，下放导孔钻杆，拆去上下提吊块，接上φ1.4 m的扩孔钻头，再由下往上扩孔至上水平巷道。扩孔钻压的大小根据地层的具体情况而定，软岩低压，硬岩高压，但是，主泵油压不得超过24 MPa，副泵油压不得超过18.5 MPa。

3.5 实施效果

与原计划的人工正井法相比，反井钻机导井法施工工序较简单，只有钻机安装，导孔、扩孔钻进，而人工正井法包括打眼、装药、放炮、通风、出矸、排水、临时支护等工序。反井钻机导井法施工不需要工人直接在工作面作业，相对人工正井法更安全、更高效。就工程质量而言，反井钻机导井法施工孔壁光滑，质量好，人工正井法则一般。借助于φ1.4 m孔进行人工扩刷至3 m时，施工速度快，炸药单耗小。-180 m中段13条竖井仅用了180 d就安全顺利完成，比人工正井法提前48 d，节约成本约10%。

4 技术难题的化解

4.1 措施井卸矿硐室施工

措施井运输巷道掘进至卸矿硐室，由巷道中心线方向向左侧扩帮至4.4 m时与措施溜井崩透，洞口长5 m，高3 m，下部与措施溜井直接相通，无法按照原设计施工，为防止井筒内掉落的岩石砸坏卸载坑，同时保证措施溜井卸矿硐室的安全正常使用，对原施工设计进行变更。

在硐室与井筒崩透处采用600 mm厚的C25钢筋混凝土隔墙封闭，隔墙下方用6.45 m长的300 mm×300 mm×10 mm×15 mm的HW型钢材支撑，钢材镶嵌在两端梁窝内。隔墙外侧采用10 mm厚带生根钩的钢板加固，同时可作为外侧的模板(人员不用进入到井筒内立模与稳模)。隔墙内采用φ20 mm螺纹钢按300 mm网度焊接成网。在隔墙与岩体接触处采用φ30 mm圆钢锚杆按800 mm网度固定。最终安全顺利施工完措施井卸矿硐室。

4.2 措施溜井卸载坑施工

由于措施溜井卸载坑岩石结构较差，并且长期受矿石冲击及井内淋水侵蚀，在-180 m中段卸载坑东南侧下方形成φ2 m的冲击坑，与原设计相差甚远，无法施工。为保证日后卸载坑的正常使用及电机车的运输安全，同时防止卸载坑因受矿石冲击而再次扩大，为此进行变更。

在卸载坑的南、北、西3个斜坡面，采用φ16 mm钢筋绑扎并固定，进行钢筋混凝土浇筑，斜坡底部混凝土着力点处采用宽350 mm，厚16 mm的铁模板做基础平台；采用钢筋混凝土浇筑冲击坑，钢筋绑扎时与固定在岩石壁上的锚杆焊接相连；轨道下方的基础采用钢筋混凝土浇筑成梁，用φ16 mm钢筋绑扎成长12 m，宽1.5 m，厚1 m的双排基础梁，横筋间距为0.15 m，纵筋间距为0.2 m。最终安全顺利施工完卸载坑。

5 生产衔接

通过吸取其他矿山基建移交生产中的经验教训，对司家营铁矿后期基建和前期生产的衔接做了充分研究，取得了很好的效果。采取主要措施如下：

(1)当Ⅲ#采场-180 m中段2#运输巷机械设备已经安装完成，但是中央变电所没有完全形成，无法为2#采区变电所、4#牵引变电所供电，导致2#矿体出矿日期相对滞后。为解决此项问题，利用原来-120 m 水平采场内的低压电缆“T”型接出2条电缆，分别接入到-180 m中段2#采区变电所整流柜和低压柜，为2#运输巷提供550 V直流电源，以满足振动放矿设备和照明。至此，为-180 m中段2#矿体提供了动力电源，形成了完整的临时运输系统。

(2)在Ⅱ#矿体-120 m水平中南部及-132 m水平南部先后施工采准工程及中深孔，形成了采准、备采矿量，并对-120 m水平中南部4#采场进行矿石回采，同时对-132 m水平南部的矿石进路合理掘进，以提高矿石产量。

(3)在基建后期，大部分的系统工程已经完成，但整个系统并没有按照设计真正运行[1]。例如，主通风系统尚未运行，若要小规模试生产，应充分借助于已有的临时通风系统，可以增加部分通风设施(局扇、风筒)调整风流、风向，保证系统及某一局部正常通风。排水及其他系统一样,决不能由于大系统尚未运行和局部考虑不周而出现安全问题[1]。

6 结 语

司家营铁矿通过对二期基建工程的优化设计，在保证安全的前提下节省与后期生产关系不重要的分项工程量约3 000 m3。在施工卸矿硐室及卸矿坑时，积极与设计院、施工单位沟通研究，在原设计的基础上有效变更，创造性地解决了施工中的技术难题。本次二期基建工程共计节约投资约占总投资的15%，施工总工期也提前了77 d。同时，在基建前期科学合理地优化工程，利用已形成的系统工程着手前期的采矿生产准备，提前形成出矿能力，把基建移交生产的过程由交接关系转换成为搭接关系，以使整个系统建成后，尽快达到设计规模，充分地发挥了投资效益，取得了很好的效果。

[1] 岳润芳，黄 河.矿山基建后期与生产前期合理衔接的探讨[J].金属矿山,2005(7):62-64.

2015-03-19)

杨 闯(1986—)，男，工程师，063700 河北省唐山市滦县响嘡镇。