反井钻机导井法竖井施工工艺技术优势及应用方向

杨启鑫

摘 要：作者以荣达矿业公司甲乌拉矿辅助盲竖井为例，分析了反井钻机导井法竖井施工工艺在实际应用中的技术优势，该井为甲乌拉矿深部资源技改接替工程中各主矿体主要探矿平台，对整体技改工程有重要意义。根据目前现阶段工艺技术水平、工程特征与现场实际情况，通过与普通法竖井施工方案的施工工艺、总工程量、工程进度及投资概算等方面进行了对比，分析两种方案的施工难点及优缺点，总结出较具体的应用方向。

关键词：竖井施工；方案对比；施工工艺；反井钻机；施工过程影响因素

中图分类号：TD421.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）15-0098-02

Abstract： Taking the auxiliary blind shaft of Jiawula Mine of Rongda Mining Company as an example， the author analyzes the technical advantages of the shaft construction technology of the anti-well drilling rig guided well method in practical application. The well is the main prospecting platform of each main orebody in the replacement project of deep resources technical transformation of Jiawula Mine， which is of great significance to the overall technical reform project. According to the present technological level， engineering characteristics and the actual situation of the site， the paper compares the construction technology， total engineering quantity， project progress and investment estimate with the common shaft construction scheme. The construction difficulties， advantages and disadvantages of the two schemes are analyzed， and the specific application direction is summarized.

Keywords： shaft construction； scheme comparison； construction technology； reverse drilling rig； construction process influencing factors

1 概述

荣达矿业有限责任公司甲乌拉矿辅助盲竖井（以下统称为辅盲井）井口所在标高为320m中段，其主要功能技改工程形成后280m-40m各生产中段的人员、材料及设备，下放和提升，提升时先由辅盲井提升至320m中段副井井底，再由副井提升至地表，该井对技改工程整体通风系统、排水系统、溜矿系统的完成时间起到决定性作用，为此有必要对其掘砌工程中竖井下掘施工方案进行论证与分析。根据辅盲井工程特征与现场实际情况，辅盲井井筒设计长度370.76m，井深340m，井筒断面为圆形，掘进断面为φ4.6m，其中砼支护厚度为300mm，净断面为φ4.0m，其措施工程主要包括天轮硐室及0m中段运输巷。现拟定两种施工方案：方案一：普通施工法；方案二：反井钻机导井开挖法。本文将对以上两种方案的施工工艺、工程量、工程进度、投资概算等方面分别进行对比，最后进行分析论证。

2 施工工艺对比

2.1 方案一

普通施工法就是采用人工凿岩，下掘一小段后即用井圈、背板进行临时支护，掘进一段后（一般不超过30m），再由上向下拆除井圈、背板，然后砌筑永久井壁。如此循环，直至最深部基岩。该方法的主要特点有：（1）需用设备少、布置简单；（2）使用条件不受深井、井颈限制；（3）排矸只能通过提升至井口后至地表，增加主井排矸负荷；（4）下掘速度较慢工期较长。因此方法在金属非金属矿山应用比较广泛，本文对该工艺不再详细赘述。

2.2 方案二

开挖作业分为二序进行，即先钻进正导孔，再进行反扩孔的施工。其施工工序如图1所示。

反井钻机导井法主要利用反井钻机钻进原理，在反井钻机安装完毕后，于井筒最上部中段井筒中心施工中导孔，再于井筒底部中段安装反扩孔钻头，电机带动液压马达，利用液压动力将扭矩传递给钻具系统，带动钻具旋转，并向上、下升降，采用镰齿盘形滚刀破岩，滚刀在鉆压的作用下沿井底滚动，从而对岩石产生冲击，挤压和剪切作用，使其破碎，直至反扩孔施工完毕。该方法的主要特点有：（1）必须由底部中段（本工程为0m中段）先行掘进至井筒中心；（2）辅盲井掘进断面为φ4.6m，如无同等大小扩孔钻头，需要二次扩挖；（3）施工人员不需留在井内施工，安全性较好；（4）矸石经底部中段运输，显著降低主井运输压力，且不影响主井正常生产；（5）可极大缩短竖井成型工期，为二次扩挖创造较好工作环境；（6）设备机械化程度高、施工前准备复杂，精度要求高；（7）设备成本较高。在可行性上两种方案均可操作，但方案二由于设备相对复杂需要提前考虑反掘钻机能否顺利下放，确保主竖井断面尺寸满足要求及提升能力，以辅盲井为例，该井可下放材料断面规格为2.0*2.5m，提升能力为6吨，反掘钻机最大不可拆卸件为3.2*2*1.6，重量约为4吨。可行性结论：满足设备运输条件。

3 工程量对比

从两种方案工程量统计结果显示，方案一主体工程工程量合计18493m3，方案二比方案一主要多出反井钻机基础、洗净液池和冷却水池开凿工程量合计约80m3，支护工程量多出30m3，因0m中段运输巷为技改工程重要环节，且为非关键线路，不影响总工期，本次统计不包括0m中段运输巷工程量。

4 工程进度对比

根据辅盲井现施工队伍及专业施工队伍施工效率，马头门及竖井掘砌速度暂参考为1.2m/d，通过方案一工程进度时标网络计划图得出凿井工程工期为350天，方案二由于与方案一施工工艺不同，钻进参数选择主要依据地层条件，钻进部位等多方面因素确定。一般根据岩石硬度参数施工，但在施工时根据不同情况予以调整。根据辅盲井现场地质相关资料显示，该井岩石硬度系数为8，根据同类型工程项目对比可得导孔钻进速度约为10m/d，一次扩孔φ2.0m速度10m/d，二次擴孔速度为2.2m/d，根据两种方案的工程进度时标网络计划图得出开挖时间相同的情况下。根据统计结果得出以下结论：方案一凿井工期为350天，方案二总工期为240天工比方案一缩短约110日。

4.1 方案一工程进度影响因素

（1）辅盲井贯通工程较多，测量精度要求高，施工单位必须配备专职测量工程技术人员，必须确保测量精度的达标。（2）经计算得出辅盲井系统主井提升量为322t/日，废石产出量为223.53t/日，得出结论：方案一中排矸方式能保证废石满载运输。

4.2 方案二工程进度影响因素

（1）由于辅盲井井筒内地质岩性变化较大，导孔施工过程中根据施工队伍的技术水平有不稳定因素，一旦导孔施工至井筒深部发生侧斜将影响导孔下放速度。（2）二次扩孔速度对凿井工期影响较大，必须确保二次扩孔期间提升设备、运输设备正常运转和施工人员的稳定。以上为两种方案工程进度方面的影响因素，总体来看方案一更好操作，影响因素较小，方案二的施工难度上更大，国内反井钻机技术还处于探索阶段，尤其在导孔施工上，如果可以在设备上加以改进确保导孔钻进的偏斜率降低将大大提高反井钻机稳定性。

5 投资概算对比

根据地方制定的概预算定额得出方案二比方案一额外投资概算见表1。

除以上分部工程外，两种方案成本方面无差别，结果显示方案二比方案一多出成本约160万元，主要额外投资发生在一次扩孔施工。

6 结束语

根据方案选择的原则，首先两种方案技术上均可行，工程量上相差较小，工期上方案一比方案二总工期缩短110天，投资概算方面方案二比方案一要多出约160万元的投资费用。综合考虑以上主要因素外，方案二安全方面更优，施工技术及机械化程度上更先进，且凿井时排矸方式不会影响主井正常生产，但是在施工关键控制点上需要做到高标准要求，如测量精度的保证、更专业成熟的施工队伍、导孔钻进偏斜率控制等。

此结论暂适用于类似于辅盲井工程施工，从目前国内反井钻机技术水平考虑，因反井钻机扩孔钻头大小的限制，如不需要二次扩挖，反井钻机开挖法更适用于圆井断面直径小于3m，井深小于300m的竖井、斜井工程，其机械化程度、工程进度控制和安全管理方面效果要远好于普通法施工，投资金额上一般也在可控范围之内，且因该技术目前属于新兴阶段，许多工艺、设备方面优化空间较大，如提高导孔钻进速度，研究适用于各种不同岩性的钻头，提高造孔精度等。

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