石碌铁矿不良地质条件下主溜井施工技术

段永祥



石碌铁矿不良地质条件下主溜井施工技术

段永祥

(金诚信矿业管理股份有限公司，北京 100089)

石碌铁矿主溜井设计井筒长度为300 m，净直径为4.5 m，井口设在−120 m水平。由于主溜井处于不良地质环境下，施工难度较大。根据现场地质条件，矿山采用反井钻机施工主溜井，对施工过程的堵井事故进行了有效处理，并采取了合理的锚网及钢纤维砼井筒联合支护技术，较好地解决了不良地质条件下主溜井的施工难题。

溜井；反井钻机；堵井处理；井筒支护

0 引 言

石碌铁矿位于海南省昌江黎族自治县石碌镇，是我国最重要的富铁矿石生产基地之一[1]。矿床以含铁为主，并伴生有钴、铜等多金属，属于受构造控制的火山沉积−变质类型。矿区自1957年投产以来，历经多年大规模的建设和生产，露天开采资源已逐步枯竭。随着深部矿产资源的持续发掘，矿山已于2017年正式由露天转入地下开采。

主溜井是地下矿山矿石运输的主要通道，应优先布置在矿量集中，运输条件好，且岩层稳固的地段[2−3]。石碌铁矿2#主溜井设计井筒净直径为4.5 m，井口标高为−120 m，井底标高为−420 m，其中−360 m以下为上部矿仓及破碎硐室。由于矿区富矿及周边围岩岩层极为破碎，存在大量断层、破碎带等不良地质条件，因此矿山将主溜井布置在岩层稳固性相对较好的贫矿地层中。然而，由于岩层的局部破碎及高地压作用，在施工过程中仍出现塌方、堵井等事故[4−5]。因此，为实现矿区地下开采的顺利投产，对不良地质条件下主溜井的高效施工具有重要意义。

根据现场特殊情况，本文主要介绍反井施工、堵井处理及井筒支护，其他施工工艺大部分同矿山井下盲竖井施工。

1 反井导孔施工

根据现场工程地质条件，矿山采用反井钻机施工溜井。由于井筒岩石条件、岩层应力等原因，反井导孔合计施工2次。

第一次反井导孔施工时，存在的主要难点是导孔不反水、导孔易偏斜和卡钻，施工导孔长181 m时合计遇到2处破碎带，第一处破碎带为54~85 m段，在反井施工该段时采取水泥单液浆对导孔进行注浆处理，注浆长度约30 m，待水泥浆凝固以后再次下放钻杆施工导孔，在施工至181 m时再次出现破碎带，施工难点同样是不反水，准备提升钻杆时出现卡钻现象，最终提升20 m时钻杆全部卡死，无法进行提升，钻杆161 m长全部卡在导孔内，致使后期井筒刷扩时必须同步拆除井筒内的反井钻杆，增加了施工刷扩难度。

考虑到第一次反井钻杆问题，第二次反井导孔施工时，偏离设计井中位置1.2 m处进行施工，施工难点和相关的处理方法同第一次，且需控制导孔偏斜，防止和第一次的导孔贯通。通过对导孔进行测斜分析，结果符合反井施工偏斜率要求。

2 堵井处理

2.1 堵井情况

2#主溜井揭露的地层主要为白云岩、透辉透闪石化白云岩夹断层间破碎花岗岩。堵井部位的岩石为透灰透闪石化白云岩，风化后剥落成大块堵住导井。

在2#主溜井人工刷扩至设计位置段共计32 m时，发现主溜井下部1.4 m直径反井钻机扩孔堵塞，现场堵塞情况见图1。通过对堵塞区进行爆破处理，采用上部悬吊炸药包至堵塞位置进行爆破的方式，单次最大装药15 kg，爆破后在导井底部观察，无明显掉渣现象。采用钻孔电视对堵井情况进行了视频录像，确定堵井位置上表面离井口约79 m，堵井位置上部垮塌段约15 m，最大垮塌宽度超过4 m，同时存在较多大块浮石及一组倾角较大的断层构造带。

2.2 堵井处理措施

本次溜井堵井处理使用108 mm×4 mm无缝钢管作为套管下放至塌方区，孔内地质钻机钻进的方式进行处理。为了能够尽量稳定钻杆，在钻杆底部及中间架设稳固设施。

图1 现场堵塞情况

(1) 将吊盘下放至工作面，人员用吊盘钢格栅结构的下层盘作为工作平台进行操作，无缝钢管上安设吊耳，使用稳车通过法兰连接下放。

(2) 搭设钻机工作平台，使用[20a靠背对焊槽钢作为主梁，Φ20 mm螺纹钢，=2 m，外露长度0.5 m，作为生根锚杆固定钢梁，铺设10 mm厚钢板。搭设工作平台过程中，对无缝钢管套管上段，使用Φ20 mm螺纹钢作为连接筋将钢管与横梁搭接牢固。

(3) 地质钻机采用KY6075型地质钻机，钻机钻杆直径60 mm，钻头使用特制加工的螺旋钻头。地表将地质钻机尽可能解体，使用绞车下放；下放油管时对油管进行捆绑，使用吊桶下放。架设地质钻机，钻机架设时进行孔位调整，使钻机钻孔位于108 mm钢套管之内，尽量避免钻杆下放过程中对套管的磕碰，架设结束，对钻机支架上下进行固定，确保钻机稳固。

(4) 准备工序到位后边钻边下掘，施工过程中钻速逐渐增大。专人负责记录钻杆根数，钻机操作手对钻进情况进行预估，如进入空区，记录空区长度及空区位置；如处理通则停止钻进，渣石滑落结束后，拆除钻杆及套管。

(5) 经过长达5个月地质钻机钻孔处理，最终成功钻通11 m堵井区域段，在钻孔过程中遇到卡钻、钻进速度过慢、钻孔偏斜、现场移位钻孔等施工难点，通过套管对钻孔区域进行注浆处理，前后合计注浆5.25 t，注浆之后为后序施工带来利弊，利是钻进质量较好，弊是整个堵井的区域连接成整体，给爆破处理带来困难。

(6) 在钻孔钻通之后，准备一根6.5 mm钢丝绳前端挂设一根直400~500 mm铁件，从套管及钻杆内穿6.5 mm钢丝绳至井底，−360 m井底硐室外人员观察钢丝绳是否穿过堵塞区域至井底，待确定穿过之后通过现场电话联系提升钢丝绳，同时−120 m井口提升人员做好提升长度标记，特别是控制提升速度和受力点明显变化时的长度，待标记确定堵井下口位置之后，再次下放钢丝绳至井底准备提升自制炸药桶，炸药桶上下口小中间大，底部割有小口便于导爆索和起爆电缆通过，炸药量每次控制在6 kg左右，起爆采用双响连接，同时对提升钢丝绳利用废旧胶皮做好相应的保护，减少爆破对钢丝的破坏。因前期堵井钻孔注浆结块，第一次爆破效果甚微，通过多次提升爆破处理，最终疏通堵井区域。

(7) 在疏通堵井之后立即下放一根28 mm提升钢丝绳在钻孔内，便于处理再次堵井。第一次堵井处理完成以后，上部恢复刷扩施工，因堵井区域极其破碎，再次发生井壁垮塌大块堵井，处理通过导孔内预留28 mm钢丝绳提升炸药一次处理疏通，再次疏通之后恢复刷扩施工。

3 井筒支护

根据现场实际状况及溜井服务年限，井筒掘进先采用全断面锚网支护后，再采用钢纤维砼支护。喷砼厚度为150 mm，锚杆间排距为0.8 m×0.8 m，全长树脂锚固，网片为1.5 m×1 m，网格为150 mm×150 mm。

井筒支护施工顺序：反井钻杆拆除：每施工3~5 m拆除一次，同时还需要进行反井钻杆固定防止偏斜在井筒之内；井筒掘进：严格控制眼距300~400 mm及装药量，减少对井壁原岩的破坏；井筒锚网支护：一掘一支，直至垮塌段全部施工完成；开始钢纤维砼 支护。

钢纤维砼设计130 kg/m3钢纤维，现场与混凝土同时搅拌，搅拌机设在井口，钢纤维砼料通过靠壁挂设溜灰管及溜灰活节入模。施工过程当中因钢纤维含量较大，容易造成溜灰堵管，现场临时进行搅拌试验，即减少每斗钢纤维含量直至合适为止，相应减少的钢纤维通过吊桶下放至井筒吊盘上，下放钢纤维量之前先对井筒现场断面实测提前计算好每模浇筑量及钢纤维用量，人工在浇筑时均匀抛洒在混凝土里面，同时采取振动棒振捣均匀。钢纤维砼支护段全长31 m，模板采用3套组装钢模板，24 h滚班作业，完成全部31 m/876.43 m3钢纤维砼浇筑，消耗钢纤维113.94 t。

通过锚网与钢纤维砼联合支护，主溜井井筒稳定性得到很大改善，保证了矿山的正常生产。

4 结 论

根据石碌铁矿工程地质条件，对不良地质环境下主溜井的施工难题进行了系统分析和处理。针对反井施工时导孔不反水、导孔易偏斜和卡钻等问题，采取水泥砂浆对导孔进行注浆处理，待水泥浆凝固后顺利施工导孔。同时，对主溜井人工刷扩过程中遇到的破碎带井壁垮塌堵井事故提出了有效的解决方案。为防治不良地质环境下主溜井井壁失稳破坏，提出了锚网及钢纤维砼井筒联合支护技术。现场实践证明，本文提出的不良地质条件下主溜井施工技术是可行的，可为类似工程地质条件的主溜井施工提供借鉴。

[1] 郭 雄.石碌铁矿炮孔破坏原因及应对措施[J].采矿技术,2016, 16(5):60−62.

[2] 郑建新,赵明祥,张俊文,等.高应力不良岩层矿石溜井施工[J].建井技术,2016,37(4):4−8.

[3] 王长贵,王聚永,孟中华.地下矿山天溜井施工方法的探讨[J].采矿技术,2008,8(5):19−21.

[4] 李胜辉,康志强,叶会师,等.反井钻机技术在司家营铁矿溜井施工中的应用[J].矿业工程,2013,11(3):31−33.

[5] 崔传杰,王鹏飞.主溜井结构型式及支护加固探讨[J].中国矿山工程,2015,44(6):66−70.

(2018−09−05)

段永祥(1968—)，男，甘肃金昌人，工程师，主要从事金属矿山井下现场生产技术和管理，Email：3203358126@qq.com。