暗竖井小导硐反井钻机快速施工技术

黄明健，王祖辉



暗竖井小导硐反井钻机快速施工技术

黄明健，王祖辉

(湖南涟邵建设工程(集团)有限责任公司，湖南 长沙 410011)

以云南普朗铜矿进风暗竖井施工为例，介绍了该技术的施工方案。暗竖井小导硐反井钻机施工技术通过改进反井钻机进行小导硐施工，再利用该小导硐通风排矸进行正掘扩挖成井，采取了加固反井钻机扩孔中心管、反井钻机钻孔防偏斜、宽孔距小抵抗线毫秒光面爆破、钢模液压系统保护装置等多项新技术措施提高了施工效率、安全和质量, 依靠科学的组织管理和严密的安全措施，确保了暗竖井在安全优质条件下的快速施工。

暗竖井；反井钻机；快速施工

0 引 言

矿产资源深部开采是目前矿山企业发展的大趋势，暗竖井是矿山深部开拓延深工程的重要组成部分，优质快速地实现暗竖井施工是矿井建设的重点和难点。暗竖井施工的传统方法是自上而下一次全断面凿岩爆破成巷，其主要难点在于提升出碴、通风和排水，尤其是低出碴率已成为限制施工速度的重要问题，不但工程成本高，而且存在较大的安全隐患[1]。具有下部联络道的暗竖井工程多见于矿山各类溜井、进回风井等，对于此类暗竖井可采用导硐法施工。反井钻机的应用使暗竖井导硐法施工进入了一个新的阶段，在缩短工期、降低安全隐患等方面具有显著优势[1−3]。但是，暗竖井反井钻机施工中还存在钻机扩孔精度不够、爆破扩挖堵塞、衬砌接口不整齐等诸多问题，制约了暗竖井优质快速施工的实现[4]。暗竖井小导硐反井钻机施工技术是对具有下部联络道的暗竖井井筒施工中总结出的成功技术，在云南迪庆普朗铜矿、云南大红山铁矿等多个暗竖井建设中得到了很好的应用。

云南迪庆有色金属有限责任公司普朗铜矿一期采选工程一标段溜破系统进风暗竖井水平标高为3720 m至3600 m，进风井底部通过联络道与大件道相通，设计断面为圆形，掘进断面直径为5.6 m，断面积为24.62 m2，井筒高度约120 m，支护方式采用素混凝土支护，支护厚度300 mm，岩石坚硬，其硬度系数为9，密度为2.68 t/m3，工程地质和水文地质复杂程度均为中等。该进风暗竖井井筒施工工期为3个月，综合平均月进尺40 m，井筒对中准确，砌壁平整光滑，在安全优质的条件下实现了快速施工。

1 暗竖井反井钻机施工机械化配套

具有下部联络道的暗竖井井筒施工采用反井钻机导硐扩孔与人工正向短段掘砌混合作业法施工，合理的机械设备配套是实现快速优质施工的重要保证[5]。普朗铜矿进风暗竖井井筒施工机械设备选型借鉴了立井施工设备配套先进经验[6]，并充分考虑反井钻机施工的特点，所采用的井筒施工机械设备见表1。

表1 暗竖井筒施工装备表

2 暗竖井小导硐反井钻机施工方案

暗竖井小导硐反井钻机施工可分为小导硐反井钻机施工和正向扩刷短掘短砌混合作业施工两个步骤，工艺流程见图1所示。

图1 暗竖井小导硐反井钻机施工工艺流程

2.1 小导硐反井钻机施工

(1) 反井钻机安装准备。在进行反井钻机施工前，暗竖井的上部和下部联络道应已形成，并能方便提供固定电源供电及施工用水和压风，在暗竖井井口布置反井钻机主机位置浇筑混凝土基础，用43 kg/m钢轨直接铺设至井口上方的混凝土基础上，并在旁边搭设泵站和钻具存放场地，轨道下部布置循环池和循环泵等；反井钻机基本就位后，接通工作电源，启动钻机车；安装一台15 kW通风机并用Φ600 mm的胶质风筒接至井口钻机位置进行通风，保证施工人员在良好的通风条件下工作。

(2) 小钻头正导孔作业。在进行小钻头正导孔施工前，先开孔钻进，深度约为5 m；待开孔结束后拆去扶正器和开孔钻杆，采用带导向的综合式异径钻具，换上正常钻进的直径244 mm小钻头；用钻机辅助设备连接钻杆，接好钻杆后，开启泥浆泵供洗井液和冷却用水，开始从上往下开孔钻进；直径244 mm小钻头正导孔开始钻进时采用高转速低钻压，动力水龙头的转速使用快速挡，钻压为2～5 MPa。

(3) 盘形滚刀钻头反向扩孔。小钻头正导孔钻穿岩层后，暗竖井下出口位置用卸扣器将直径244 mm正导孔小钻头及其配套钻杆换下，用吊车或装载机将直径1200 mm盘形滚刀钻头运至贯通的正导孔下方，将上下提吊块分别和盘形滚刀钻头、导孔钻杆固定；采用低钻压和低转速钻进，待盘形滚刀钻头全部钻进时再加压，当盘形滚刀钻头钻至距基础1.4 m时，要降低钻压慢速钻进，慢慢的扩刷小导硐，直至盘形滚刀钻头露出地面。

(4) 反井钻机拆除。反井钻机撤场时，除盘形滚刀钻头由暗竖井上部工作面撤场外，其余部件撤场方法与进场方案相同，但拆除步骤与安装步骤基本相反；盘形滚刀钻头不能直接提出井口，应将盘形滚刀钻头卡固在钢轨上、拆掉反井钻机的前后斜拉杆和各种油管，将主机车从钻架上拆掉，将钻架主机车和一些辅助设备拆下；将扩孔钻头吊装牢，并拆掉轨道，将盘形滚刀钻头提出孔外，运到井上，全部钻孔工作结束，并做好小导硐保护。

2.2 正向扩刷短掘短砌

(1) 扩刷准备段施工。小导硐掘进完成以后，先从上往下掘进长度5 m的暗竖井井筒为扩挖准备段，打眼过程中采用架管扣件将反井掘砌的小导硐封闭，确保施工安全；待该准备段井筒掘进完成后进行暗竖井井口段的支护，支护完成后，在暗竖井井口安装封口盘；进行简易井架和稳车等生产辅助系统的安装，井架采用I25工字钢制作，打地锚杆固定井架，人员及材料的提升采用直径1.2 m吊罐；对生产系统进行安全调试，形成正常作业条件。

(2) 扩刷钻眼爆破出碴。在小导硐与暗竖井设计断面周边间根据实际地质情况、扩挖厚度进行钻孔爆破，使用4台YTP-26手持式钻机打眼；安装一台JTB-1.2型绞车作为主提升，风水管通过稳车从暗竖井井口下放至工作面；打眼、装药、联线完成后，人员、设备撤出工作面，拆除吊篮并用钢丝绳上提至暗竖井井口；井筒内钢丝绳悬吊电缆放炮，采用LR-Z型发爆器井口远距离起爆磁电雷管爆破；爆破扩刷产生的矸石，自由掉落至暗竖井井底联络道，用铲车将矸石铲起倒入汽车车厢，再由汽车运至排矸场。

(3) 扩刷段支护衬砌。支护前，对扩挖段围岩进行安全检查，敲帮问顶确保顶、边帮无松石浮石后，进行作业面风水管连接等工作；采用整体下滑金属模板，模板砌筑，模板高度3 m，砌筑段高2.8 m；稳模后，搭接部分套牢老模砼，在该搭接铁板高度内沿井筒周边均匀预留几个浇注漏斗，采用活动铁板封口，浇注满后将铁板合拢封口，确保接茬密实。

3 反井钻机快速施工关键技术

3.1 改进反井钻机实现小导硐施工

在云普朗铜矿进风暗竖井施工中，对LM200型反井钻机进行改进优化，将内圈扩孔盘刀适当外移并将盘形滚刀钻头由Φ1400 mm更换为Φ1200 mm以保证盘刀受力均匀及提高钻机扭矩，缩小导硐直径，大大加快了导硐贯通时间；同时采用合金稳定条加固扩孔中心管以防止钻头断裂，如图2所示，经过加固后的扩孔钻头在后期施工中基本不断裂，从而保证了施工进度，降低施工成本；另外，将原操作台配置Φ6 mm供油管和Φ10 mm回油管，改为Φ10m供油管和Φ6回油管后，供油量足，动作灵敏。为控制反井钻机钻孔偏斜，要保证安装质量，基础平整坚实，并把好换径关，换径时，采用带导向的综合式异径钻具；采用钟摆钻具、偏重钻铤等组合式钻具，增强钻具的稳定性和导正作用，从而提高了防斜能力。

图2 加固后的扩孔中心管

3.2 宽孔距小抵抗线毫秒光面爆破

暗竖井扩刷时，小导硐起溜井作用，导硐直径和爆碴块度匹配才能保证扩挖时顺利出碴，因导硐直径限制，控制爆破块度成为工艺的关键。有小导硐的暗竖井钻爆法由于不需要掏槽，开挖断面又比较大，有两个临空面，类似台阶爆破，爆破设计时借鉴台阶爆破法，采用宽孔距小抵抗线毫秒光面爆破，在保持炮孔负担面积不变的前提下，加大孔距、增大孔深、减小抵抗线，即增大密集系数的爆破技术，结合竖井扩挖钻孔爆破，保证了暗竖井扩挖爆破时小导硐不堵塞，井筒成形质量好，有效地提高了井筒掘进爆破效果。云南迪庆普朗铜矿溜破系统进风暗竖井爆破扩刷时，正常情况下炮眼深度为3 m，炮眼利用率为0.83，布置炮眼3圈(见图3)，爆破效果详见表2。

图3 暗竖井扩刷井筒炮眼布置

表2 爆破效果表

3.3 改进整体下滑金属模板

为实现暗竖井井筒砌壁的快速优质施工，将金属模板进行整体改进，采用的MJY型整体金属刃角下行模板的上口布置8根导向工字钢，施工中能方便脱立模，大大缩短立模时间；金属模板采用10 mm厚钢板卷焊而成，以抵抗爆破冲击，整个钢模预留一条搭接缝，采用液压伸缩油缸调节模板的伸缩；为防液压伸缩油缸爆破时被砸坏，对支拆钢模的液压系统增设防爆装置，确保整体钢模的爆破冲击安全，降低维修成本，提高工作效率[5]，图4为钢模液压系统保护装置；砌壁时，采用浇筑口无缝搭接技术，搭接高度200 mm，使新、老之间接口不留缝隙。

图4 钢模液压系统保护装置

4 结 论

暗竖井施工主要难点在于提升出碴、通风和排水，不但工程成本高而且存在较大的安全隐患，因此对于具有下部联络道的暗竖井可采用导硐法施工。暗竖井小导硐反井钻机施工技术通过改进施工设施设备并对其进行合理配套[6]，解决了暗竖井施工过程中反井导硐、扩刷爆破、砌壁等各项工作效率和施工速度问题，同时，依靠科学的组织管理和严密的安全措施，实现了矿山暗竖井安全优质条件下的快速施工。该技术适应当前矿山开采趋势，适用具有下部联络道的暗竖井在安全优质条件下施工，应用前景广阔，可带动暗竖井施工技术向前发展。

[1] 张小荣.反井钻机与人工正向扩刷在煤仓施工中的应用[J].煤炭技术,2016,35(12):65−68.

[2] 张启文.利用反井钻机快速施工煤仓[J].建井技术,2018,39(3):7−9.

[3] 王彬彬.深竖井反井法先导孔快速施工技术研究[J].铁道建筑技术,2017(3):93−97.

[4] 杨致许.利用反井钻机施工进风井[J].建井技术,2017,38(6):13− 16.

[5] 黄明健,王军华,谢海鹏.大红山铁矿箕斗竖井的快速施工技术[J].采矿技术,2014,14(4):47−50.

[6] 何端华,王祖辉.矿山方形井快速施工关键技术与安全管理[J].采矿技术,2017,17(2):40−42.

(2018−10−28)

黄明健(1976—)，男，湖南邵阳县人，高级工程师，主要从事矿山工程建设及装备应用制造与研究，Email: h_mj@163.com。