常峪铁矿反井钻机与钻爆法联合成井实践

王宝文 杨 闯 李成斌

(河钢矿业滦县常峪铁矿有限公司，河北 滦县 063700)

0 引言

常峪铁矿矿区位于河北省滦州市响堂镇司家营铁矿主厂区北侧，资源储量1.25亿t，全区全铁平均品位为29.26%。设计采用地下开采，年产铁矿石260万t。

采用大直径深孔阶段落矿空场嗣后充填采矿法地下开采方式，盘区是沿矿体走向划分，矿块是沿着每个盘区矿体走向布置，在每个盘区之间留设间柱。盘区内的矿块按二步回采，矿房回采完毕后立即进行充填工作。一步采矿块长×宽×高=52.5 m×20 m×50 m，矿块回采后，即进行充填工作，采用灰砂比1:6～1:8的尾砂胶结充填，二步采矿块长×宽×高=48.5 m×20 m×50 m矿块回采后采用灰砂比1:20尾砂胶结充填。间柱不进行回采。凿岩设备采用T150型深孔钻机。装药设备采用BCJ-4型井下乳化炸药装药车。采用WJD-6型6 m3电动铲运机出矿为主，WJ-6型6 m3柴油铲运机辅助出矿。

阶段有轨运输巷道设在-425 m水平，采用电机车牵引底侧卸式矿车运输矿石。溜破系统集中布置在-585 m主井附近，矿石经上部矿仓经给料机给入颚式破碎机，给矿粒度850～0 mm，排矿粒度240～0 mm。破碎后产品排入下部矿仓；经矿仓底部给入皮带机送入主井箕斗仓，经主井箕斗提升至箕斗提升机至地表箕斗仓内。

1 工程概况

常峪铁矿基建期间有天井数十条，后期生产时每个矿块又有切割天井和充填井，共计约上百条，数量较多。基建初期成井施工曾尝试采用普通法、吊罐法、爬罐法、深孔爆破成井法等，由于现场施工作业人员技术水平、工作环境、施工工序等因素，造成爆破效果不理想、火工品单耗整体相比较高，因此急需采用一种新的天井施工方法，取缔普通法、吊罐法、爬罐法、深孔爆破成井法，解决普通法中劳动强度大，通风、提升困难，作业条件恶劣，施工速度缓慢，且易发生炮烟中毒和坠井事故的问题；解决吊罐法中因各种杂物和石块坠入绳孔，放炮也会挤压绳孔，钢丝绳损伤不易发现，随时有断绳卡罐和过卷的危险的问题；解决深孔爆破成井法中在坚硬难爆的高天井中爆破控制难，发生盲炮不好处理等现象。计划全部采用反井钻机法成井，但采用反井钻机法成井至设计直径时，需要多次更换扩孔钻头，不仅投资和成本高，而且不易使井下快速的形成通风系统，为此常峪铁矿先采用反井钻机法施工，再采用人工钻爆法正掘天井施工，即反井钻机与钻爆法联合成井方法，从而提高经济效益和安全效益。

2 施工工艺

2.1 导孔钻进施工

根据地测部门标定的天井施工中心线，首先将反井钻机安装在井位上端的-300m水平，用牙轮钻头向下钻导向孔，开始采用低钻压向下钻进，当钻孔深度达到3m以后进行正常钻进工作。根据岩石的硬度情况具体控制钻孔压力，松软岩层采取低压钻进，坚硬岩层采取高压钻进。临近钻透之前，应缓慢降低钻进压力。

2.2 扩孔钻进

当导孔施工到与下部巷道钻透后，在下部巷道把导孔钻头和与钻头相接的钻杆一起卸下，再按上扩孔钻头，再由下向上，扩成天井，该天井称作先导孔或者先导井，主要作用是为钻爆刷扩井筒时提供爆破自由面和通风、溜渣的通道。然后采用“钻爆法”扩挖到设计尺寸后实施支护或二次衬砌。

2.3 正掘天井

当施工断面φ1.5 m后，即可用钻眼爆破法自上而下刷大天井到设计断面φ3.2 m。导井刷帮采用吊罐上、下提放来运送人员和钻具等工作。人员自上一水平下，吊罐提放使用小绞车配合起吊滑轮进行工作；将吊罐做成稳盘，稳盘做成φ1.5m正好跟导井一样方便固定，吊罐下至工作面固定，作业人员直接在井筒工作面从上往下凿岩。

2.4 扩井参数的确定

2.4.1 炮孔参数的确定

利用已施工φ1.5 m的先导井为爆破自由面，分两个段位进行爆破扩至为φ3.2 m的天井。炮眼直径为φ42 mm，炮眼深度3 m，最小抵抗线为840 mm。炮孔分两圈均匀布置在先导井周围，内圈炮孔孔间距为880 mm，外圈周边炮孔孔间距为570 mm。

2.4.2 装药结构、起爆方法及顺序的确定

本次采用的炸药为2#岩石乳化炸药，药卷直径均为φ32 mm，300 g/只，长度约为350 mm，采用半秒导爆管雷管起爆药卷，并由导爆管雷管起爆。采用起爆系统为：微型起爆器→塑料导爆管→半秒延期导爆管雷管→2#岩石乳化炸药。第二圈周边炮孔采用导爆索起爆。第一圈炮孔连续装药，第二圈周边炮孔采用轴向空气间隔不耦合装药。扩井爆破技术参数如图1、2，表1、2所示。

图1 人工扩井炮孔平面图

1—填塞物；2—空气间隔；3—炸药图2 人工扩井炮孔剖面图

表1 天井掘进爆破参数

3 成井实例

常峪铁矿-300、-350、-400、-425 m水平采用反井钻机与钻爆法联合施工成井法的实际案例如下，见表3。

表2 天井掘进装药量

表3 反井钻机与钻爆法联合施工成井法-实际案例统计表

4 实施效果

施工效率大幅提高。由于采用反井钻机与钻爆法联合施工成井法掘进通风天井，使得常峪铁矿基建期通风系统提前建立，满足各水平多工作面通风需求，在保证工程施工安全的前提下，实现了多水平、多工作面掘进，加快各水平的基建速度。使得-300、-350、-400、-425 m水平同时作业工作面达到16个，基建工程进度提高了一倍。

反井钻机先行施工小直径天井，使得上下两个水平能够快速贯通，较快形成了初级通风回路，各中段与小直径天井贯通后，形成良好的通风网络，规划风流线路，从而减少局扇、通风材料的使用。

该施工方法利用反井钻机施工的小直径天井作为爆破自由面，提高了爆破效率和施工的安全性，围岩原有裂隙得到控制，也没有产生新的爆破裂隙，无明显浮石，围岩完整稳固，使得通风天井不需喷砼支护。

采用反井钻机施工先导井时，钻头切削下来的岩屑均为10～20 mm的岩块，可直接用于井下路面的维护，也可以充当混凝土中的部分骨料，不必将这部分岩屑运输至地表，减少运输费用。

5 结语

目前，其他地下基建及生产矿山，在天井掘进施工时，都可以借鉴常峪铁矿对天井施工方法的技术措施，会在实际生产中均起到较好的效果。反井钻机与钻爆法联合成井施工，使得井壁轮廓面平顺，对围岩扰动较小，减少了塌方事故，给井巷施工提供了强有力的安全保证，此方法成井速度快，施工时可先掘进通风天井，使井下通风环境得到显著改善，减少局部通风机的投入与使用，便于推广应用。由于井壁轮廓线平顺，部分巷道可以不进行喷砼支护，减少部分巷道的支护费用，提高了衬砌进度和质量。