深立井快速施工工藝優(yōu)化

朱學(xué)勝，陳建宏，周智勇

(中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院， 湖南長(zhǎng)沙 410083)

深立井快速施工工藝優(yōu)化

朱學(xué)勝，陳建宏，周智勇

(中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院， 湖南長(zhǎng)沙 410083)

針對(duì)獲各琦礦主井施工速度較慢的情況，從作業(yè)方式、爆破方案、機(jī)械方案、排矸方式、支護(hù)技術(shù)、壓氣及風(fēng)水供應(yīng)方式、通風(fēng)方案等方面進(jìn)行了優(yōu)化。通過(guò)對(duì)各主要施工技術(shù)方案的優(yōu)化，施工速度得到了穩(wěn)定提高且保持了較高的速度，達(dá)到了預(yù)期的效果。

深立井;快速施工;工藝優(yōu)化

1 工程概況

內(nèi)蒙古獲各琦銅礦3#主井為多繩雙箕斗提升井，井深1105.6 m，井筒凈直徑5.5 m，井頸部分采用600 mm厚C20鋼筋混凝土整體支護(hù)，自井頸往下至井深490 m采用400 mm厚C20整體混凝土支護(hù)，以下全部采用400 mm厚C35整體混凝土支護(hù)。

獲各琦礦規(guī)模大，建設(shè)任務(wù)重，工程工期緊。但由于受多種因素的影響，施工速度仍不是很高。原設(shè)計(jì)主井的施工進(jìn)度700 m以上平均月進(jìn)尺70 m，700 m以下平均月進(jìn)尺60 m。井筒自進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行施工準(zhǔn)備，到8個(gè)月之后進(jìn)尺280 m，施工進(jìn)度偏低。為了提高立井的施工速度，開(kāi)展了施工工藝與爆破參數(shù)的優(yōu)化。

2 原施工設(shè)備及爆破參數(shù)概況

2.1 施工設(shè)備配置

Ⅳ型加高亭式鑿井井架，主提為Φ2.8 m(JKZ－2.8×2.2/15.5 型)的單滾筒提升機(jī)配3 m3吊桶，副提為Φ2.5 m(JK－2.5/20型)單滾筒提升機(jī)配2 m3吊桶，手持式風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆眼，0.4 m3中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)、座鉤式自動(dòng)翻矸、自卸式汽車運(yùn)矸。井筒作業(yè)方式為混合作業(yè)，整體金屬滑動(dòng)模板，模板全高3.2 m，底卸式吊桶下混凝土、JS－500型混凝土攪拌機(jī)1臺(tái)。目前井壁淋水小于1 m3/h。有1臺(tái)5L－40/8型和2臺(tái) EP200型空壓機(jī)，供風(fēng)管為 Φ159×4.0 mm無(wú)縫鋼管。采用壓入式通風(fēng)，風(fēng)機(jī)選用28 kW局扇，井筒內(nèi)敷設(shè)一趟Φ400 mm硬質(zhì)風(fēng)筒。

2.2 爆破參數(shù)

孔深2 m，82個(gè)炮眼，單位原巖炸藥消耗量約2 kg/m3。巖石乳化炸藥，Φ32 mm×200 mm×200 g。井筒斷面控制較好，超挖量在15%以下。

3 主要施工技術(shù)方案優(yōu)化

制定技術(shù)方案的指導(dǎo)思想是盡量保持目前已安裝和使用的技術(shù)工藝和設(shè)備設(shè)施，必要時(shí)采用其它設(shè)備、工藝和設(shè)施，以使設(shè)備配套。

3.1 作業(yè)方式

比較切實(shí)可行的作業(yè)方式有長(zhǎng)段單行作業(yè)和混合作業(yè)兩種方式可供選用。采用的混合作業(yè)方式比較有利。從國(guó)內(nèi)近10年來(lái)月進(jìn)100 m以上的井筒施工實(shí)例看，基本上都采用這種方式。根據(jù)模板高度和爆破方案，采用一掘一砌工藝。

3.2 鉆眼爆破

目前采用手持式鑿巖機(jī)打眼，孔深2 m，炮眼總數(shù)80個(gè)，采用巖石乳化炸藥，不能適應(yīng)快速施工要求。

快速施工時(shí)應(yīng)采用深孔爆破，孔深按一掘一砌要求確定。已知現(xiàn)有模板高3.2 m，假設(shè)炮眼利用率為0.9，炮孔深度應(yīng)達(dá)到3.6 m。

(1)鉆眼設(shè)備。有兩種選擇，一是傘鉆，二是手抱鉆。建議使用6臂傘形鉆架，孔深4.0 m左右，段高加大到3.6 m，改換模板高度為3.6 m。

(2)爆破器材。根據(jù)井筒檢查孔的巖性，巖石堅(jiān)固性系數(shù)f=7.6，屬較堅(jiān)硬巖石，應(yīng)選用高威力的水膠炸藥。如果沒(méi)有水膠炸藥，可改用高威力的乳化炸藥。選用導(dǎo)爆管雷管，延期間隔時(shí)間為100 ms。周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)按光面爆破要求設(shè)計(jì)，采用空氣柱間隔裝藥。所有炮眼必須用炮泥封堵，炮泥可使用黃沙代替。

(3)掏槽方式。立井掘進(jìn)深孔爆破的掏槽形式分兩大類:斜眼錐形掏槽和直眼筒形掏槽。研究表明，在以掏槽深度、槽腔體積、破碎塊度等作為主要衡量指標(biāo)時(shí)，兩階槽孔同深掏槽爆破效果較好。故選用兩階直眼筒形掏槽。

(4)周邊眼光面爆破。較好的光面爆破效果是保證井筒成型規(guī)整，減少周邊圍巖破壞的關(guān)鍵，井筒掘進(jìn)應(yīng)采取周邊眼光面爆破技術(shù)。根據(jù)安徽、山東、河南、江蘇以及華北等地的施工經(jīng)驗(yàn)，周邊眼間距可增大到600～700 mm，光面爆破炮孔密集系數(shù)的取值為 m=0.8～1.0，即光爆層厚度為600～650 mm，炮孔裝藥集中度為150～350 g/m。在實(shí)施光面爆破時(shí)，周邊孔應(yīng)布置在井筒掘進(jìn)斷面輪廓線上，孔底落在輪廓線以外50～100 mm，炮孔相互平行，深度一致。在立井掘進(jìn)爆破中，周邊眼裝藥普遍采用徑向間隙不耦合和軸向不耦合裝藥。這種裝藥結(jié)構(gòu)不僅能獲得較好的爆破效果，而且操作簡(jiǎn)單。

3.3 抓巖機(jī)

目前采用的抓巖機(jī)為中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)，配0.4 m3抓斗。

(1)該機(jī)適用井筒直徑為4～6 m，對(duì)于本井筒基本合適。

(2)為保證抓巖機(jī)有相對(duì)較長(zhǎng)的裝巖時(shí)間，裝巖機(jī)的生產(chǎn)率不宜超過(guò)一次爆破巖石量的1/4～1/5。根據(jù)計(jì)算，一次爆破巖石量(松散)為209 m3，按1/5計(jì)算，抓巖機(jī)的生產(chǎn)率不宜超過(guò)42 m3/h。

(3)按一茬炮裝巖時(shí)間6 h計(jì)算，需要平均裝巖生產(chǎn)率不少于35 m3。目前采用的抓巖機(jī)技術(shù)生產(chǎn)率為30 m3/h，實(shí)際中一般難以達(dá)到，只能達(dá)到其50%～70%。按70%計(jì)算，實(shí)際生產(chǎn)率為21 m3，不能滿足要求，需配備0.6 m3抓巖機(jī)。

為保證裝巖，提高裝巖效率，施工中除無(wú)其它因素的影響外，還要做到以下幾點(diǎn):

(1)抓巖機(jī)的工作高度保持在10～15 m，最大不能超過(guò)15 m;

(2)吊盤(pán)以下要有足夠的照明度，一般要求5～7 W/m2，按 10 W/m2配置，需 300 W;

(3)加強(qiáng)專職抓巖機(jī)司機(jī)的培訓(xùn)，必要時(shí)進(jìn)行外聘;

(4)提升矸石時(shí)，必須保證兩套提升機(jī)同時(shí)工作，提矸期間，應(yīng)減少生產(chǎn)人員的上下井次數(shù)，各類管理人員盡量少下井或不下井;

(5)提高機(jī)械維修水平，加強(qiáng)檢查檢修，不得因抓巖機(jī)故障而影響裝巖。

3.4 吊桶容積的驗(yàn)算

(1)提升高度:井口以下按700 m、井口以上按12 m計(jì)算，計(jì)712 m。

(2)經(jīng)計(jì)算，一次提升循環(huán)時(shí)間為341 s。

(3)需要的抓巖機(jī)生產(chǎn)率按0.6 m3中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)考慮，技術(shù)生產(chǎn)率為50 m3/h，實(shí)際生產(chǎn)率按前面的計(jì)算，取38 m3/h。

(4)經(jīng)計(jì)算，吊桶容積為4.8 m3。原設(shè)計(jì)采用3 m3和2 m3吊桶各1個(gè)，合計(jì)容積為5 m3，略超過(guò)計(jì)算值，基本可行。

3.5 提升機(jī)的驗(yàn)算

(1)主提。根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)，采用ZJK－2.8/15.5 型，電機(jī)功率 1000 kW，繩速 3.8 m/s，鋼絲繩型號(hào)為18×7－37－170－特(每m重5.327 kg)。經(jīng)驗(yàn)算，主提升的電機(jī)功率能夠滿足要求。

(2)副提。型號(hào)為JK－2.5/20，電機(jī)功率480 kW，繩速3.7 m/s，鋼絲繩型號(hào)18×7－28－170－特(每m重2.996 kg)。電機(jī)功率也基本能夠滿足要求。

3.6 排矸

仍采用目前的座鉤式翻矸方式，矸石直接倒卸在地面，用鏟車裝自卸汽車運(yùn)走。

3.7 支護(hù)

(1)攪拌能力分析?，F(xiàn)場(chǎng)混凝土攪拌采用1臺(tái)JS－500型攪拌機(jī)，該機(jī)出料容量為500 L(0.5 m3)，技術(shù)生產(chǎn)率為23～27 m3/h，按段高 3.2 m、損耗量5%計(jì)算，每模需要的混凝土量為40.6 m3。如果供料系統(tǒng)正常、及時(shí)，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)攪拌的話，用2 h即可完成。所以從攪拌能力看，基本上可滿足要求。事實(shí)上，攪拌能力受很多因素影響，除了其本身的機(jī)械效率外，也受上料方式、下灰方式的制約。如果用1.5 m3吊桶下灰，1桶需攪拌3次(每次實(shí)際攪拌量小于0.5 m3)，次數(shù)太多。為切實(shí)保證快速施工要求，應(yīng)加大攪拌機(jī)的生產(chǎn)能力，考慮到與下料桶的配套，建議采用JS－1000型攪拌機(jī)或2臺(tái)500 L的攪拌機(jī)，以保證攪拌2次可裝滿1桶。另外，應(yīng)保證混凝土材料的供應(yīng)，不能出現(xiàn)停工待料的情況。

(2)提升下放能力分析。下放混凝土用1.5 m3底卸式吊桶，每模需裝混凝土的桶數(shù)N=40.6/(1.5×0.9)=30桶。按澆注時(shí)間5 h計(jì)算，平均每小時(shí)需提運(yùn)6桶(主提提4桶、副提提2桶)。按主提每小時(shí)提運(yùn)4桶計(jì)算，平均每15 min就要供應(yīng)1桶混凝土，時(shí)間上是比較緊張的，應(yīng)適當(dāng)加大底卸式吊桶的容積。

(3)混凝土輸送方式。混凝土輸送方式有鋼管輸送和底卸式吊桶輸送兩種。目前采用1.5 m3底卸式吊桶。鋼管輸送速度快，建議改用。改用鋼管輸送的話，攪拌站要移到井口棚邊緣處。

3.8 壓氣供應(yīng)

抓巖機(jī)的耗風(fēng)量為24 m3/min，若用10臺(tái)YT28型鑿巖機(jī)鉆眼，耗風(fēng)量約為35～40 m3/min，所以按鑿巖機(jī)計(jì)算壓風(fēng)量，壓氣站需要的壓氣供應(yīng)量為76.5 m3/min，壓氣管路需直徑159 mm。

3.9 工作面風(fēng)水供應(yīng)方式

傳統(tǒng)的做法是在吊盤(pán)上設(shè)集中分風(fēng)器和分水器，這種分風(fēng)、分水方式在鉆眼機(jī)械數(shù)量較多時(shí)容易使工作面的風(fēng)水帶互相干擾，影響操作，擬改為環(huán)形分散式分風(fēng)、分水器，即在下層盤(pán)上沿吊盤(pán)四周布置兩圈管路，均布風(fēng)、水接頭，使風(fēng)水管路沿井幫下放與鑿巖機(jī)連接。

3.10 通風(fēng)

豎井施工采用壓入式通風(fēng)，現(xiàn)用YBTd62－2型軸流式局扇，28 kW，風(fēng)量為 4.16～6.5 m3/s，風(fēng)壓為3140～690 Pa，井筒內(nèi)敷設(shè)一趟Φ400 mm硬質(zhì)風(fēng)筒。根據(jù)井筒情況計(jì)算需要的風(fēng)量應(yīng)為16.7 m3/s。故需換用大的風(fēng)機(jī)，如KJ5－59№12.5D型建井風(fēng)機(jī)，風(fēng)量可達(dá)1055 m3/min，功率100 kW，或者用兩臺(tái)28 kW的風(fēng)機(jī)串聯(lián)。

3.11 其它

采用工業(yè)電視技術(shù)，在井口和翻矸臺(tái)安裝攝像頭，接收屏放在提升機(jī)司機(jī)操作臺(tái)旁，可大大提高司機(jī)的操作效率。

4 實(shí)施效果

雖然由于各種原因未能實(shí)現(xiàn)月成井100 m的目標(biāo)，但由于設(shè)備配套的合理性大大提高，施工速度得到了穩(wěn)定提高，且保持了較高的速度。自各項(xiàng)設(shè)備安裝到位開(kāi)始，5個(gè)月的平均進(jìn)尺速度超過(guò)了70 m。在井深900 m時(shí)仍達(dá)到月進(jìn)70 m，其速度是較為理想的，達(dá)到了預(yù)期的效果。

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2011－07－12)

朱學(xué)勝(1970－)，男，安徽樅陽(yáng)人，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事礦井建設(shè)方面的工作。