深立井快速施工工艺优化

朱学胜，陈建宏，周智勇

(中南大学资源与安全工程学院， 湖南长沙 410083)

深立井快速施工工艺优化

朱学胜，陈建宏，周智勇

(中南大学资源与安全工程学院， 湖南长沙 410083)

针对获各琦矿主井施工速度较慢的情况，从作业方式、爆破方案、机械方案、排矸方式、支护技术、压气及风水供应方式、通风方案等方面进行了优化。通过对各主要施工技术方案的优化，施工速度得到了稳定提高且保持了较高的速度，达到了预期的效果。

深立井;快速施工;工艺优化

1 工程概况

内蒙古获各琦铜矿3#主井为多绳双箕斗提升井，井深1105.6 m，井筒净直径5.5 m，井颈部分采用600 mm厚C20钢筋混凝土整体支护，自井颈往下至井深490 m采用400 mm厚C20整体混凝土支护，以下全部采用400 mm厚C35整体混凝土支护。

获各琦矿规模大，建设任务重，工程工期紧。但由于受多种因素的影响，施工速度仍不是很高。原设计主井的施工进度700 m以上平均月进尺70 m，700 m以下平均月进尺60 m。井筒自进场进行施工准备，到8个月之后进尺280 m，施工进度偏低。为了提高立井的施工速度，开展了施工工艺与爆破参数的优化。

2 原施工设备及爆破参数概况

2.1 施工设备配置

Ⅳ型加高亭式凿井井架，主提为Φ2.8 m(JKZ－2.8×2.2/15.5 型)的单滚筒提升机配3 m3吊桶，副提为Φ2.5 m(JK－2.5/20型)单滚筒提升机配2 m3吊桶，手持式风动凿岩机钻眼，0.4 m3中心回转抓岩机、座钩式自动翻矸、自卸式汽车运矸。井筒作业方式为混合作业，整体金属滑动模板，模板全高3.2 m，底卸式吊桶下混凝土、JS－500型混凝土搅拌机1台。目前井壁淋水小于1 m3/h。有1台5L－40/8型和2台 EP200型空压机，供风管为 Φ159×4.0 mm无缝钢管。采用压入式通风，风机选用28 kW局扇，井筒内敷设一趟Φ400 mm硬质风筒。

2.2 爆破参数

孔深2 m，82个炮眼，单位原岩炸药消耗量约2 kg/m3。岩石乳化炸药，Φ32 mm×200 mm×200 g。井筒断面控制较好，超挖量在15%以下。

3 主要施工技术方案优化

制定技术方案的指导思想是尽量保持目前已安装和使用的技术工艺和设备设施，必要时采用其它设备、工艺和设施，以使设备配套。

3.1 作业方式

比较切实可行的作业方式有长段单行作业和混合作业两种方式可供选用。采用的混合作业方式比较有利。从国内近10年来月进100 m以上的井筒施工实例看，基本上都采用这种方式。根据模板高度和爆破方案，采用一掘一砌工艺。

3.2 钻眼爆破

目前采用手持式凿岩机打眼，孔深2 m，炮眼总数80个，采用岩石乳化炸药，不能适应快速施工要求。

快速施工时应采用深孔爆破，孔深按一掘一砌要求确定。已知现有模板高3.2 m，假设炮眼利用率为0.9，炮孔深度应达到3.6 m。

(1)钻眼设备。有两种选择，一是伞钻，二是手抱钻。建议使用6臂伞形钻架，孔深4.0 m左右，段高加大到3.6 m，改换模板高度为3.6 m。

(2)爆破器材。根据井筒检查孔的岩性，岩石坚固性系数f=7.6，属较坚硬岩石，应选用高威力的水胶炸药。如果没有水胶炸药，可改用高威力的乳化炸药。选用导爆管雷管，延期间隔时间为100 ms。周边眼装药结构按光面爆破要求设计，采用空气柱间隔装药。所有炮眼必须用炮泥封堵，炮泥可使用黄沙代替。

(3)掏槽方式。立井掘进深孔爆破的掏槽形式分两大类:斜眼锥形掏槽和直眼筒形掏槽。研究表明，在以掏槽深度、槽腔体积、破碎块度等作为主要衡量指标时，两阶槽孔同深掏槽爆破效果较好。故选用两阶直眼筒形掏槽。

(4)周边眼光面爆破。较好的光面爆破效果是保证井筒成型规整，减少周边围岩破坏的关键，井筒掘进应采取周边眼光面爆破技术。根据安徽、山东、河南、江苏以及华北等地的施工经验，周边眼间距可增大到600～700 mm，光面爆破炮孔密集系数的取值为 m=0.8～1.0，即光爆层厚度为600～650 mm，炮孔装药集中度为150～350 g/m。在实施光面爆破时，周边孔应布置在井筒掘进断面轮廓线上，孔底落在轮廓线以外50～100 mm，炮孔相互平行，深度一致。在立井掘进爆破中，周边眼装药普遍采用径向间隙不耦合和轴向不耦合装药。这种装药结构不仅能获得较好的爆破效果，而且操作简单。

3.3 抓岩机

目前采用的抓岩机为中心回转抓岩机，配0.4 m3抓斗。

(1)该机适用井筒直径为4～6 m，对于本井筒基本合适。

(2)为保证抓岩机有相对较长的装岩时间，装岩机的生产率不宜超过一次爆破岩石量的1/4～1/5。根据计算，一次爆破岩石量(松散)为209 m3，按1/5计算，抓岩机的生产率不宜超过42 m3/h。

(3)按一茬炮装岩时间6 h计算，需要平均装岩生产率不少于35 m3。目前采用的抓岩机技术生产率为30 m3/h，实际中一般难以达到，只能达到其50%～70%。按70%计算，实际生产率为21 m3，不能满足要求，需配备0.6 m3抓岩机。

为保证装岩，提高装岩效率，施工中除无其它因素的影响外，还要做到以下几点:

(1)抓岩机的工作高度保持在10～15 m，最大不能超过15 m;

(2)吊盘以下要有足够的照明度，一般要求5～7 W/m2，按 10 W/m2配置，需 300 W;

(3)加强专职抓岩机司机的培训，必要时进行外聘;

(4)提升矸石时，必须保证两套提升机同时工作，提矸期间，应减少生产人员的上下井次数，各类管理人员尽量少下井或不下井;

(5)提高机械维修水平，加强检查检修，不得因抓岩机故障而影响装岩。

3.4 吊桶容积的验算

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

(2)经计算，一次提升循环时间为341 s。

(3)需要的抓岩机生产率按0.6 m3中心回转抓岩机考虑，技术生产率为50 m3/h，实际生产率按前面的计算，取38 m3/h。

(4)经计算，吊桶容积为4.8 m3。原设计采用3 m3和2 m3吊桶各1个，合计容积为5 m3，略超过计算值，基本可行。

3.5 提升机的验算

(1)主提。根据施工组织设计，采用ZJK－2.8/15.5 型，电机功率 1000 kW，绳速 3.8 m/s，钢丝绳型号为18×7－37－170－特(每m重5.327 kg)。经验算，主提升的电机功率能够满足要求。

(2)副提。型号为JK－2.5/20，电机功率480 kW，绳速3.7 m/s，钢丝绳型号18×7－28－170－特(每m重2.996 kg)。电机功率也基本能够满足要求。

3.6 排矸

仍采用目前的座钩式翻矸方式，矸石直接倒卸在地面，用铲车装自卸汽车运走。

3.7 支护

(1)搅拌能力分析。现场混凝土搅拌采用1台JS－500型搅拌机，该机出料容量为500 L(0.5 m3)，技术生产率为23～27 m3/h，按段高 3.2 m、损耗量5%计算，每模需要的混凝土量为40.6 m3。如果供料系统正常、及时，能实现连续搅拌的话，用2 h即可完成。所以从搅拌能力看，基本上可满足要求。事实上，搅拌能力受很多因素影响，除了其本身的机械效率外，也受上料方式、下灰方式的制约。如果用1.5 m3吊桶下灰，1桶需搅拌3次(每次实际搅拌量小于0.5 m3)，次数太多。为切实保证快速施工要求，应加大搅拌机的生产能力，考虑到与下料桶的配套，建议采用JS－1000型搅拌机或2台500 L的搅拌机，以保证搅拌2次可装满1桶。另外，应保证混凝土材料的供应，不能出现停工待料的情况。

(2)提升下放能力分析。下放混凝土用1.5 m3底卸式吊桶，每模需装混凝土的桶数N=40.6/(1.5×0.9)=30桶。按浇注时间5 h计算，平均每小时需提运6桶(主提提4桶、副提提2桶)。按主提每小时提运4桶计算，平均每15 min就要供应1桶混凝土，时间上是比较紧张的，应适当加大底卸式吊桶的容积。

(3)混凝土输送方式。混凝土输送方式有钢管输送和底卸式吊桶输送两种。目前采用1.5 m3底卸式吊桶。钢管输送速度快，建议改用。改用钢管输送的话，搅拌站要移到井口棚边缘处。

3.8 压气供应

抓岩机的耗风量为24 m3/min，若用10台YT28型凿岩机钻眼，耗风量约为35～40 m3/min，所以按凿岩机计算压风量，压气站需要的压气供应量为76.5 m3/min，压气管路需直径159 mm。

3.9 工作面风水供应方式

传统的做法是在吊盘上设集中分风器和分水器，这种分风、分水方式在钻眼机械数量较多时容易使工作面的风水带互相干扰，影响操作，拟改为环形分散式分风、分水器，即在下层盘上沿吊盘四周布置两圈管路，均布风、水接头，使风水管路沿井帮下放与凿岩机连接。

3.10 通风

竖井施工采用压入式通风，现用YBTd62－2型轴流式局扇，28 kW，风量为 4.16～6.5 m3/s，风压为3140～690 Pa，井筒内敷设一趟Φ400 mm硬质风筒。根据井筒情况计算需要的风量应为16.7 m3/s。故需换用大的风机，如KJ5－59№12.5D型建井风机，风量可达1055 m3/min，功率100 kW，或者用两台28 kW的风机串联。

3.11 其它

采用工业电视技术，在井口和翻矸台安装摄像头，接收屏放在提升机司机操作台旁，可大大提高司机的操作效率。

4 实施效果

虽然由于各种原因未能实现月成井100 m的目标，但由于设备配套的合理性大大提高，施工速度得到了稳定提高，且保持了较高的速度。自各项设备安装到位开始，5个月的平均进尺速度超过了70 m。在井深900 m时仍达到月进70 m，其速度是较为理想的，达到了预期的效果。

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2011－07－12)

朱学胜(1970－)，男，安徽枞阳人，高级工程师，学士，主要从事矿井建设方面的工作。