銅廠埂磷礦大斷面高溜井人機結合施工工藝

王惠慶 趙明祥 徐繼濤

(1.金誠信礦業管理股份有限公司;2.東北大學資源與土木工程學院)

溜井在礦山基建、采礦中是連接上下階段和不同分段的重要通道，承擔廢、礦石下溜的任務，成為人員和新鮮風流順利進入采場的關鍵通道。目前，溜井施工方法有:普通施工法［1］、爬罐掘進法［2］、吊罐掘進法［3-4］、鉆進法(導井反井法)［5-8］及爆破法［9-11］(分段和一次爆破成井)等。上述各類方法在礦山都有成功使用的典型案例，如中金旗下嵩縣牛頭溝礦區溜井施工運用爆破成井技術，采用VCR深孔大直徑分段“塔形”爆破方法，使得50多m深溜井得以順利開鑿［11］;某鈾礦高溜井使用反井鉆機施工方式，加快了井建施工速度，提高了井巷機械化程度［7］;甘肅新洲礦業下屬的小柳溝鎢礦主溜井使用吊罐掘進方法，施工效果好，速度快，工序簡單［3］;東鄉銅礦天井掘進中采用爬罐法，并且在施工過程中解決了局部通風、天井支護問題［2］。溜井施工方法各有利弊:普通法施工應用最早，但安全性最差，爆破炮煙威脅施工人員安全;吊罐法比普通法安全，但不能運用于斜井施工;爬罐法在直井與斜井施工均可，但工序繁瑣，投入成本大;鉆進法機械化程度高，井壁光滑，但施工周期長，投資大;爆破法施工周期短，方法簡單，但對圍巖損傷大，穩定性差。

銅廠埂磷礦計劃施工的人行回風天井、主溜井和中段溜井，在1158 m水平同上部其他中段水平的溜井的施工以及已有工程相互影響，施工組織較為復雜，礦巖穩固性相對較差，并且溜井斷面大、高度大，影響施工進度。在充分考慮生產安全、地質條件以及礦山現有生產能力后，決定采用人機結合方式施工溜井，即采用天井鉆機鉆鑿小直徑溜井為光面爆破自由面，自上而下人工刷大直至設計斷面的方式［12］，提高了溜井的施工質量和安全。

1 礦山工程地質概況

銅廠埂磷礦位于四川省樂山市馬邊彝族自治縣，礦區位于暴風坪向斜，屬單斜構造，地質構造條件簡單，地勢陡峻。本區域屬中高山區，地形地貌條件有利自然排水。礦區最低侵蝕基準面標高930 m，最高標高2053 m。

該礦始建于1995年，由天瑞公司于2009年整合開發。目前僅施工有1000 m水平平硐，回采富礦段。礦山采用坑內開采，平硐溜井開拓，階段高度40～50 m。采用房柱法開采，其中Ⅰ層礦采用條帶式中深孔房柱采礦法，Ⅱ層礦采用條帶式淺孔房柱法，年采礦石約20萬t。礦房直接頂板為淺灰色厚層狀礫屑粉晶含磷白云巖，厚度1.01～10.80 m，微到中等風化，節理傾向南西，南東裂隙發育。主要頂板為深灰色中厚層瘤狀含磷灰巖，厚度約32 m，弱到中等風化，密度2.74～2.85 t/m3，內摩擦角53°～54°，堅固性系數6～17。礦體為深灰色條帶狀細晶砂屑磷塊巖或灰色致密塊狀凝膠砂屑磷塊巖，其中夾數條水云母黏土巖及燧石條帶，具微波狀層理，厚度3.35～6.05 m，密度3.20 t/m3左右，堅固性系數2～13。底板巖性為淺灰色中厚層狀細到粉晶含磷白云巖，厚3.20～12.1 m，密度2.90 t/m3左右，堅固性系數11～15。為滿足市場對磷礦石產量的需求，將對1204 m中段以上及1158 m中段以下的礦石進行開采。

2 溜井規格尺寸

為加快礦石回采與運輸速度，在900 m水平以上開拓溜井。主溜井(900～1158 m)凈斷面與掘進斷面均為圓形，斷面面積7.07 m2，溜井高度265 m，不支護;中段溜井(兩條位于1158～1204 m段，兩條位于1158～1250 m段)凈斷面與掘進斷面均為圓形，斷面面積7.07 m2，溜井高度為95和50 m兩種，不支護;人行回風天井兩條，位于1158～1296 m段及1158～900 m段，斷面為矩形，斷面面積9 m2，掘進斷面面積11.56 m2，天井高度為140和265 m，采用素混凝土支護，厚度200 mm。

3 溜井施工工藝

為增加井建安全性，銅廠埂磷礦溜井施工采用人工與機械化聯合施工，主溜井、中段溜井和人行回風天井施工均采用ZFY1.4/300(BMC300)反井(天井)鉆機開鑿中間導孔，使用φ1200 mm鉆頭擴孔鉆進，最后由上向下人工光面爆破，刷擴到設計斷面施工。由于溜井與天井斷面形狀不同，在使用光面爆破刷擴井壁時，炮眼設計與布置各不相同。

3.1 反井鉆機施工

(1)準備工作。反井(天井)鉆機施工前，在溜井上口附近開鑿寬4 m、高4.5 m、長8～10 m的硐室，滿足鉆機布置及鉆場空間要求;在水平巷道旁挖砌一個容量不小于15 m3水池，并保持其巷道水溝暢通，以便排泥漿、排水;在溜井上口澆灌長4 m、寬3.5 m、厚500 mm、標號C20混凝土基礎，以安裝鉆機;在溜井下口位置掘進斷面寬3.5 m、高3 m平巷，以方便鏟運機裝渣、運送擴孔鉆頭。

(2)導孔鉆進。完成天井鉆機安裝調試后開始導孔鉆進，導孔直徑241 mm，最大鉆深300 m，鉆進推力550 kN，鉆井傾角為50°～90°。鉆進時必須注意以下幾點:①導孔鉆進求穩不求快，開孔位置定位要準確，孔口管安裝要牢固;②遇到軟硬圍巖交界面必須采用小鉆壓、慢速掃孔鉆進，待鉆頭鉆進交界面600～1000 mm后再正常鉆進;③時刻注意鉆孔排渣、排漿及松軟巖層、構造帶漏漿、漏水情況，情況嚴重時必須停鉆，同時加大鉆孔沖洗量，待孔內巖屑沖洗干凈后，根據具體情況配置化學泥漿繼續鉆進;④鉆桿接頭必須涂抹高溫黃油，防止鉆桿接、拆困難;⑤接、拆鉆桿時機械手必須卡緊抱牢，防止掉鉆桿事故發生;⑥鉆孔偏斜不得大于500 mm。

(3)擴孔鉆進。導孔鉆進結束后拆除全部鉆桿，測量導孔偏斜度，沖洗導孔孔壁，檢修維護鉆機，校正鉆桿。之后重新接鉆桿，鉆到導孔孔底，安裝φ1200 mm鉆頭開始擴孔鉆進，擴孔拉力1250 kN。按照鉆機說明，根據巖性選擇合適擴孔鉆壓，不能盲目提高擴孔鉆壓，防止拉斷鉆桿、燒壞鉆頭、滾刀脫落、擴孔鉆頭受力超限刀盤斷裂等擴孔事故發生。

(4)擴孔結束。擴孔到最后一節鉆桿時必須小鉆壓輕慢掃孔，防止擴孔鉆頭離鉆機太近，震動過大造成鉆機損壞，必要時將原混凝土基礎用風鎬挖除。擴孔鉆頭提出井口后在孔口上方安裝，敷設兩根20#工字鋼，防止拆卸鉆頭時發生擴孔鉆頭脫落墜孔事故。

3.2 擴孔鉆進時排渣

擴孔鉆進時鉆渣下落到溜井下口平巷后，經沉淀、濾水，用XYWJ-3.5L或XYWJ-2型鏟運機裝到15 t雙橋自卸式卡車排出地表。每次擴孔深度應根據下部裝巖巷道的空間有效開展，使得擴孔-裝巖-排水工作有序進行。

3.3 溜井刷擴施工方法

(1)溜井刷擴準備工程。為了安全，超過50 m以上的溜井施工時需在井上口布置1臺φ1.2 m提升機，供上下提升0.5 m3吊桶(人員)及4臺8 t重回柱絞車。4臺絞車2臺吊掛簡易吊盤(兼穩繩盤)、1臺吊掛風水管、1臺吊掛噴漿管。

50 m以下溜井中，在井壁上預留錨桿，掛靠梯子，供人員上下，爆破器材、打眼風鉆等工具擺放，使用短中段溜井上口安裝11.4 kW調度絞車運輸。

(2)刷擴施工(光面爆破)。溜井井筒刷擴從上向下開始，采用YT29風鉆打眼，風鉆接3 m長釬桿，配φ42 mm鉆頭。爆破使用半秒延期非電雷管簇連起爆粉狀乳化炸藥，爆破后巖石崩落到已經擴孔的小斷面溜井中。爆破設計中輔助眼與周邊眼合計27個，孔深2.5 m，每循環進尺2.3 m，炸藥單耗1.72 kg/m3，炮眼利用率92%，炸藥消耗量10.24 kg/m。溜井刷擴炮眼布置如圖1(a)所示。由于溜井暫未設計支護，所以施工時要采用光面爆破，盡量減小炮震對圍巖的破壞。

人行回風天井與溜井刷擴施工方式類似，鉆機、接桿設備與炸藥類型相同。但人行回風天井斷面為矩形，需要布置兩圈周邊眼及一圈輔助眼，輔助眼和周邊眼合計42個，炸藥單耗1.48 kg/m3，炸藥消耗量為15.39 kg/m，人行回風天井刷擴炮眼布置如圖1(b)所示。

3.4 人行回風天井及不穩定地段支護

為加強人行回風天井的穩定性，根據設計斷面加工、制作模板。模板高度1 m，由下而上在工作面渣石上立模板，澆灌混凝土。盡管設計之初主溜井和中段溜井不支護，但為了保證施工及溜井安全，在圍巖松軟、破碎、層節理發育、地質構造帶等區域，采取錨網噴支護或提前預注漿等措施，使施工順利進行。

4 結語

圖1 溜井及天井炮孔布置及刷擴

在進行溜井施工時，應根據礦山工程地質狀況以及礦山機械水平，選擇礦山最適宜的掘進方法。大斷面高溜井施工存在很多問題，特別是在松軟、破碎、復雜地質地段，問題更加突出，例如通風困難，涌水嚴重以及鉆孔偏斜等問題，目前尚未有高效、安全的施工方法。銅廠埂磷礦使用天井(反井)鉆機與光面爆破相結合，針對不同尺寸、不同斷面形狀、不同類型的大斷面高溜井施工，將鉆機鉆鑿、反擴小斷面溜井表面為光面爆破自由面，以溜井未爆區域為爆渣存儲空間，滿足了礦山大斷面高溜井的施工要求，保持了井壁的穩定性及施工安全性，為同類礦山施工提供了相關經驗。

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