天井鉆機在夏甸金礦開拓工程中的應用

孫書彬,汪忠波

(招金礦業股份有限公司夏甸金礦, 山東招遠市 265415)

天井鉆機在夏甸金礦開拓工程中的應用

孫書彬,汪忠波

(招金礦業股份有限公司夏甸金礦, 山東招遠市 265415)

分析了黃金礦山井下人工施工大傾角天井的不利因素,介紹了 AT2000天井鉆機在大傾角、斜坡長、精度高的天井施工中的應用情況,通過與傳統人工開拓天井的對比分析,總結出天井鉆機施工中應注意的一些事項及優點與缺點;所積累的寶貴工程施工經驗證明,天井鉆機帶來了傾斜天井施工方法的新革命,為黃金礦山采礦方法的改進和發展開辟了新的道路。

天井鉆機;開拓工程;天井掘進;安全生產

夏甸金礦為招金礦業股份有限公司的一個主力礦山,采選規模 2000 t/a。該礦始建于 1987年,2006年對采礦工藝進行了改造,采選規模擴建為2000 t/d,技術改造后的生產規模對礦區的生產能力提出了更高的要求。七號礦區是該礦的一個老礦區,采用無底柱分段崩落法采礦,分段高度和進路間距按照 10 m×10 m的網度布置,分段之間采用 12°斜坡道聯通,用作設備運行、行人、通風的安全通道。為了節省工程,自-525 m水平至-652 m水平垂高127 m的段高內未進行中段開拓,生產急需在這兩個水平間施工溜井,解決上部中段礦巖的轉運問題。但是大高度的溜井人工施工非常困難,人員上下、通風、浮石清理、材料設備搬運、安全棚架設等安全問題無法解決,工期上也不允許。為了解決工期和安全問題,該礦通過多方考察購置了湖南有色重型機器有限公司的 AT2000天井鉆機。

1 設備及工程概況

AT2000型天井鉆機為湖南有色重型機器有限公司生產的一款技術較為成熟的鑿井設備。其首先利用三牙牙輪鉆頭向下部欲貫通的巷道施工一導孔,然后從下部巷道掛上擴孔刀盤由下而上擴大至需要的斷面。施工導孔時巖渣用高壓水從導孔中排出,擴孔時巖渣落入下部巷道,由下部巷道裝運出坑。設備主機重量為 12 t,導孔直徑為Φ250 mm,擴孔直徑為Φ1000～2500 mm,最大鉆井深度為 250 m,鉆機擺角 58°～90°,配套功率 143.5 kW。設計導孔鉆進速度 1 m/h,擴孔速度 0.5 m/h。適應巖層硬度 f=8～12,設計偏斜率為 1%～2%。基本能夠滿足工程要求。

為滿足生產需要,該礦從-652 m水平至-525 m水平共設計了 11條溜井,第一條井布置在 535勘探線附近,上口距-525 m水平下盤運輸巷 10.6 m,下口距 24中段主運輸巷 2.6 m,設計傾角 64.1°,斜長 137.9 m,方位 136.5°。由于上下水平的巷道均已經形成,要求鉆孔必須高精度貫通,無論偏在上盤或下盤,都有可能造成工程報廢,并且設計貫通點距24中段石門只有 4.9 m,稍有不慎,就有可能打在石門中,不但工程無法使用,而且會對來往人員的安全造成較大的威脅,因此要求鉆孔偏差不得大于 1%,施工難度較大。

2 天井施工效果

(1)設備效率。第一條井于 2009年 5月 15日正式開機,到 7月 13日擴孔結束,總計用時間 60 d,扣除中間的特殊情況,實際工作時間 48 d。其中,導孔施工 171 h,進尺 137 m,平均每小時 0.8 m。擴孔用時 432 h,進尺 136 m,平均每小時 0.31 m。實際工作效率基本能夠達到設備標定的效率參數。

(2)工程精度。該天井設計上口坐標:9795.32,9428.48;下口坐標:9750.37,9470.61;設計傾角63.53°,斜長 137.9 m,方位 135.51°,偏差欲留量上偏 1 m。貫通點下口坐標:9750.80,9470.90;實際傾角 64°,方位 137°。實際貫通位置與設計貫通位置相比,左右偏差 0.51 m,上下偏差 0.12 m。左右偏差率 0.004%,上下偏差率 0.0009%,精度非常高,幾乎沒有偏差。擴孔后四周井壁光滑,斷面渾圓均勻,無臺階,無彎曲,完全滿足工程要求。

3 施工關鍵技術及優缺點

3.1 導孔精度控制

(1)牢固的固定鉆機。鉆機在施工過程中會產生較大的震動,鉆機的震動會造成鉆孔偏斜,因此立機時牢固的固定鉆機是保證精度的基本條件。

(2)機頭扶釬半卡環間隙。機頭端部的扶釬半卡環,可以減少鉆桿與機體之間的間隙,有效保證鉆桿與設備的同心度。

(3)穩定桿布置。短接桿后連下三根穩定桿,接一根鉆桿,之后再下三根穩定桿,其后基本可以不下穩定桿也可以保證鉆孔精度。

(4)控制軸向壓力與施工速度。過大的軸向壓力和施工速度會引起鉆頭的偏斜,尤其是在通過軟硬巖交界的地方時,軸壓過大很容易造成鉆頭沿硬巖面滑入軟巖,造成較大的偏斜。這一點尤其要注意,在遇到硬巖時不要盲目加大軸壓,一定要放慢鉆進速度,緩慢通過。

(5)控制排渣。巖渣排除的干凈與否也是影響精度的因素之一,巖渣排除徹底后由于重力作用鉆頭會向下沉造成鉆孔向下偏斜。因此在孔底積存部分巖渣,控制鉆頭下沉可以有效的控制下向偏斜。但是積渣作業會對積渣段的穩定桿和鉆頭的壽命造成不良影響,同時注意停機時要將鉆桿提出巖渣,以免巖渣將鉆桿抱死。

3.2 擴孔作業安全

擴孔施工是天井施工的最后一道工序,前期的導孔精度是擴孔施工的有效保證,也是減少擴孔作業出現斷桿事故的基礎。導孔控制好了擴孔作業基本沒有什么問題。需要注意的是要將軸向拉力和回轉壓力恒定的控制在技術要求的范圍內,禁止遇到硬巖時或追求進度時盲目加壓,否則極易造成斷桿事故,造成不必要的損失。其次天井的下口要修整出一個與天井軸線垂直并大于刀盤直徑的平面,以保證擴孔初期刀盤均勻受力。在刀盤完全進入原巖以前一定要慢速擴進,以免崩斷滾刀的合金齒。擴孔至上部中段 1.5～3 m時要根據巖石的硬度盡量放慢擴進速度,必要時要間歇作業,以免將剩下的原巖整體拉起而造成設備事故。

3.3 與傳統掘進法相比優劣分析

3.3.1 安全性對比

人工開拓天井先要進行測量定位,而后在要開拓井的下部用 YZG7655鉆機鉆孔爆破,用鏟運設備把爆破下的巖石運走;隨著天井高度增加,需要架設梯子便于人員上下行走、設備運輸及通風,明顯存在下列問題:隨著開拓天井深度的增加,特別是天井傾角大、深度長的天井,通風與人員、設備的上下運輸較難,費時又費工;井巷不規則,容易造成天井堵塞,給后期安全生產帶來諸多不便;YZG90鉆機作業人員暴露在頂板之下,鉆機工作時噪音大,存有高空墜落、物體打擊等重大安全隱患。

天井鉆機施工則是在天井定位后,在上部安裝天井鉆機,正向鉆進Φ250 mm導向孔,導向孔到位后,在天井的下部把牙輪刀盤連接好,根據需求規格反向擴孔成井,同時用鏟運設備把擴孔鉆削下的巖石運走。此種方法掘進的天井,明顯效率高、安全性好,作業人員勞動強度低。

3.3.2 人員設施配備對比

人工掘進每天二班作業:YZG7655鉆機 2臺,需要人員 4人,一臺功率為 132 kW的 3人操作的空壓機提供風能,一臺 15 kW通風機進行通風,合計功率 147 kW;而 AT2000電動液壓天井鉆機 1臺設備配備人員 6人,配用電動機功率為 132 kW,55 kW多級清水泵一臺,3 kW潛污泵一臺,合計功率 190 kW。節省人員 1人,增加功率 43 kW。主要技術經濟指標對比見表1。

表1 主要經濟技術指標對比

3.3.3 優缺點對比

(1)天井鉆機施工效率高,工期縮短,降低了生產成本,增加了企業生產效益。

(2)天井鉆機施工降低了人工施工帶來的中毒、高空墜落、物體打擊等安全風險,安全性好,企業的安全效益社會效益十分明顯。

(3)采用液壓天井鉆機,節省人力與財力,每米天井成本可節省 250元。

(4)解決了大高度天井帶來的高溫、通風不良等因素而造成的人工無法施工的難題,改變了傳統的開拓方法,節省了大量的開拓工程。

4 存在問題及注意事項

(1)施工過程中無論導孔作業還是擴孔作業,都應注意其速度不能過快,否則易加速刀具的磨損,如果盲目追求速度而給壓過大,甚至會損壞刀具軸承,造成不必要的損失,人為增加成本費用。

(2)斜井的擴孔作業由于冷卻水是沿孔底流淌,上部滾刀噴淋的水量較少,對滾刀的磨損較重。

(3)穩定桿鉆桿與井壁接觸面大,磨損嚴重。

(4)每次鉆孔結束后,應對鉆桿進行探傷,及早發現疲勞鉆桿,否則,會造成鉆桿斷裂,增加不必要的費用。

5 結束語

夏甸金礦傾斜天井的準確貫通標志著天井鉆機在斜天井施工中的成功應用,創造了天井鉆機施工小傾角天井的先河,為后續工程施工積累了寶貴的經驗,帶來了傾斜天井施工方法的新革命,也為黃金礦山采礦方法的改進和發展開辟了新的道路。

2009-12-03)