導井正向擴掘法在長井施工中的應用

戶瑞平 王永娜 張春旺

(山東黃金歸來莊礦業有限公司)

歸來莊金礦位于山東省臨沂市平邑縣境內。礦山原為露天開采，現已轉入井下開采。隨開采深度不斷加深，露天轉地下過渡期采用的通風系統已無法滿足礦山生產需要，為解決井下通風問題，設計了東部主回風井。主回風井設計掘進斷面直徑為4.0 m，設計標高為+133～+10 m，深度達123 m。傳統的豎井施工方法為由上向下正掘施工，主要難點在于施工距離長，提升出渣和排水困難，效率低，且為獨頭掘進，人員安全難以保障。探索新的豎井施工方法和工藝成為礦山長井施工的迫切需要。

1 導井正向擴掘法簡介

導井正向擴掘法是在有下部出口的豎井施工中首先利用反井鉆機施工導井，然后人工由上向下正向刷幫至設計規格，并由導井溜渣、泄水、通風的施工方法。該種方法的先決條件是天井上口具有安全可靠的施工空間，天井下口具有貫通巷道，以解決施工過程中出渣及通風等問題。其與傳統的人工正掘法、吊罐法、深孔爆破法相比具有獨特優勢，各施工方法對比見表1[1]。

戶瑞平(1987—)，男，助理工程師，273307 山東省臨沂市平邑縣地方鎮。

表1 不同施工方法對比

2 施工過程

工藝流程為施工準備(場地平整、基礎澆筑、軌道鋪設)→反井鉆機安裝(動力電架設)→初步測量放線→鉆機試運行→導孔定位→φ244 mm導孔施工→φ1 400 mm導井反掘(反向擴孔)→上口刷幫、澆筑→平臺、臨時井架安裝→正向擴孔[2]。見圖1。

2.1 施工準備

要求足夠的面積布置鉆機基礎、循環池、安裝鉆機、泵站、電液控制系統、堆放鉆桿及巖屑等。鉆機工作時本身對地層產生巨大推力，必須具備牢固基礎，以防鉆機移位。

2.2 導孔施工

導孔施工采用φ244 mm牙輪鉆頭正循環鉆進。

圖1 導井正擴掘法工藝示意

開孔時校核鉆孔角度，初始段10 m每2 m校正一次。開孔時轉速、鉆壓不宜太高，宜控制在10～15 r/min，20 kN。在停、提鉆前應將孔內巖屑充刷干凈，當鉆孔達到預定深度后卸去導孔鉆頭。

2.3 導井施工

待φ244 mm導孔施工到位后，將牙輪鉆頭卸下，安裝φ1 400 mm擴孔鉆頭，自下而上反向擴孔形成導井，具備溜渣能力。

2.4 正向擴掘

擴孔施工完成后，使用人工刷幫天井至設計規格。施工前，首先將導井上端采用光面爆破刷大，長4 m，然后采用混凝土澆筑，便于搭建平臺，井口封閉預留1.5 m×1.5 m通道即可。井口搭設臨時施工井架，安裝絞車一臺，用于設備提升。在井壁一側順路架設人行梯，并間隔20～30 m搭設臨時防護平臺，確保施工安全，條件允許時可設穩盤。

平臺搭設完成后進行正向擴刷幫掘進。采用光面爆破工藝，以φ1 400 mm導井為自由面和爆破空間，采用風動鑿巖機向下鉆眼，沿開挖邊界布置密集炮孔，炮孔間隔50 cm，同時布置2圈輔助眼，排距為40 cm，間距為80 cm，2排間炮孔交錯布置，最大限度減少大塊。放炮時使用毫秒微差雷管起爆，靠近井心的輔助眼首先起爆，待自由面擴大后，周邊眼起爆。刷幫過程中矸石直接由導井放下部巷道，統一由鏟運機鏟出。每班清理廢渣，防止堵塞導孔。

正向擴掘施工過程中人員需進入工作面，擴幫完成后，井壁需根據巖石穩固情況及時進行有效支護措施，確保人員作業安全。

3 施工問題及解決方法

(1)地質結構復雜，溶洞發育，極易出現塌方卡鉆現象。在施工φ244 mm導孔過程中，多次出現卡鉆現象。遇到該現象，及時停止施工，一種方法是邊旋轉邊提升鉆頭至塌方上部，然后試探性鉆孔；另一種方法是高壓水強行沖孔，在沖孔過程中啟動鉆機轉動鉆桿，直至鉆桿轉動提升。

(2)擴孔過程中，鉆桿斷裂導致鉆頭卡在已擴挖孔內。此時若從下面處理會非常危險。利用鉆桿對鉆頭施加壓力，將鉆頭頂出；或者由導孔上口用鋼絲繩將炸藥送至卡鉆位置，引爆炸藥而震落鉆頭，炸藥用量不宜超過8 kg，防止損壞鉆頭。

(3)由于地質因素及施工因素，在導孔施工中出現偏斜現象[3]。首先確保鉆機安裝質量；其次選擇合理的鉆具結構以提高鉆進時的防傾斜能力，鉆具應直而圓，不彎曲，不偏心，連接后具有較強的同心度；三是提供詳細可靠的地質資料，盡量躲避傾斜地層及巖溶構造發育的區域；四是如果實在無法避免時應縮短復測間距，及時測斜，同時必須及時糾斜。

4 應用效果

歸來莊金礦24線主通風井是公司自行設計施工的首條大斷面長豎井。在工程地質條件復雜、人工鑿巖施工難以保障施工安全的情況下，借鑒國內水利水電工程及煤礦施工經驗，勇于嘗試全新的施工工藝，取得了很好的應用效果。

(1)風井斷面直徑為4.0 m，設計長度為123 m(+133～+10 m標高)，傾角為90°。采用反井鉆機導孔直徑為224 mm，導井直徑為1 400 mm。導井施工速度可達6～10 m/d，人工正向擴掘時先期距離較短，按照雙循環作業，施工速度可達8 m/d，后期隨著工作面不斷推進，改為單循環施工，速度一般可保持在4 m/d。采用導井溜渣，底部鏟運機出渣，極大地降低了廢渣提運時間和費用。

(2)該工藝創造性地將反井鉆機施工工藝與人工鑿巖相結合，利用導井作為通風通道，避免了人工獨頭施工。導井施工過程中，能夠最大限度地收集掌握工程地質資料，極大地減少了后期人工施工階段透水、冒頂等意外事故發生的幾率。同時反井鉆機的使用能夠極大地減少炸藥等爆破物品的使用，減少炮煙排放，改善作業環境。人工擴掘時，以導井為爆破空間采用光面爆破技術更有利于天井邊幫控制，減少了爆破對周邊巖石的破壞，從而減少了支護量，確保了人員安全。

5 結 語

(1)反井鉆機施工工藝雖然在成本上有一定劣勢，但是其所具有的安全、高效、高質量的優點正逐步被水利水電工程及礦山工程所熟知并應用。

(2)導井正向擴掘法利用反井鉆機施工，減少高空、炮煙、危巖對施工人員的危害。

(3)導井正向擴掘法極大地提高了成井效率，綜合施工速度不低于6 m/d。而傳統的施工工藝即使采用雙循環作業，其效率也不足4 m/d。因此，導井法成井效率優勢明顯。

(4)導井正向擴掘法無論在安全性還是在施工效率和施工質量方面均有很好的推廣應用前景。

[1] 韋 猛，熊 冰，盧成云.鉆機導井法施工豎井的工藝探討[J].路基工程，2007(5):137-138.

[2] 韋 猛，袁學武.鉆孔導井法施工豎井在呷村礦溜礦井的應用[J].探礦工程：巖土鉆掘工程，2008(11):31-33.

[3] 袁學武.導井法施工豎井的工藝探討[J].四川水力發電，2007，26(3)：85-87.