石碌鐵礦不良地質條件下主溜井施工技術

段永祥

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石碌鐵礦不良地質條件下主溜井施工技術

段永祥

(金誠信礦業管理股份有限公司，北京 100089)

石碌鐵礦主溜井設計井筒長度為300 m，凈直徑為4.5 m，井口設在?120 m水平。由于主溜井處于不良地質環境下，施工難度較大。根據現場地質條件，礦山采用反井鉆機施工主溜井，對施工過程的堵井事故進行了有效處理，并采取了合理的錨網及鋼纖維砼井筒聯合支護技術，較好地解決了不良地質條件下主溜井的施工難題。

溜井；反井鉆機；堵井處理；井筒支護

0 引 言

石碌鐵礦位于海南省昌江黎族自治縣石碌鎮，是我國最重要的富鐵礦石生產基地之一[1]。礦床以含鐵為主，并伴生有鈷、銅等多金屬，屬于受構造控制的火山沉積?變質類型。礦區自1957年投產以來，歷經多年大規模的建設和生產，露天開采資源已逐步枯竭。隨著深部礦產資源的持續發掘，礦山已于2017年正式由露天轉入地下開采。

主溜井是地下礦山礦石運輸的主要通道，應優先布置在礦量集中，運輸條件好，且巖層穩固的地段[2?3]。石碌鐵礦2#主溜井設計井筒凈直徑為4.5 m，井口標高為?120 m，井底標高為?420 m，其中?360 m以下為上部礦倉及破碎硐室。由于礦區富礦及周邊圍巖巖層極為破碎，存在大量斷層、破碎帶等不良地質條件，因此礦山將主溜井布置在巖層穩固性相對較好的貧礦地層中。然而，由于巖層的局部破碎及高地壓作用，在施工過程中仍出現塌方、堵井等事故[4?5]。因此，為實現礦區地下開采的順利投產，對不良地質條件下主溜井的高效施工具有重要意義。

根據現場特殊情況，本文主要介紹反井施工、堵井處理及井筒支護，其他施工工藝大部分同礦山井下盲豎井施工。

1 反井導孔施工

根據現場工程地質條件，礦山采用反井鉆機施工溜井。由于井筒巖石條件、巖層應力等原因，反井導孔合計施工2次。

第一次反井導孔施工時，存在的主要難點是導孔不反水、導孔易偏斜和卡鉆，施工導孔長181 m時合計遇到2處破碎帶，第一處破碎帶為54~85 m段，在反井施工該段時采取水泥單液漿對導孔進行注漿處理，注漿長度約30 m，待水泥漿凝固以后再次下放鉆桿施工導孔，在施工至181 m時再次出現破碎帶，施工難點同樣是不反水，準備提升鉆桿時出現卡鉆現象，最終提升20 m時鉆桿全部卡死，無法進行提升，鉆桿161 m長全部卡在導孔內，致使后期井筒刷擴時必須同步拆除井筒內的反井鉆桿，增加了施工刷擴難度。

考慮到第一次反井鉆桿問題，第二次反井導孔施工時，偏離設計井中位置1.2 m處進行施工，施工難點和相關的處理方法同第一次，且需控制導孔偏斜，防止和第一次的導孔貫通。通過對導孔進行測斜分析，結果符合反井施工偏斜率要求。

2 堵井處理

2.1 堵井情況

2#主溜井揭露的地層主要為白云巖、透輝透閃石化白云巖夾斷層間破碎花崗巖。堵井部位的巖石為透灰透閃石化白云巖，風化后剝落成大塊堵住導井。

在2#主溜井人工刷擴至設計位置段共計32 m時，發現主溜井下部1.4 m直徑反井鉆機擴孔堵塞，現場堵塞情況見圖1。通過對堵塞區進行爆破處理，采用上部懸吊炸藥包至堵塞位置進行爆破的方式，單次最大裝藥15 kg，爆破后在導井底部觀察，無明顯掉渣現象。采用鉆孔電視對堵井情況進行了視頻錄像，確定堵井位置上表面離井口約79 m，堵井位置上部垮塌段約15 m，最大垮塌寬度超過4 m，同時存在較多大塊浮石及一組傾角較大的斷層構造帶。

2.2 堵井處理措施

本次溜井堵井處理使用108 mm×4 mm無縫鋼管作為套管下放至塌方區，孔內地質鉆機鉆進的方式進行處理。為了能夠盡量穩定鉆桿，在鉆桿底部及中間架設穩固設施。

圖1 現場堵塞情況

(1) 將吊盤下放至工作面，人員用吊盤鋼格柵結構的下層盤作為工作平臺進行操作，無縫鋼管上安設吊耳，使用穩車通過法蘭連接下放。

(2) 搭設鉆機工作平臺，使用[20a靠背對焊槽鋼作為主梁，Φ20 mm螺紋鋼，=2 m，外露長度0.5 m，作為生根錨桿固定鋼梁，鋪設10 mm厚鋼板。搭設工作平臺過程中，對無縫鋼管套管上段，使用Φ20 mm螺紋鋼作為連接筋將鋼管與橫梁搭接牢固。

(3) 地質鉆機采用KY6075型地質鉆機，鉆機鉆桿直徑60 mm，鉆頭使用特制加工的螺旋鉆頭。地表將地質鉆機盡可能解體，使用絞車下放；下放油管時對油管進行捆綁，使用吊桶下放。架設地質鉆機，鉆機架設時進行孔位調整，使鉆機鉆孔位于108 mm鋼套管之內，盡量避免鉆桿下放過程中對套管的磕碰，架設結束，對鉆機支架上下進行固定，確保鉆機穩固。

(4) 準備工序到位后邊鉆邊下掘，施工過程中鉆速逐漸增大。專人負責記錄鉆桿根數，鉆機操作手對鉆進情況進行預估，如進入空區，記錄空區長度及空區位置；如處理通則停止鉆進，渣石滑落結束后，拆除鉆桿及套管。

(5) 經過長達5個月地質鉆機鉆孔處理，最終成功鉆通11 m堵井區域段，在鉆孔過程中遇到卡鉆、鉆進速度過慢、鉆孔偏斜、現場移位鉆孔等施工難點，通過套管對鉆孔區域進行注漿處理，前后合計注漿5.25 t，注漿之后為后序施工帶來利弊，利是鉆進質量較好，弊是整個堵井的區域連接成整體，給爆破處理帶來困難。

(6) 在鉆孔鉆通之后，準備一根6.5 mm鋼絲繩前端掛設一根直400~500 mm鐵件，從套管及鉆桿內穿6.5 mm鋼絲繩至井底，?360 m井底硐室外人員觀察鋼絲繩是否穿過堵塞區域至井底，待確定穿過之后通過現場電話聯系提升鋼絲繩，同時?120 m井口提升人員做好提升長度標記，特別是控制提升速度和受力點明顯變化時的長度，待標記確定堵井下口位置之后，再次下放鋼絲繩至井底準備提升自制炸藥桶，炸藥桶上下口小中間大，底部割有小口便于導爆索和起爆電纜通過，炸藥量每次控制在6 kg左右，起爆采用雙響連接，同時對提升鋼絲繩利用廢舊膠皮做好相應的保護，減少爆破對鋼絲的破壞。因前期堵井鉆孔注漿結塊，第一次爆破效果甚微，通過多次提升爆破處理，最終疏通堵井區域。

(7) 在疏通堵井之后立即下放一根28 mm提升鋼絲繩在鉆孔內，便于處理再次堵井。第一次堵井處理完成以后，上部恢復刷擴施工，因堵井區域極其破碎，再次發生井壁垮塌大塊堵井，處理通過導孔內預留28 mm鋼絲繩提升炸藥一次處理疏通，再次疏通之后恢復刷擴施工。

3 井筒支護

根據現場實際狀況及溜井服務年限，井筒掘進先采用全斷面錨網支護后，再采用鋼纖維砼支護。噴砼厚度為150 mm，錨桿間排距為0.8 m×0.8 m，全長樹脂錨固，網片為1.5 m×1 m，網格為150 mm×150 mm。

井筒支護施工順序：反井鉆桿拆除：每施工3~5 m拆除一次，同時還需要進行反井鉆桿固定防止偏斜在井筒之內；井筒掘進：嚴格控制眼距300~400 mm及裝藥量，減少對井壁原巖的破壞；井筒錨網支護：一掘一支，直至垮塌段全部施工完成；開始鋼纖維砼 支護。

鋼纖維砼設計130 kg/m3鋼纖維，現場與混凝土同時攪拌，攪拌機設在井口，鋼纖維砼料通過靠壁掛設溜灰管及溜灰活節入模。施工過程當中因鋼纖維含量較大，容易造成溜灰堵管，現場臨時進行攪拌試驗，即減少每斗鋼纖維含量直至合適為止，相應減少的鋼纖維通過吊桶下放至井筒吊盤上，下放鋼纖維量之前先對井筒現場斷面實測提前計算好每模澆筑量及鋼纖維用量，人工在澆筑時均勻拋灑在混凝土里面，同時采取振動棒振搗均勻。鋼纖維砼支護段全長31 m，模板采用3套組裝鋼模板，24 h滾班作業，完成全部31 m/876.43 m3鋼纖維砼澆筑，消耗鋼纖維113.94 t。

通過錨網與鋼纖維砼聯合支護，主溜井井筒穩定性得到很大改善，保證了礦山的正常生產。

4 結 論

根據石碌鐵礦工程地質條件，對不良地質環境下主溜井的施工難題進行了系統分析和處理。針對反井施工時導孔不反水、導孔易偏斜和卡鉆等問題，采取水泥砂漿對導孔進行注漿處理，待水泥漿凝固后順利施工導孔。同時，對主溜井人工刷擴過程中遇到的破碎帶井壁垮塌堵井事故提出了有效的解決方案。為防治不良地質環境下主溜井井壁失穩破壞，提出了錨網及鋼纖維砼井筒聯合支護技術。現場實踐證明，本文提出的不良地質條件下主溜井施工技術是可行的，可為類似工程地質條件的主溜井施工提供借鑒。

[1] 郭 雄.石碌鐵礦炮孔破壞原因及應對措施[J].采礦技術,2016, 16(5):60?62.

[2] 鄭建新,趙明祥,張俊文,等.高應力不良巖層礦石溜井施工[J].建井技術,2016,37(4):4?8.

[3] 王長貴,王聚永,孟中華.地下礦山天溜井施工方法的探討[J].采礦技術,2008,8(5):19?21.

[4] 李勝輝,康志強,葉會師,等.反井鉆機技術在司家營鐵礦溜井施工中的應用[J].礦業工程,2013,11(3):31?33.

[5] 崔傳杰,王鵬飛.主溜井結構型式及支護加固探討[J].中國礦山工程,2015,44(6):66?70.

(2018?09?05)

段永祥(1968—)，男，甘肅金昌人，工程師，主要從事金屬礦山井下現場生產技術和管理，Email：3203358126@qq.com。