夏甸金礦大直徑深立井反井施工技術(shù)與應(yīng)用

周 興，程守業(yè)，荊國業(yè)

（1.北京中煤礦山工程有限公司，北京 100013；2.天地科技建井研究院，北京 100013）

反井是地下采礦連接不同水平巷道的暗立井，是重要的井巷工程，一般采用由下向上的反向鑿井方法（稱為反井法）施工。我國最初的反井施工較多采用木垛法、吊罐法、爬罐法，這些施工方法均需施工人員進入井筒中鑿巖爆破，勞動強度高，安全隱患大。反井鉆機施工法施工時，設(shè)備及人員均位于上水平作業(yè)平臺，人員不需要進入井筒，完全采用機械破巖的施工方法。該方法從根本上改善了作業(yè)條件，降低勞動強度，消除安全隱患。反井鉆機鉆井先自上而下導(dǎo)孔，再接大鉆頭自下而上擴孔。目前，國內(nèi)研制的BMC系列反井鉆機，鉆孔直徑從0.75m到5.0m，鉆井深度從100m到600m。研制的系列破巖滾刀，解決了堅硬的、磨蝕性強的巖石有效鉆進和刀具壽命問題[1，2]。

金礦由于巖石堅硬，工程條件特點及反井鉆機施工能力限制等原因，豎井反井施工通常在直徑2.0m，深度200m以內(nèi)的井筒。施工大直徑深立井時（直徑＞Ф2.0m，井深＞200m），不能一步到位，通常先采用反井鉆機導(dǎo)井Ф1.4m，再人工鉆爆刷大成井。夏甸金礦開創(chuàng)金礦領(lǐng)域反井施工記錄，535線專用回風(fēng)井采用大直徑BMC600反井鉆機施工，一次擴孔成井Ф3.5m，深度366m，無需再刷大爆破。實踐表明，該方法施工效果良好，為金礦深部開采通風(fēng)條件帶來新技術(shù)，新裝備，新工藝。不僅具有占地小，快速、施工安全環(huán)保的優(yōu)點，還能解決擾民和地面出渣等諸多問題。

1 工程概況

夏甸金礦位于山東省招遠市夏甸鎮(zhèn)西芝下村，距市區(qū)38km，交通方便。是山東招金礦業(yè)主力礦井，具有日處理能力達6000t的大型生產(chǎn)礦井，年產(chǎn)黃金達12萬兩。該礦開采深度已達-1080m，井下溫度超過30℃，深部開拓急需解決通風(fēng)問題。535線專用回風(fēng)井井口坐標為Z=+160.526m，井底坐標Z=-206.048m，井深366m，直徑3.5m。該井表土層9m，金礦巖石堅硬，花崗巖為主，f＞12，無涌水。該井附近緊鄰水庫、空壓機房和民房，施工場地狹小。該工程采用BMC600大直徑反井鉆機施工。

2 工程施工

2.1 鉆機選擇

根據(jù)工程施工特點，綜合井深、巖石硬度，施工場地及地質(zhì)等條件，采用國內(nèi)性能最強的BMC600大直徑反井鉆機（見表1）。該鉆機已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)水電、煤礦、有色、交通等領(lǐng)域，成功施工多條直徑為Ф3.0m～5.0m的井筒。鉆井深度可達600m，鉆孔直徑5.0m。

具有代表性的反井工程有：山西柴溝煤礦風(fēng)井，直徑5.0m，井深308m；甘肅敦格鐵路當金山隧道通風(fēng)井，直徑3.0m，井深442m；貴州開陽磷礦井下施工豎井，直徑5.0m，井深156m；河北豐寧抽水蓄能電站引水斜井，傾角53°，直徑2.5m，斜長224m；重慶松藻煤電瓦斯抽放管道井，直徑1.6m，井深495m。

2.2 表土處理

由于BMC600反井鉆機工作時會產(chǎn)生近400t的壓力作用于地層，因此需要對鉆機基礎(chǔ)及表土段進行處理。表土及風(fēng)化巖層厚9m，施工時采用挖機配合人工開挖，開挖荒井直徑為4.6m，井壁采用鋼筋混凝土制作，壁厚500mm，開挖后回填素混凝土C10。

2.3 鉆機基礎(chǔ)施工

使用大型設(shè)備施工井筒，設(shè)備基礎(chǔ)是關(guān)鍵工程之一。直接影響整體施工進度、質(zhì)量和降低工程造價，尤其是需要表土開挖的井筒。鉆機基礎(chǔ)作為支撐鉆機重量及鉆壓，極其重要，要求牢固平整。本工程在處理井筒鎖口段時，鉆機基礎(chǔ)和鎖口段作為一個整體塊填實混凝土C30，以增強鉆機基礎(chǔ)的強度。實際表明本工程鉆機基礎(chǔ)在反井施工過程中及成井后非常牢固穩(wěn)定[3,4]。

2.4 導(dǎo)孔施工

反井鉆機導(dǎo)孔鉆進是關(guān)鍵，關(guān)系到整個井筒質(zhì)量的好壞，既要滿足偏斜要求，又要防止堵孔、塌孔和埋鉆等事故的發(fā)生。通過導(dǎo)孔返渣情況可了解地層的結(jié)構(gòu)，為擴孔和成井提供依據(jù)。施工區(qū)域地質(zhì)沒有詳細的地質(zhì)柱狀圖，由于之前該部施工過2條放料孔，但由于該處地層復(fù)雜，在原放料孔多次進行鉆孔施工及挪位后均未取得成功。為了安全順利完成導(dǎo)孔施工，采用SL600A鉆機進行導(dǎo)孔施工，分兩步工序，先鉆Ф114mm的小孔，再換上Ф350mm鉆頭刷大；鉆完之后開始安裝BMC600反井鉆機，再用Ф350mm小鉆頭掃孔。該鉆機優(yōu)點是具有快速通過不良地層條件的能力，缺點是不易控制偏斜。

2.5 擴孔施工

擴孔施工包括：Ф3.5m鉆頭下井運輸、鉆頭拼接及安裝、擴孔進尺、井幫穩(wěn)定成型，鉆頭滾刀的消耗及更換、出渣（包括降塵排水）系統(tǒng)等工作。

鉆頭下井時需要通過罐籠或斜坡道，夏甸金礦罐籠尺寸為3600mm×1600mm×2700mm，斜坡道斷面規(guī)格為4.5m×3.6m，巷道斷面規(guī)格為3.2m×2.4m。根據(jù)工程特點及巷道低、窄的條件，為便于運輸和安裝，將Ф3.5m擴孔鉆頭設(shè)計為分體式結(jié)構(gòu)。為安全、快速地將擴孔鉆頭由斜坡道通過運礦車分體運至井下工作面，再在井下進行拼裝。

表1 BMC600反井鉆機技術(shù)參數(shù)

擴孔時每米出渣為11m3，每天進尺6m～8m，出渣量超過80m3，該井排渣量總共約3600m3，由于渣量大，必須在施工前考慮出渣方式、排渣地點。在井下，出渣一般采用用鏟運機倒進卡車，再運至地面，存在線路過長的問題，不僅影響效率，而且車輛交叉作業(yè)，工作面環(huán)境惡劣。出渣不及時容易堵井，造成安全隱患，嚴重影響進尺。因此出渣方式需提前綜合考慮，以提高出渣效率。

反井施工的成本主要是鉆桿、滾刀的消耗。控制好鉆桿、滾刀的成本，反井工程成本基本就可控。在堅硬巖石條件下采用大直徑機械破巖，必須方案可行，成本可控。因此，對鉆桿、鉆頭及滾刀的質(zhì)量要求較高。工程首先需對鉆桿進行探傷，確保鉆桿完好無損。鉆頭要求其滾刀選型、布置和加工水平等匹配、質(zhì)量可靠。

3 施工效果

夏甸金礦535線專用回風(fēng)井采用反井施工法，一擴成井，工程自2017年3月開始施工，6月工程結(jié)束(施工詳細統(tǒng)計見表2)。工期3.5月，平均每月成井120m，比傳統(tǒng)鉆爆正井法開挖工期提前2個月，提前出礦36萬t，按該礦黃金年產(chǎn)量12萬兩計算，新增產(chǎn)值1020萬元。該工程成井質(zhì)量好，井壁穩(wěn)定光滑；施工場地占地小，省去了通風(fēng)、排水、矸石提升等鑿井輔助設(shè)施；工人的工作條件得到極大的改善，勞動強度也大大的降低，安全保障性高，施工速度快。在目前環(huán)保要求嚴格的條件下，使用該工法，可以減少大量的征地費用和繁瑣的審批程序；大大減少粉塵和噪聲等的污染，非常有利于環(huán)保達標。

表2 夏甸金礦535線專用回風(fēng)井反井鉆井施工統(tǒng)計

4 結(jié)語

大直徑反井鉆機鉆井技術(shù)的應(yīng)用，改變了落后的傳統(tǒng)人工鉆爆鑿井方式，滿足地面、井下等各種復(fù)雜工況條件下深立井、大直徑井筒建設(shè)方面的需求。其安全性、機械化和自動化方面在地下采礦建井方面取得巨大進步，是今后施工的趨勢，值得大力應(yīng)用與推廣。