液壓傘鉆在二號回風立井井筒掘砌施工中的應用

楊德凱 YANG De-kai；張志峰 ZHANG Zhi-feng

（中煤第一建設有限公司第四十九工程處，邯鄲 056003）

0 引言

為了使井筒掘砌施工能夠順利穩定地進行，并保證施工技術的可靠性和先進性，綜合考慮了工程地質條件、井筒設計技術特征以及鑿井設備裝備，并且結合筆者所在單位多年的施工經驗，最終決定井筒掘砌施工采用立井綜合機械化配套作業線，短段掘砌混合作業方法施工。表土及強風化基巖段采用人工配合挖掘機掘進；風化基巖和基巖段采用液壓傘鉆打眼，中深孔光面光底爆破。

1 礦井概況

胡家河煤礦位于彬長礦區中北部涇河東岸，屬溝澗黃土侵蝕地貌，主要構成是：黃土塬、黃土梁、河谷平川。區內塬面較為平坦完整，周圍有河溝切割，在平面圖上呈花瓣狀，梁呈長條形平頂狀，梁頂寬度大小不等，橫剖面呈穹隆狀。溝谷地由河谷、干溝、沖溝以及發育在上述地貌各種坡面上的細溝、淺溝、切溝等組成。塬面海拔+1170～+1200m。胡家河煤礦二號回風立井隸屬于陜西彬長胡家河礦業有限公司，位于陜西省咸陽市彬州市境內，設計生產能力為5.0Mt/a，回風立井設計標高+1177.90m，井筒凈直徑7.5m，井筒凈深738.45m。

現場配備相應型號的液壓傘鉆，鉆孔動作（回轉、沖擊、推進）由兩臺90kW 電機提供動力，配用型號為HYD-200 鑿巖機，安裝6 臺鑿巖機進行打眼施工，傘鉆質量為12000kg。根據主提升能力確認計算，滿足提升至井底使用的要求。

2 液壓傘鉆的優點和工作流程

液壓傘鉆主要由九個部分構成，分別為：液壓鑿巖機、推進系統、動臂、調高器、立柱、擺動架、支撐臂、液壓水氣系統、電氣系統。與傳統的鑿巖設備相比，液壓鑿巖具有以下優勢：①降低了鉆桿成本：因為液壓鑿巖的參數可以進行調整，所以可以針對不同的巖石條件來選擇最優的鑿巖參數。另外，液壓鑿巖沖擊應力波平緩，傳遞效率比較高，所以鉆具和釬桿一般可以節約15%-20%。②降低了鑿巖成本：與傳統的氣動壓力相比，液壓壓力更大，高了將近10 倍左右。當受到同樣沖擊功率時，液壓鑿巖機活塞受力面積小，沖擊活塞面積接近釬尾面積，應力傳遞損失小，受力均勻，而且液壓鑿巖機的壽命比較長，出故障機率比較低，所以其成本費與氣動鑿巖機相比，降低了30%左右。③節約了能源：與傳統的氣動鉆機相比，電動液壓系統所需的功率是氣動鉆機功率損耗的三分之一。由于功率損失小，因此節約了能源。④降低了噪聲、改善了工作環境：液壓鑿巖不需要排除廢氣，因此便不會對環境造成污染，同時液壓鑿巖還能提高工作面的能見度，使工作環境得到改善。液壓鑿巖不排除廢氣，沒有廢氣排放聲，所以比氣動鑿巖相比，噪聲降低了5-10 分貝。⑤鑿巖效率更高、速度更快：通過實踐經驗可知，在同類巖石以及相同孔徑的條件下，使用液壓鑿巖的鑿巖速度達到了0.8-1.5m/min，與傳統的氣動鑿巖相比，提高了兩倍多。⑥施工質量得以提高：液壓鑿巖可以確保間距的精度和鉆孔的深度，因此使工程的施工質量得到了提升。

其工作流程如圖1 所示。

圖1 液壓傘鉆工作流程

3 液壓傘鉆的參數確定

鑿巖設備采用國產XFJD8.12 型傘鉆，配備YGZ-70型導軌式獨立回轉鑿巖機，傘鉆重量及耗風量等主要技術參數見表1。

表1 傘鉆重量及耗風量等主要技術參數

4 傘鉆懸吊計算及傘鉆梁選型計算

根據中煤一建49 處發[2019]179 號《立井籌備施工專項規定》第六條：井口傘鉆鋼梁，6 臂以下采用I40C 型工字鋼，6 臂以上采用不小于I42C 型工字鋼；鋼梁固定方式采用斷焊及螺栓固定，螺栓采用M20 以上螺栓，固定點間距0.5m，最大間距不得超過2m，鋼梁兩側端頭須加封閉擋板，并安裝2 道U 型卡，中間不少于3 個固定懸吊點；吊裝傘鉆小跑車車輪與傘鉆梁面接觸面應大于小跑車車輪寬60%以上。

傘鉆采用XFJD8.12 型傘鉆，總重量12000kg。即重力F=12000×9.8=117.6kN

①鉆梁選擇計算：

均布荷載q=117.6÷5=23.52kN。

最大彎矩Mmax=（ql2）/8=（23.52×2.42）÷8=16.93kN·m；

梁的截面選擇計算：

Wx≥（1.2Mmax）/（C* [σ]）=（1.2×16.93×106）/（0.9×170）=1327.84cm3

式中：

Wx—毛截面抵抗矩；

C—截面削弱系數，一般取0.9；

[σ]—鋼材抗彎容許應力，對于3 號鋼，按工作荷載計算時取170N/mm2。

根據計算結果選取I45a 型鋼梁，其Wx=1430cm3≥1327.84cm3

符合要求。

②U 型卡拉拔力計算：

傘鉆梁每個固定點采用兩附U 型卡懸吊固定，U 型卡采用Q235 鋼制作，每個卡子受拉力F=9.0/4=2.45t，查表得：31.21×2.45=76.46N/mm2，

76.46N/mm2＜[ε]=215N/mm2，經驗算滿足拉拔力。

[ε]-鋼材極限抗拉強度。

③鋼梁上安裝購買的20t 滑車，采用鋼絲繩套懸吊傘鉆。

④傘鉆懸吊鋼絲繩選擇：

1）鋼絲繩端吊重：

傘鉆重量：12000kg

2）鋼絲繩的選擇：

Ps=Q0/（110αB/9.81ma-H0）=3.64kg/m

試選鋼絲繩：18×7+FC-Φ36-1770

繩單位長度重量：Ps=5.05kg/m

最小鋼絲破斷拉力總和：Qd=93082.95kg

鋼絲繩自重：H0×每米重 Q繩=5.05×1.5=7.57kg

3）懸吊重=端吊重+鋼絲繩自重

12000+7.57 =12007.57kg

4）安全系數校核：

m=Qd/（Q+ PsB ×H0）

m=7.75＞6；選鋼絲繩：18×7+FC-Φ36-1770 滿足要求。

5 傘鉆的安裝及使用

①為了確保工作安全，把傘鉆入井需要注意的問題，提前和提升司機、吊盤、井口和工作面信號等的工作人員講解清楚，以便更好地與之配合。

②傘鉆上下井在進行掛鉤轉換時，必須把井蓋門關上。

③傘鉆通過吊盤喇叭口時，應停下由傘鉆操作人員連接吊盤液壓站與傘鉆之間快速接頭，并仔細檢查是否有凸出部分碰到吊盤，及時進行收攏，然后繼續下放傘鉆，注意傘鉆與吊盤間距離，以免拉斷管路。

④下放傘鉆到井底約0.3m 時，要停止下放，放好傘鉆底座。應將傘鉆移至井筒中央，坐于底座上，此時中心穩車繩將傘鉆吊正。

⑤將吊盤上泵站與傘鉆之間9 根管路連接，管路附著在中轉繩上，每次打眼時懸吊下放到工作面與傘鉆相連，9根管路分別為：沖擊管2 根直徑為25mm 壓力為28MPa、回轉管2 根直徑為25mm 壓力為28MPa、風水管路各一根直徑為38mm 壓力為32MPa、回油管2 根直徑為60mm 壓力為8MPa，泄漏管1 根直徑為20mm 壓力為36MPa。油管連接示意圖如圖2 所示。

⑥連接方法：首先將液壓泵站管路連接好，每根管路上有閉鎖，順時針方向上緊，聽見“咔”的一聲即連接到位；9 根管路連接完畢后，通過吊盤信號工與地面信號房進行聯系，開始慢慢下降中轉繩，將管路下降至傘鉆管路連接處，依次按順序將傘鉆管路連接到位。

⑦接通電源，電源從排水管附著下放到上層盤，電纜型號為：MY3×95+1×25，每6m 進行綁扎，啟動油泵工作，供給壓力油。操縱立柱油路閥升起支撐臂，伸出支撐爪，撐住井筒壁，整體傘鉆垂直固定后放松穩繩少許使之扶住傘鉆，確保安全。

6 爆破效果分析

采用傘鉆打眼，深孔光面光底爆破。B25mm 中空六角鋼成品釬桿，配合Φ55mm 十字形鉆頭，水膠炸藥。雷管選用6m 長腳線毫秒延期電雷管，段號為1-5，放炮基線用14#鐵線，放炮母線選用MY3×25+1×10 電纜，吊盤以下至工作面選用2 根4mm2單股銅芯電纜做母線，380V 專用放炮開關井上起爆。

施工過程中，當巖石硬度或斷面發生變化時，需要根據現場的具體情況進行調整，使爆破效果達到最優。圖3為非凍結段（-694～-738.45m）施工炮眼布置圖；爆破原始條件見表2；爆破參數見表3；預期爆破效果見表4。

表2 爆破原始條件

表3 爆破參數表

表4 預期爆破效果表

圖3 非凍結段（-694～-738.45m）施工炮眼布置圖

2021 年開始井筒施工，2022 年結束施工，完成了732.4m 的掘砌，2022 年開始使用XFJD8.12 型液壓傘鉆打眼，進行爆破施工。炮眼深度4.4～4m，循環進尺4m，1 個掘砌循環24 小時內完成，比之前用的壓風傘鉆縮短了3 個小時，基巖段第1 個月（3 月份）磨合期成井就達到88m，第2 個月（4 月份）成井達到116m。無廢氣排放聲音，噪聲也降低了5～10db。

7 結語

使用XFJD8.12 型液壓傘鉆打眼，有效解決了基巖段深孔爆破問題，縮短了每個掘砌循環時間，而且節約了能源，降低了成本，改善了工作環境，提高了工作效率。