大红山铁矿箕斗竖井的快速施工技术

黄明健，王军华，谢海鹏

(湖南涟邵建设工程(集团)有限责任公司， 湖南 娄底市 417000)

0 引 言

矿山进入深部开采，通常需要新建立(竖)井井筒进行开拓，井筒施工是矿山井巷工程开拓工作的起点，对于立井开拓矿井，其井筒施工工程量虽然仅占矿井建设总工程量的3.5%～5%，但其施工工期却占总工期的40%左右。因此加快立(竖)井井筒施工是所有矿井建设工作的难点和重点，也是缩短矿井建设总工期的关键。

玉溪大红山矿业有限公司二期工程废石箕斗竖井位于该公司400万t/a地下采矿矿体的东南侧、小庙沟废石场的西北侧，是该矿深部二期采矿工程的主要开拓工程，用做深部二期采矿系统持续生产I#铜矿带及III、IV矿体部分废石的提升通道。该竖井井筒断面小、深度大，但整个竖井正常段井筒建设工期14个月，平均月进尺83.5 m，其中连续6个月进尺均超过100 m，最高月进尺达到110.5 m，生产安全无事故，刷新了云南省竖井施工新记录，实现了连续优质快速施工。

大红山铁矿箕斗竖井井筒净直径5.5 m，净断面23. 76 m2，掘进直径6.3 m，掘进断面30.19 m2，混凝土支护壁厚350 mm，设计深度1279 m，其中井颈段30 m。井筒围岩硬度系数f=8～10，施工采用短掘短砌混合作业施工方法，掘砌段高控制4 m。井筒正常涌水量小于10 m3/h，井筒施工中，对含水层段井筒采用壁后注浆和无缝砌壁等方法进行处理，使涌水量控制在0.5 m3/h左右，改善了劳动作业环境，是保证该箕斗竖井实现快速掘进的前提。

1 竖井快速施工机械合理配套

表1 箕斗竖井施工机械化配套设备

施工机械化配套水平对竖井井筒施工速度及质量起着十分重要的作用，众多立井施工实践表明，合理的机械设备配套是实现快速成井的强有力保证，因此对其机械化配套设备的合理选型至关重要。大红山箕斗竖井施工机械设备的选型充分结合了国内先进的立井施工作业设备配套经验，确保竖井施工中凿岩、装岩、支护、提升、通风和运输各个环节施工设备之间的能力与性能相互匹配，最终确定采用的主要井筒施工机械设备见表1。

1.1 钻眼机具与爆破技术的合理配套

竖井施工通常采用爆破掘进，因此快速成井与爆破效果有直接联系，这就涉及钻眼机具和爆破技术的合理配套。根据我公司竖井施工经验，钻眼机具可优选配有YGZ-70型导轨式的伞形钻架，SJZ-5.6型伞钻对于井筒净直径为5～6 m的小断面情况是适宜的，可匹配小断面掘进的中深孔光面爆破技术。相应的爆破技术方面宜选择抗水性能好的乳化类炸药，采用反向连续式装药结构，选用8号半秒延期电雷管和7 m长脚线的半秒延期非电导爆管，采用导爆管雷管及电磁雷管爆破网络，可提高装药速度，减少瞎炮，增加网络的准爆性。

1.2 装岩设备与排矸设备的合理配套

立井井筒施工循环中，装岩出矸时间往往占40%～50%，缩短装岩出矸的时间是实现井筒快速施工的重要条件。箕斗竖井优选HZ-6型中心回转抓岩机配合改进抓尖，其出矸速度快，而且经堆焊处理的抓尖其耐磨性很好，减少了维修费用和时间耗损。为保证立井快速施工，采用座钩式自动翻矸装置，自卸式汽车排矸，从而做到最优装岩与排矸设备的配套。

1.3 砌壁模板及下料工艺的合理配套

竖井井筒砌壁模板的性能好坏是影响成井速度及质量的关键设备。采用具有脱模能力强、刚度大、立模方便的MJY型整体金属刃角下行模板砌壁是有效可行的。MJY型金属模板由地面的3台稳车悬吊，其直径根据井筒直径来确定，段高一般为3～5 m，本箕斗竖井采用4 m段高。下料时，混凝土由输送车从集中搅拌站运至井口，采用DX-3/2.4 m底卸式吊桶下放，对称浇筑，在浇灌口上设环形斜面板，确保新浇井壁和老井壁的接茬高度在10 cm左右，做到新老井壁接茬严密，提高井壁浇筑质量，加快浇筑速度，用ZNQ-50型插入式高频混凝土振捣器振捣混凝土。

2 竖井快速施工技术创新

2.1 二阶直斜眼掏槽中深孔光面爆破

表1 爆破参数

对于小断面竖井掘进，采用中深孔爆破技术可提高竖井掘进速度和经济效益。大红山铁矿箕斗竖井施工根据实验研究和现场经验，结合斜眼掏槽和直眼掏槽的优点，采用二阶槽眼同深、直斜眼掏槽方式：第一阶和第二阶掏槽孔深度均选定为4.5 m，炮孔呈星形布置，其中一阶掏槽孔倾斜角度82°，圈径1.6 m，布置8个炮眼，眼距620 mm；二阶掏槽孔圈径1.8 m，布置8个炮眼，眼距710 mm。

图1 箕斗竖井井筒炮眼布置

根据箕斗竖井井筒围岩f=8～10坚固特性，进行炮眼布置设计，并经试验选取最佳爆破参数，炮眼布置如图1所示，爆破参数见表2，预期爆破效果见表3。施工中根据岩石情况及时调整，使爆破效率稳定在80%以上。

表3 预期爆破效果

2.2 改进抓斗机抓尖

抓斗机抓尖部分是顺利抓岩的关键，需要对其进行局部调质处理，为保证母材、固定套和内抓尖的机械性能，进行抓尖表面堆焊物的热处理时，采取了综合热处理工艺，经现场检验各项指标均达到施工要求。抓片采用Mn56钢组焊而成，为等强度整体结构，抓尖为内抓尖和高耐磨合金焊条的外表堆焊物组成，为复合耐磨性结构，内抓尖表面堆焊物采用D182焊条。箕斗竖井岩石的普氏系数f=8～10，未经堆焊处理的抓尖磨损一半长度的井筒进尺长度为20～50 m，堆焊处理后的抓尖磨损一半长度的井筒进尺长度为80～100 m，大大提高了装岩出矸的效率，有效提高了成井速度。

2.3 井筒无缝砌壁

井筒砌壁采用MJY型整体金属刃角下行模板，在其上口布置8根导向工字钢，施工中能方便脱立模，立模时间缩短，金属模板有效高度为4 m。在浇灌口处安装环形斜面板，要求接茬严密，确保新浇井壁和老井壁的接茬高度在10 cm左右，当井筒通过含水层时添加防水剂，以提高井壁防水能力。这有效改善了施工作业环境，确保各项工艺有序进行。

2.4 竖井金属模板油缸防爆装置

竖井金属模板液压系统主要由液压缸、液压伸缩杆、油管和阀等组成，主要起支拆模板作用，在井筒掘砌混合作业中，金属模板液压系统要承受爆破掘进产生爆破飞石和爆破冲击波的作用，很容易导致金属模板液压系统的损坏，同时混凝土浆从搭接口渗出粘连钢模液压系统，使其无法伸缩，从而直接影响竖井砌壁质量和施工进度。大红山铁矿箕斗竖井施工中对金属模板液压系统进行防爆处理，在液压系统的表面加设可拆装的弧形钢板，降低维修成本、提高工作效率。

2.5 电子计量装置拌料

地面靠近竖井口的位置布设有混凝土搅拌站，选用PLD - 800S双向式配料机进行配料，采用两台S-1000型搅拌机搅拌混凝土料，通过配料搅拌系统的电子计量装置，使混凝土搅拌操作方便、配料准确，充分满足竖井井筒快速施工的要求。

3 施工组织与管理

竖井井筒施工机械化配套的核心主要表现在“五大一钻”，在井筒断面较小的情况下,对各种机械设备有序安排使用，需要有严密、科学的施工组织与管理。作业人员按钻眼爆破、出矸找平、立模砌壁、出矸清底四道工序实行滚班作业制，提高生产效率，推行机电维修包机制，减少了机电设备故障率；同时根据工程实际情况设立项目部，实行垂直管理和扁平化管理，狠抓掘砌正规循环作业和辅助作业的配合，实现快速施工。

3.1 施工过程管理

为了有效控制井筒工程施工质量，实现安全快速施工，大红山铁矿箕斗竖井施工过程中组建了高效精干、机制灵活、运转流畅的项目部，采用工业监控电视及计算机辅助施工管理，提高施工管理水平。对施工机具和设备实行了包机制，杜绝施工机具和设备带病作业，使用后立即进行检修和保养，保证正常循环使用。作业层采用专业化综合施工队形式，对固定工序和关键岗位的人员实现相对固定，以提高操作水平。强化职业技能培训和安全技术培训工作，定期组织开展技术比武，不断提高员工的操作技术水平。实行承包人、组室负责人风险抵押金制度；实行考核评分制，充分调动承包人、管理人员的积极性。

3.2 施工工序管理

竖井井筒施工的4道主要工序受到作业空间较小的限制，实行平行作业很困难，所以要实现井筒快速施工，确保各工序的顺畅衔接很重要。大红山铁矿箕斗竖井施工过程中，将4个主要工序细化分解，尽可能地将各工序作业时间分配合理，制定好各道工序所需要的最低用时标准，这能有效缩短施工循环时间。施工中各工序按所定用时标准认真执行并考核，除机电维修人员以外，各工序施工人员一律按循环图表实行滚班制作业，各工种交接班实行按工序交接班制度，严格根据循环图表要求控制各工序作业时间，以保证正规循环作业。

4 结 论

(1) 竖井快速施工的实质是在保证施工安全和工程质量的前提下，充分利用机械化装备合理配套发挥出的高能高效，经过严格的施工组织与管理来缩短井筒建设工期，节省施工辅助费用，使矿井提早投产，提前取得经济效益。大红山铁矿废石箕斗竖井在小井径超深的情况下能够实现快速施工，与较好的水文条件及采用先进配套的凿井施工装备是密切相关的，尤其基本实现“五大一钻”机械化合理配套作业线，因而成井速度快、效率高。

(2) 要实现超深竖井安全、优质、快速施工，必须进行技术革新，大红山铁矿箕斗竖井施工采用的二阶直斜眼掏槽深孔光面爆破、改进抓斗机抓尖、竖井钢模油缸防爆装置、井筒无缝砌壁、电子计量装置拌料等新技术，提高了施工过程的安全性、施工速度和施工质量。

(3) 严密、科学的施工过程和施工工序管理，这也是确保大红山铁矿箕斗竖井实现快速施工的关键，其掘、砌、运转三大系统协调运作，各个工序紧凑衔接，避免工时浪费，为快速掘进奠定了基础。

参考文献：

[1]沈 毅，万战胜，汤丽立.复杂地质条件下千米竖井快速施工技术研究[J].路基工程，2010，10(3):236-239.

[2]张传余，唐燕林，鲍胜芳. 超大超深立井施工设备选型及布置[J].采矿技术，2013，13(6):103-106.

[3]赵兴东.井巷工程[M]. 北京：冶金工业出版社，2010.

[4]温洪志，杨福辉，黄成麟.大强煤矿千米立井井筒快速施工技术[J]. 煤炭工程，2012，9(12):27-30.

[5]牛学超,杨仁树. 立井深孔爆破参数的探讨[J].建井技术，2001，22(4):33-36.

[6]徐恩凌，邹根林，刘永根，等.丰龙煤矿千米立井井筒安全优质快速施工[J].建井技术，2010，31(3):15-20.