孫書彬,汪忠波

(招金礦業(yè)股份有限公司夏甸金礦, 山東招遠(yuǎn)市 265415)

天井鉆機(jī)在夏甸金礦開拓工程中的應(yīng)用

孫書彬,汪忠波

(招金礦業(yè)股份有限公司夏甸金礦, 山東招遠(yuǎn)市 265415)

分析了黃金礦山井下人工施工大傾角天井的不利因素,介紹了 AT2000天井鉆機(jī)在大傾角、斜坡長、精度高的天井施工中的應(yīng)用情況,通過與傳統(tǒng)人工開拓天井的對比分析,總結(jié)出天井鉆機(jī)施工中應(yīng)注意的一些事項(xiàng)及優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn);所積累的寶貴工程施工經(jīng)驗(yàn)證明,天井鉆機(jī)帶來了傾斜天井施工方法的新革命,為黃金礦山采礦方法的改進(jìn)和發(fā)展開辟了新的道路。

天井鉆機(jī);開拓工程;天井掘進(jìn);安全生產(chǎn)

夏甸金礦為招金礦業(yè)股份有限公司的一個主力礦山,采選規(guī)模 2000 t/a。該礦始建于 1987年,2006年對采礦工藝進(jìn)行了改造,采選規(guī)模擴(kuò)建為2000 t/d,技術(shù)改造后的生產(chǎn)規(guī)模對礦區(qū)的生產(chǎn)能力提出了更高的要求。七號礦區(qū)是該礦的一個老礦區(qū),采用無底柱分段崩落法采礦,分段高度和進(jìn)路間距按照 10 m×10 m的網(wǎng)度布置,分段之間采用 12°斜坡道聯(lián)通,用作設(shè)備運(yùn)行、行人、通風(fēng)的安全通道。為了節(jié)省工程,自-525 m水平至-652 m水平垂高127 m的段高內(nèi)未進(jìn)行中段開拓,生產(chǎn)急需在這兩個水平間施工溜井,解決上部中段礦巖的轉(zhuǎn)運(yùn)問題。但是大高度的溜井人工施工非常困難,人員上下、通風(fēng)、浮石清理、材料設(shè)備搬運(yùn)、安全棚架設(shè)等安全問題無法解決,工期上也不允許。為了解決工期和安全問題,該礦通過多方考察購置了湖南有色重型機(jī)器有限公司的 AT2000天井鉆機(jī)。

1 設(shè)備及工程概況

AT2000型天井鉆機(jī)為湖南有色重型機(jī)器有限公司生產(chǎn)的一款技術(shù)較為成熟的鑿井設(shè)備。其首先利用三牙牙輪鉆頭向下部欲貫通的巷道施工一導(dǎo)孔,然后從下部巷道掛上擴(kuò)孔刀盤由下而上擴(kuò)大至需要的斷面。施工導(dǎo)孔時巖渣用高壓水從導(dǎo)孔中排出,擴(kuò)孔時巖渣落入下部巷道,由下部巷道裝運(yùn)出坑。設(shè)備主機(jī)重量為 12 t,導(dǎo)孔直徑為Φ250 mm,擴(kuò)孔直徑為Φ1000～2500 mm,最大鉆井深度為 250 m,鉆機(jī)擺角 58°～90°,配套功率 143.5 kW。設(shè)計(jì)導(dǎo)孔鉆進(jìn)速度 1 m/h,擴(kuò)孔速度 0.5 m/h。適應(yīng)巖層硬度 f=8～12,設(shè)計(jì)偏斜率為 1%～2%?；灸軌驖M足工程要求。

為滿足生產(chǎn)需要,該礦從-652 m水平至-525 m水平共設(shè)計(jì)了 11條溜井,第一條井布置在 535勘探線附近,上口距-525 m水平下盤運(yùn)輸巷 10.6 m,下口距 24中段主運(yùn)輸巷 2.6 m,設(shè)計(jì)傾角 64.1°,斜長 137.9 m,方位 136.5°。由于上下水平的巷道均已經(jīng)形成,要求鉆孔必須高精度貫通,無論偏在上盤或下盤,都有可能造成工程報廢,并且設(shè)計(jì)貫通點(diǎn)距24中段石門只有 4.9 m,稍有不慎,就有可能打在石門中,不但工程無法使用,而且會對來往人員的安全造成較大的威脅,因此要求鉆孔偏差不得大于 1%,施工難度較大。

2 天井施工效果

(1)設(shè)備效率。第一條井于 2009年 5月 15日正式開機(jī),到 7月 13日擴(kuò)孔結(jié)束,總計(jì)用時間 60 d,扣除中間的特殊情況,實(shí)際工作時間 48 d。其中,導(dǎo)孔施工 171 h,進(jìn)尺 137 m,平均每小時 0.8 m。擴(kuò)孔用時 432 h,進(jìn)尺 136 m,平均每小時 0.31 m。實(shí)際工作效率基本能夠達(dá)到設(shè)備標(biāo)定的效率參數(shù)。

(2)工程精度。該天井設(shè)計(jì)上口坐標(biāo):9795.32,9428.48;下口坐標(biāo):9750.37,9470.61;設(shè)計(jì)傾角63.53°,斜長 137.9 m,方位 135.51°,偏差欲留量上偏 1 m。貫通點(diǎn)下口坐標(biāo):9750.80,9470.90;實(shí)際傾角 64°,方位 137°。實(shí)際貫通位置與設(shè)計(jì)貫通位置相比,左右偏差 0.51 m,上下偏差 0.12 m。左右偏差率 0.004%,上下偏差率 0.0009%,精度非常高,幾乎沒有偏差。擴(kuò)孔后四周井壁光滑,斷面渾圓均勻,無臺階,無彎曲,完全滿足工程要求。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 導(dǎo)孔精度控制

(1)牢固的固定鉆機(jī)。鉆機(jī)在施工過程中會產(chǎn)生較大的震動,鉆機(jī)的震動會造成鉆孔偏斜,因此立機(jī)時牢固的固定鉆機(jī)是保證精度的基本條件。

(2)機(jī)頭扶釬半卡環(huán)間隙。機(jī)頭端部的扶釬半卡環(huán),可以減少鉆桿與機(jī)體之間的間隙,有效保證鉆桿與設(shè)備的同心度。

(3)穩(wěn)定桿布置。短接桿后連下三根穩(wěn)定桿,接一根鉆桿,之后再下三根穩(wěn)定桿,其后基本可以不下穩(wěn)定桿也可以保證鉆孔精度。

(4)控制軸向壓力與施工速度。過大的軸向壓力和施工速度會引起鉆頭的偏斜,尤其是在通過軟硬巖交界的地方時,軸壓過大很容易造成鉆頭沿硬巖面滑入軟巖,造成較大的偏斜。這一點(diǎn)尤其要注意,在遇到硬巖時不要盲目加大軸壓,一定要放慢鉆進(jìn)速度,緩慢通過。

(5)控制排渣。巖渣排除的干凈與否也是影響精度的因素之一,巖渣排除徹底后由于重力作用鉆頭會向下沉造成鉆孔向下偏斜。因此在孔底積存部分巖渣,控制鉆頭下沉可以有效的控制下向偏斜。但是積渣作業(yè)會對積渣段的穩(wěn)定桿和鉆頭的壽命造成不良影響,同時注意停機(jī)時要將鉆桿提出巖渣,以免巖渣將鉆桿抱死。

3.2 擴(kuò)孔作業(yè)安全

擴(kuò)孔施工是天井施工的最后一道工序,前期的導(dǎo)孔精度是擴(kuò)孔施工的有效保證,也是減少擴(kuò)孔作業(yè)出現(xiàn)斷桿事故的基礎(chǔ)。導(dǎo)孔控制好了擴(kuò)孔作業(yè)基本沒有什么問題。需要注意的是要將軸向拉力和回轉(zhuǎn)壓力恒定的控制在技術(shù)要求的范圍內(nèi),禁止遇到硬巖時或追求進(jìn)度時盲目加壓,否則極易造成斷桿事故,造成不必要的損失。其次天井的下口要修整出一個與天井軸線垂直并大于刀盤直徑的平面,以保證擴(kuò)孔初期刀盤均勻受力。在刀盤完全進(jìn)入原巖以前一定要慢速擴(kuò)進(jìn),以免崩斷滾刀的合金齒。擴(kuò)孔至上部中段 1.5～3 m時要根據(jù)巖石的硬度盡量放慢擴(kuò)進(jìn)速度,必要時要間歇作業(yè),以免將剩下的原巖整體拉起而造成設(shè)備事故。

3.3 與傳統(tǒng)掘進(jìn)法相比優(yōu)劣分析

3.3.1 安全性對比

人工開拓天井先要進(jìn)行測量定位,而后在要開拓井的下部用 YZG7655鉆機(jī)鉆孔爆破,用鏟運(yùn)設(shè)備把爆破下的巖石運(yùn)走;隨著天井高度增加,需要架設(shè)梯子便于人員上下行走、設(shè)備運(yùn)輸及通風(fēng),明顯存在下列問題:隨著開拓天井深度的增加,特別是天井傾角大、深度長的天井,通風(fēng)與人員、設(shè)備的上下運(yùn)輸較難,費(fèi)時又費(fèi)工;井巷不規(guī)則,容易造成天井堵塞,給后期安全生產(chǎn)帶來諸多不便;YZG90鉆機(jī)作業(yè)人員暴露在頂板之下,鉆機(jī)工作時噪音大,存有高空墜落、物體打擊等重大安全隱患。

天井鉆機(jī)施工則是在天井定位后,在上部安裝天井鉆機(jī),正向鉆進(jìn)Φ250 mm導(dǎo)向孔,導(dǎo)向孔到位后,在天井的下部把牙輪刀盤連接好,根據(jù)需求規(guī)格反向擴(kuò)孔成井,同時用鏟運(yùn)設(shè)備把擴(kuò)孔鉆削下的巖石運(yùn)走。此種方法掘進(jìn)的天井,明顯效率高、安全性好,作業(yè)人員勞動強(qiáng)度低。

3.3.2 人員設(shè)施配備對比

人工掘進(jìn)每天二班作業(yè):YZG7655鉆機(jī) 2臺,需要人員 4人,一臺功率為 132 kW的 3人操作的空壓機(jī)提供風(fēng)能,一臺 15 kW通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng),合計(jì)功率 147 kW;而 AT2000電動液壓天井鉆機(jī) 1臺設(shè)備配備人員 6人,配用電動機(jī)功率為 132 kW,55 kW多級清水泵一臺,3 kW潛污泵一臺,合計(jì)功率 190 kW。節(jié)省人員 1人,增加功率 43 kW。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比見表1。

表1 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比

3.3.3 優(yōu)缺點(diǎn)對比

(1)天井鉆機(jī)施工效率高,工期縮短,降低了生產(chǎn)成本,增加了企業(yè)生產(chǎn)效益。

(2)天井鉆機(jī)施工降低了人工施工帶來的中毒、高空墜落、物體打擊等安全風(fēng)險,安全性好,企業(yè)的安全效益社會效益十分明顯。

(3)采用液壓天井鉆機(jī),節(jié)省人力與財力,每米天井成本可節(jié)省 250元。

(4)解決了大高度天井帶來的高溫、通風(fēng)不良等因素而造成的人工無法施工的難題,改變了傳統(tǒng)的開拓方法,節(jié)省了大量的開拓工程。

4 存在問題及注意事項(xiàng)

(1)施工過程中無論導(dǎo)孔作業(yè)還是擴(kuò)孔作業(yè),都應(yīng)注意其速度不能過快,否則易加速刀具的磨損,如果盲目追求速度而給壓過大,甚至?xí)p壞刀具軸承,造成不必要的損失,人為增加成本費(fèi)用。

(2)斜井的擴(kuò)孔作業(yè)由于冷卻水是沿孔底流淌,上部滾刀噴淋的水量較少,對滾刀的磨損較重。

(3)穩(wěn)定桿鉆桿與井壁接觸面大,磨損嚴(yán)重。

(4)每次鉆孔結(jié)束后,應(yīng)對鉆桿進(jìn)行探傷,及早發(fā)現(xiàn)疲勞鉆桿,否則,會造成鉆桿斷裂,增加不必要的費(fèi)用。

5 結(jié)束語

夏甸金礦傾斜天井的準(zhǔn)確貫通標(biāo)志著天井鉆機(jī)在斜天井施工中的成功應(yīng)用,創(chuàng)造了天井鉆機(jī)施工小傾角天井的先河,為后續(xù)工程施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn),帶來了傾斜天井施工方法的新革命,也為黃金礦山采礦方法的改進(jìn)和發(fā)展開辟了新的道路。

2009-12-03)