天井钻机在夏甸金矿开拓工程中的应用

孙书彬,汪忠波

(招金矿业股份有限公司夏甸金矿, 山东招远市 265415)

天井钻机在夏甸金矿开拓工程中的应用

孙书彬,汪忠波

(招金矿业股份有限公司夏甸金矿, 山东招远市 265415)

分析了黄金矿山井下人工施工大倾角天井的不利因素,介绍了 AT2000天井钻机在大倾角、斜坡长、精度高的天井施工中的应用情况,通过与传统人工开拓天井的对比分析,总结出天井钻机施工中应注意的一些事项及优点与缺点;所积累的宝贵工程施工经验证明,天井钻机带来了倾斜天井施工方法的新革命,为黄金矿山采矿方法的改进和发展开辟了新的道路。

天井钻机;开拓工程;天井掘进;安全生产

夏甸金矿为招金矿业股份有限公司的一个主力矿山,采选规模 2000 t/a。该矿始建于 1987年,2006年对采矿工艺进行了改造,采选规模扩建为2000 t/d,技术改造后的生产规模对矿区的生产能力提出了更高的要求。七号矿区是该矿的一个老矿区,采用无底柱分段崩落法采矿,分段高度和进路间距按照 10 m×10 m的网度布置,分段之间采用 12°斜坡道联通,用作设备运行、行人、通风的安全通道。为了节省工程,自-525 m水平至-652 m水平垂高127 m的段高内未进行中段开拓,生产急需在这两个水平间施工溜井,解决上部中段矿岩的转运问题。但是大高度的溜井人工施工非常困难,人员上下、通风、浮石清理、材料设备搬运、安全棚架设等安全问题无法解决,工期上也不允许。为了解决工期和安全问题,该矿通过多方考察购置了湖南有色重型机器有限公司的 AT2000天井钻机。

1 设备及工程概况

AT2000型天井钻机为湖南有色重型机器有限公司生产的一款技术较为成熟的凿井设备。其首先利用三牙牙轮钻头向下部欲贯通的巷道施工一导孔,然后从下部巷道挂上扩孔刀盘由下而上扩大至需要的断面。施工导孔时岩渣用高压水从导孔中排出,扩孔时岩渣落入下部巷道,由下部巷道装运出坑。设备主机重量为 12 t,导孔直径为Φ250 mm,扩孔直径为Φ1000～2500 mm,最大钻井深度为 250 m,钻机摆角 58°～90°,配套功率 143.5 kW。设计导孔钻进速度 1 m/h,扩孔速度 0.5 m/h。适应岩层硬度 f=8～12,设计偏斜率为 1%～2%。基本能够满足工程要求。

为满足生产需要,该矿从-652 m水平至-525 m水平共设计了 11条溜井,第一条井布置在 535勘探线附近,上口距-525 m水平下盘运输巷 10.6 m,下口距 24中段主运输巷 2.6 m,设计倾角 64.1°,斜长 137.9 m,方位 136.5°。由于上下水平的巷道均已经形成,要求钻孔必须高精度贯通,无论偏在上盘或下盘,都有可能造成工程报废,并且设计贯通点距24中段石门只有 4.9 m,稍有不慎,就有可能打在石门中,不但工程无法使用,而且会对来往人员的安全造成较大的威胁,因此要求钻孔偏差不得大于 1%,施工难度较大。

2 天井施工效果

(1)设备效率。第一条井于 2009年 5月 15日正式开机,到 7月 13日扩孔结束,总计用时间 60 d,扣除中间的特殊情况,实际工作时间 48 d。其中,导孔施工 171 h,进尺 137 m,平均每小时 0.8 m。扩孔用时 432 h,进尺 136 m,平均每小时 0.31 m。实际工作效率基本能够达到设备标定的效率参数。

(2)工程精度。该天井设计上口坐标:9795.32,9428.48;下口坐标:9750.37,9470.61;设计倾角63.53°,斜长 137.9 m,方位 135.51°,偏差欲留量上偏 1 m。贯通点下口坐标:9750.80,9470.90;实际倾角 64°,方位 137°。实际贯通位置与设计贯通位置相比,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,几乎没有偏差。扩孔后四周井壁光滑,断面浑圆均匀,无台阶,无弯曲,完全满足工程要求。

3 施工关键技术及优缺点

3.1 导孔精度控制

(1)牢固的固定钻机。钻机在施工过程中会产生较大的震动,钻机的震动会造成钻孔偏斜,因此立机时牢固的固定钻机是保证精度的基本条件。

(2)机头扶钎半卡环间隙。机头端部的扶钎半卡环,可以减少钻杆与机体之间的间隙,有效保证钻杆与设备的同心度。

(3)稳定杆布置。短接杆后连下三根稳定杆,接一根钻杆,之后再下三根稳定杆,其后基本可以不下稳定杆也可以保证钻孔精度。

(4)控制轴向压力与施工速度。过大的轴向压力和施工速度会引起钻头的偏斜,尤其是在通过软硬岩交界的地方时,轴压过大很容易造成钻头沿硬岩面滑入软岩,造成较大的偏斜。这一点尤其要注意,在遇到硬岩时不要盲目加大轴压,一定要放慢钻进速度,缓慢通过。

(5)控制排渣。岩渣排除的干净与否也是影响精度的因素之一,岩渣排除彻底后由于重力作用钻头会向下沉造成钻孔向下偏斜。因此在孔底积存部分岩渣,控制钻头下沉可以有效的控制下向偏斜。但是积渣作业会对积渣段的稳定杆和钻头的寿命造成不良影响,同时注意停机时要将钻杆提出岩渣,以免岩渣将钻杆抱死。

3.2 扩孔作业安全

扩孔施工是天井施工的最后一道工序,前期的导孔精度是扩孔施工的有效保证,也是减少扩孔作业出现断杆事故的基础。导孔控制好了扩孔作业基本没有什么问题。需要注意的是要将轴向拉力和回转压力恒定的控制在技术要求的范围内,禁止遇到硬岩时或追求进度时盲目加压,否则极易造成断杆事故,造成不必要的损失。其次天井的下口要修整出一个与天井轴线垂直并大于刀盘直径的平面,以保证扩孔初期刀盘均匀受力。在刀盘完全进入原岩以前一定要慢速扩进,以免崩断滚刀的合金齿。扩孔至上部中段 1.5～3 m时要根据岩石的硬度尽量放慢扩进速度,必要时要间歇作业,以免将剩下的原岩整体拉起而造成设备事故。

3.3 与传统掘进法相比优劣分析

3.3.1 安全性对比

人工开拓天井先要进行测量定位,而后在要开拓井的下部用 YZG7655钻机钻孔爆破,用铲运设备把爆破下的岩石运走;随着天井高度增加,需要架设梯子便于人员上下行走、设备运输及通风,明显存在下列问题:随着开拓天井深度的增加,特别是天井倾角大、深度长的天井,通风与人员、设备的上下运输较难,费时又费工;井巷不规则,容易造成天井堵塞,给后期安全生产带来诸多不便;YZG90钻机作业人员暴露在顶板之下,钻机工作时噪音大,存有高空坠落、物体打击等重大安全隐患。

天井钻机施工则是在天井定位后,在上部安装天井钻机,正向钻进Φ250 mm导向孔,导向孔到位后,在天井的下部把牙轮刀盘连接好,根据需求规格反向扩孔成井,同时用铲运设备把扩孔钻削下的岩石运走。此种方法掘进的天井,明显效率高、安全性好,作业人员劳动强度低。

3.3.2 人员设施配备对比

人工掘进每天二班作业:YZG7655钻机 2台,需要人员 4人,一台功率为 132 kW的 3人操作的空压机提供风能,一台 15 kW通风机进行通风,合计功率 147 kW;而 AT2000电动液压天井钻机 1台设备配备人员 6人,配用电动机功率为 132 kW,55 kW多级清水泵一台,3 kW潜污泵一台,合计功率 190 kW。节省人员 1人,增加功率 43 kW。主要技术经济指标对比见表1。

表1 主要经济技术指标对比

3.3.3 优缺点对比

(1)天井钻机施工效率高,工期缩短,降低了生产成本,增加了企业生产效益。

(2)天井钻机施工降低了人工施工带来的中毒、高空坠落、物体打击等安全风险,安全性好,企业的安全效益社会效益十分明显。

(3)采用液压天井钻机,节省人力与财力,每米天井成本可节省 250元。

(4)解决了大高度天井带来的高温、通风不良等因素而造成的人工无法施工的难题,改变了传统的开拓方法,节省了大量的开拓工程。

4 存在问题及注意事项

(1)施工过程中无论导孔作业还是扩孔作业,都应注意其速度不能过快,否则易加速刀具的磨损,如果盲目追求速度而给压过大,甚至会损坏刀具轴承,造成不必要的损失,人为增加成本费用。

(2)斜井的扩孔作业由于冷却水是沿孔底流淌,上部滚刀喷淋的水量较少,对滚刀的磨损较重。

(3)稳定杆钻杆与井壁接触面大,磨损严重。

(4)每次钻孔结束后,应对钻杆进行探伤,及早发现疲劳钻杆,否则,会造成钻杆断裂,增加不必要的费用。

5 结束语

夏甸金矿倾斜天井的准确贯通标志着天井钻机在斜天井施工中的成功应用,创造了天井钻机施工小倾角天井的先河,为后续工程施工积累了宝贵的经验,带来了倾斜天井施工方法的新革命,也为黄金矿山采矿方法的改进和发展开辟了新的道路。

2009-12-03)