天井钻机在大倾角高天溜井施工中应用*

易洋来 薛小蒙 王 杰

(1.湖南辰州矿业股份有限责任公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

天井钻机在大倾角高天溜井施工中应用*

易洋来1薛小蒙2,3,4王 杰2,3,4

(1.湖南辰州矿业股份有限责任公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

以甘肃加鑫矿业有限公司以地南矿区特殊工程地质大倾角高天井开拓为例，介绍了人工普通法施工中存在的问题及天井钻机的施工情况，对两种施工方法进行了工效、成本等技术经济指标分析比较，推荐大倾角长天溜井施工采用天井钻机，并提出了天井钻机连续施工的改进方案。

天井钻机 天井施工 施工工艺

天溜井包括行人通风天井、出矿主溜井。天溜井施工是地下矿山中的关键工程之一[1]，大部分矿山在施工通风、材料、充填等溜井时采用普通法，甘肃加鑫矿业有限责任公司也采用了普通法施工天井。但该施工方法存在劳动强度大、安全隐患大、掘进效率低、贯通精确度不高、成井后使用效果差等诸多问题[2-4]。严重制约甘肃公司开拓探矿以及采场准备的进度，而使用天井钻机施工法可以很好的解决上述问题。

1 天井钻机现场使用概况

加鑫矿业有限责任公司以地南矿区矿脉较薄，倾角约80°，矿石遇水极易泥化；围岩稳固性相对较好，但节理裂隙非常发育；矿岩均为渗水层。开采中需要施工大量的充填、通风天井及矿、废石溜井。

为降低大倾角高天溜井施工风险，提高作业效率，加鑫公司于2014年3—5月应用天井钻机先后施工了30500407和30500401采场充填天井。30500407采场充填天井设计坡度78°，方向285°，长度40.7 m，直径1.5 m，天井钻机硐室扩刷等施工准备用时约7 d，自上而下钻进φ244 mm导孔用时3 d,采用φ1 500 mm刀盘自下而上天井扩刷形成井筒用时7 d；30500401采场充填天井设计坡度为90°，长度38.4 m，直径1.5 m，天井钻机施工准备约7 d，导孔钻进用时约2.5 d，扩孔钻进用时6.4 d。

成井效果见图1。

图1 30500401充填井施工效果

2 天井钻机与人工普通法施工的对比分析

(1)施工效率。天井钻机施工需扩刷施工硐室、水仓、捣制设备基础、安装施工电缆等，施工准备期约7 d，钻机施工约10 d；普通法施工天井用 2.2 m 长钢钎，每循环进尺约1.8 m，3 d施工两个循环，平均1.2 m/d，完成一个天井理论上用时34 d。

(2)施工安全。普通法施工大坡度天井，人工凿爆，有坠落、松石、爆破、闭气等安全隐患；天井钻机施工，作业人员在平巷内操作机械设备即可，无上述安全隐患。

(3)施工精确度控制。因该公司测量工程技术人员缺乏，普通法施工大坡度天井时贯通偏差较大，达不到设计要求；天井钻机施工开钻前测量人员只需放出开钻点和天井方位，给出设计坡度，贯通精度就可完全达到设计要求。

(4)劳动强度。该公司处于高寒地区，普通法施工天溜井难度及强度极大，天井钻机施工人员无需进入天溜井，在平巷内进行设备操作即可，劳动强度低。

(5)成本。普通法掘进天井成本约1 100元/m(不含电力)，但存在因安全无法保障而半途废止的情况；天井钻机施工成本约4 700元/m(不含电力)，可以保证100%合格率。

以施工40 m中段天井为例，两种不同施工方式溜井掘进费用比较见表1。

表1 两种施工方法直接成本计算

从表1中可以看出：40 m中段天井施工，天井钻机施工费用较人工普通法施工费用高出约6万元。主要是天井钻机成本高，折旧费用高。

(6)成井效果。普通法施工天溜井，施工过程中因爆破对周边围岩的破环，岩体沿节理裂隙容易产生凹凸、甚至天井被迫拐弯，成井效果差。若作为通风井则加大了通风风阻，作为充填井则极易发生堵塞，作为材料井极可能发生材料堵在半空现象，作为人行井更有井壁浮石掉落隐患。天井钻机施工天溜井属于机械磨碎岩体，对井壁不产生破坏，井壁光滑，基本避免了普通法施工天溜井的各项缺点，能达到较好的使用效果(见图1)。

3 综合效果分析

与普通法掘进天溜井相比，天井钻机施工优点有：安全、高效、贯通精确度高，成井效果好，劳动强度低，施工过程无需测量等。不足之处有：需增加额外掘进、扩刷工作量，以满足设备安装运行；设备负荷较大，对供电保障要求高；施工单位成本较高；现场管理难度较大等。两种施工方法各项指标对比见表2。

4 天井钻机施工存在的问题与改进措施

(1)天井钻机施工过程中组织管理方面存在的问题有：准备工作滞后、工作衔接不到位。改进措施有：①提前做好施工前所有施工点的硐室扩刷、供水、供电的准备工作，提高设备使用效率；②安排专人进行天井钻机施工的衔接与技术管理工作。

表2 两种施工方法指标对比

注：天井施工长40 m，天井倾角78°。

(2)系统方面存在的问题有：现有供电系统不能满足天井钻机施工负荷需要，由于地压影响，部分巷道规格太小，不符合设备进场要求。改进措施有：①进行中段供电规划与改造；②对天井钻机所经巷道进行扩刷改造。

(3)设备改进。目前天井钻机扩刷产生的细渣仍然需要采用电耙、装岩机铲装，无法实现24 h连续作业和全流程高机械化。建议在出渣环节增加装渣斗及螺旋给料机，实现24 h连续作业，渣水自动分离、扩刷渣直接排入矿车，以提高劳动生产效率和施工机械化程度，降低人员劳动强度。

[1] 王长贵.地下矿山天溜井施工方法的探讨[J].采矿技术,2008,8(5):19-21.

[2] 周 祥，周 伟，田 占，等.人机联合溜井施工工艺[J].现代矿业,2013(12):115-116.

[3] 张连恒，郭建清.天井钻机在锡铁山铅锌矿的应用[J].中国矿山工程,2011,40(6):55-61.

[4] 马维清，张生良.深孔分段爆破天井、溜井施工方法[J].现代矿业,2009(12):76-78.

[5] 阎海鹏.巷道施工技术[M].沈阳：东北大学出版社有限公司，2014.

*“十二五”国家科技支撑计划项目(编号：2011BAB07B01)。

2015-04-16)

易洋来(1982—)，男，副总经理，工程师，419607 湖南省怀化市沅陵县官庄镇。