龙新矿业思山岭铁矿进风井掘砌施工实践

付 军

（辽宁东煤基本建设有限责任公司，辽宁 沈阳 110122）

引言

思山岭铁矿矿区位于辽宁省本溪市东南郊16 km，南芬区北9 km 处思山岭村北侧一带，行政区划隶属于思山岭满族乡所辖。探明铁矿石储量24.84 亿t，平均品位31.19%，设计原矿采选生产规模为1 500 万t/a，达产年平均铁精粉产量为550 万t/a，远景目标原矿采选生产规模3 000 万t/a，年平均铁精粉产量为1 100 万t/a。

1 施工方案

井筒施工采用综合机械化配套作业[1]。液压伞钻打眼，2 台中心回转抓岩机装矸，双单钩配大吊桶提升，地面铲车配汽车排矸。1 井架：该井筒采用Ⅵ型凿井井架，设计2 套单钩提升；2 提升机：主提为JKZ-4.0×3.0/18.5 型提升机，副提为2JKZ-4.2×2.3P/18.5型提升机，配7.0 m3、5.0 m3吊桶；3 伞钻：使用YSJZ6.12 液压伞钻打眼，平时伞钻停放在井口。使用时，利用主提升机将伞钻下放至井底[2]；4 模板：使用4.5 m高整体下移式液压伸缩模板，利用4 绳悬吊；5 吊盘：采用2 层钢结构吊盘，直径Φ8.3 m,盘间距均为4 m。吊盘间用5 根立柱连接，同时在盘之间用钢丝绳再次柔性连结。上层盘为保护盘，下层盘放置2 台HZ-6型中心回转抓岩机。为保证吊盘的稳定性，上、下层盘均设稳固装置，吊盘利用6 绳悬吊；6 抓岩机：选用2 台HZ-6 中心回转式抓岩机；7 通风：根据井筒断面和作业特点，为保证井筒施工时有足够的新鲜风量与温度，井筒施工时采用压入式通风方式，选用两路独立风筒进行通风，风筒直径为800 mm。每路风筒采用两根钢丝绳悬挂，选用2 台FBD-No 7.1/2×45 对旋轴流式通风机，两用两备；8 压风：选用4 台螺杆式空气压缩机（2 台DLG40/0.8 空气压缩机、2 台DLG20/0.8 空气压缩机），4 台压风机并联，各自设置阀门。在井口设油水分离器。压风管选用Φ159 mm×4.5 mm，利用2 绳悬吊；9 排水：井下涌水量在10 m3/h 以内，用吊桶排水。若涌水量大于10 m3/h，使用MD46-80×10多级泵配Φ108 mm×5 mm 无缝钢管将水排至地面；10 安全梯：共三节，严格按照标准图册进行加工，一次可提升10 人。利用1 绳悬吊。

2 施工方法

2.1 井颈段施工

井颈段为63 m，施工时先挖掘6.5 m 深，平整工作面，按设计绑扎钢筋，组立4.5 m 段高整体下移式液压伸缩模板，并按设计悬吊。首先浇筑4 m 深混凝土，壁厚为800 mm，按设计预留固定盘梁窝。混凝土凝固以后，封闭井口，安设封口盘，井盖门两侧设置护栏。当安设完吊盘后，利用吊盘安设固定盘，在固定盘上安设中心小绞车。地表2 m 采用红砖砌筑，待立井施工结束时，图纸完善以后，将吊盘提升到地面进行施工掘进，地表8.0 m 采用挖掘机辅以人工修整的方法挖掘。锁口以下至25 m 井颈段施工，利用伞钻打眼，提升机提升吊桶和小钩机出岩，10 m 以下可以用抓岩机进行出岩。井筒25 m～63 m 井颈段施工，利用伞钻打眼，提升机提升吊桶和抓岩机出岩。钢筋绑扎，按设计要求井颈为双层钢筋，钢筋间排距为250 mm×300 mm，钢筋绑扎搭接位置必须错开，搭接长度为35 d；横向钢筋为Ф22 mm螺纹钢，间距误差不超±20 mm。纵向钢筋为Ф16 mm螺纹钢，钢筋保护层厚度为40 mm，纵向筋间距误差不超±10 mm，钢筋保护层厚度误差不超过±10 mm。钢筋绑扎完毕后，在井内组立模板并悬吊。按设计对模板进行操平找正。20 m 以上段，使用混凝土溜灰管下放混凝土，经过高压耐磨胶管使混凝土入模。20 m 以下段，使用材料吊桶运送混凝土，经过吊盘上分灰器使混凝土入模。混凝土要对称浇注，每浇筑300 mm 厚的混凝土，必须进行振捣。直到混凝土表面返有灰浆为止。为了保证混凝土接茬质量，模板上端加工一整体浇注口，拆模后（拆模时间不小于12 h），人工将多余的混凝土清理掉，保证井壁表面的平整度。

2.2 井身段施工

井身段施工，打眼采用YSJZ6.12 液压伞钻凿岩，中深孔光面爆破，B25 mm 中空六角钢成品钎杆，钎杆长5.5m，使用Φ50 mm 一字形钻头打眼。将伞钻移到井口，用主提升机钩头将伞钻吊起，下至井底。伞钻下井至工作面后，调整伞钻立柱位置，支起支撑臂，接好管路，然后将提升钢丝绳放松。打眼前按设计要求画出井筒断面轮廓线，采取定人、定位、定眼、定机分区方式作业。打眼时，按爆破图表规定参数操作，先打掏槽眼，再打辅助眼，最后打周边眼。严谨继续加深残孔。每打完一个炮眼，及时用木楔封堵炮眼，防止杂物落入孔内。炮眼打完后，将伞钻吊挂在主提升钩头上，收拢伞钻，提升伞钻到地面。只有打眼全部结束，才能装药。

2.3 排矸方法

装岩选用2 台HZ-6 型抓岩机，配置的抓斗为0.6 m3。为了提高抓岩速度，要先抓出罐窝，降低抓斗提升高度。控制吊桶的装满系数为0.9。主、副提升机配7.0 m3吊桶提升。吊桶装满后，及时提升，当吊桶提离工作面100 mm～500 mm 时，停止提升，将吊桶稳定，在吊桶稳定后发出提升信号。看盘信号工要做到目接目送。在作业期间，井盖门不能同时开启，必须使用独立的2 套信号系统。为确保施工安全，根据规程规定的安全系数，井筒深度在900 m 以内时使用7 m3吊桶进行出矸，900 m 至井底选用5 m3吊桶进行出矸，井筒施工达到深度后必须进行吊桶更换。如图1所示。

图1 凿井工艺流程

3 提升系统设备选型及计算

根据井筒施工实际情况，井筒主提升采用JKZ-4.0×3.0/18.5 凿井专用绞车，各配一套单钩吊桶提升，提升前期使用7.0 m3、5 m3吊桶。采用G15 钩头装置，钢丝绳为18×7+FC-Φ50-1870 特型多层股不旋转钢丝绳。主提升负责升降人员和物料，副提升专为升降物料。

3.1 提升钢丝绳的选择计算

3.1.1 钢丝绳悬垂长度

式中：Hsh为井筒深度，1 213.5 m；Hj为井口水平至井架天轮平台悬垂高度，27.5 m。

3.1.2 钩头、滑架质量

式中：Q1为钩头及连接装置重量，334kg；Q2为滑架装置质量，257 kg。

3.1.3 终端荷重

1）5 m3吊桶提升矸石质量

式中：Km为装满系数，取0.9；V 为吊桶容积，V=5 m3；γg为松散矸石容重，取1 700 kg/m3；γs为水容重，取1 000 kg/m3；Ks为岩石松散系数，取1.6；G 为座钩式吊桶质量，取1 690 kg。

2）在提升伞钻时质量

式中：QSZ为YSJZ6.12 型伞钻质量，11 500 kg；Qz为钩头与滑架装置质量，591 kg。

3.1.4 提升钢丝绳单位长度质量Ps

按最大荷载计算，Q0=Q伞=11 757 kg，悬垂长度1 241 m。

式中：σB为钢丝绳公称抗拉强度，取1 870 MPa；ma为安全系数，取7.5；根据计算选18×7+FC-Φ50-1870 特型多层股不旋转钢丝绳，其标准每米质量Psb=9.75 kg/m。

钢丝破断力总和Qd=1.283×1450000=1860350N。

3.1.5 钢丝绳安全系数校核

1）提物时（按提矸石计算，悬垂高度1 186 m）：

2）提人时：按每次提升8 人考虑，每人重100 kg（带工具），则：

3）为加快进度，不同井深选用不同吊桶，7 m3、5 m3。

3.2 主提天轮的选择

D≥60d＝60×50=3 000 mm（d 为钢丝绳直径）

注：围抱角小于90°的天轮直径D≥60 d。

主提升选择天轮为TZ（G）3000/36 型，公称直径3 500 mm，钢丝绳破断拉力总和1 860.35 kN，满足使用要求。

3.3 提升机的选择

3.3.1 提升机滚筒直径

D≥60d＝60×50=3 000 mm（d 为钢丝绳直径）。

3.3.2 提升机型号

现选用JKZ-4×3/18.5 凿井专用提升机作为提升机，卷筒直径：D=4 000 mm；卷筒宽度：BT=3 000 mm；滚筒个数：1 个；钢丝绳最大静张力：FJ=290 kN。

3.3.3 校验卷筒宽度

式中：H 为提升高度，取H=1 241 m；30 为试验绳长度，30 m；ε 为绳圈间隙，3 mm；d 为绳径，50 mm；n为缠绳层数。

缠绕层数n=B/BT=5 522.296/3 000=1.84（层），需要爬一层钢丝绳，满足要求。

3.3.4 验算提升机的强度

3.3.5 电动机功率估算

式中：VmB为提升机最大速度，取6.28 m/s；η 为传动效率，取0.85。

主、副提升机配备电机功率为2 000 kW，满足施工需要。

4 结语

本溪龙新矿业思山岭铁矿进风井掘砌工程，结合工程特征，本着安全第一的原则，优化施工方案，提出了安全、质量和工期的保证措施。凿井设备的选型，充分考虑了储备系数。确保井筒施工安全、优质、快速、低耗。