段永祥

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石碌鐵礦不良地質(zhì)條件下主溜井施工技術(shù)

段永祥

(金誠信礦業(yè)管理股份有限公司，北京 100089)

石碌鐵礦主溜井設(shè)計(jì)井筒長度為300 m，凈直徑為4.5 m，井口設(shè)在?120 m水平。由于主溜井處于不良地質(zhì)環(huán)境下，施工難度較大。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件，礦山采用反井鉆機(jī)施工主溜井，對施工過程的堵井事故進(jìn)行了有效處理，并采取了合理的錨網(wǎng)及鋼纖維砼井筒聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，較好地解決了不良地質(zhì)條件下主溜井的施工難題。

溜井；反井鉆機(jī)；堵井處理；井筒支護(hù)

0 引 言

石碌鐵礦位于海南省昌江黎族自治縣石碌鎮(zhèn)，是我國最重要的富鐵礦石生產(chǎn)基地之一[1]。礦床以含鐵為主，并伴生有鈷、銅等多金屬，屬于受構(gòu)造控制的火山沉積?變質(zhì)類型。礦區(qū)自1957年投產(chǎn)以來，歷經(jīng)多年大規(guī)模的建設(shè)和生產(chǎn)，露天開采資源已逐步枯竭。隨著深部礦產(chǎn)資源的持續(xù)發(fā)掘，礦山已于2017年正式由露天轉(zhuǎn)入地下開采。

主溜井是地下礦山礦石運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ?，?yīng)優(yōu)先布置在礦量集中，運(yùn)輸條件好，且?guī)r層穩(wěn)固的地段[2?3]。石碌鐵礦2#主溜井設(shè)計(jì)井筒凈直徑為4.5 m，井口標(biāo)高為?120 m，井底標(biāo)高為?420 m，其中?360 m以下為上部礦倉及破碎硐室。由于礦區(qū)富礦及周邊圍巖巖層極為破碎，存在大量斷層、破碎帶等不良地質(zhì)條件，因此礦山將主溜井布置在巖層穩(wěn)固性相對較好的貧礦地層中。然而，由于巖層的局部破碎及高地壓作用，在施工過程中仍出現(xiàn)塌方、堵井等事故[4?5]。因此，為實(shí)現(xiàn)礦區(qū)地下開采的順利投產(chǎn)，對不良地質(zhì)條件下主溜井的高效施工具有重要意義。

根據(jù)現(xiàn)場特殊情況，本文主要介紹反井施工、堵井處理及井筒支護(hù)，其他施工工藝大部分同礦山井下盲豎井施工。

1 反井導(dǎo)孔施工

根據(jù)現(xiàn)場工程地質(zhì)條件，礦山采用反井鉆機(jī)施工溜井。由于井筒巖石條件、巖層應(yīng)力等原因，反井導(dǎo)孔合計(jì)施工2次。

第一次反井導(dǎo)孔施工時(shí)，存在的主要難點(diǎn)是導(dǎo)孔不反水、導(dǎo)孔易偏斜和卡鉆，施工導(dǎo)孔長181 m時(shí)合計(jì)遇到2處破碎帶，第一處破碎帶為54~85 m段，在反井施工該段時(shí)采取水泥單液漿對導(dǎo)孔進(jìn)行注漿處理，注漿長度約30 m，待水泥漿凝固以后再次下放鉆桿施工導(dǎo)孔，在施工至181 m時(shí)再次出現(xiàn)破碎帶，施工難點(diǎn)同樣是不反水，準(zhǔn)備提升鉆桿時(shí)出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，最終提升20 m時(shí)鉆桿全部卡死，無法進(jìn)行提升，鉆桿161 m長全部卡在導(dǎo)孔內(nèi)，致使后期井筒刷擴(kuò)時(shí)必須同步拆除井筒內(nèi)的反井鉆桿，增加了施工刷擴(kuò)難度。

考慮到第一次反井鉆桿問題，第二次反井導(dǎo)孔施工時(shí)，偏離設(shè)計(jì)井中位置1.2 m處進(jìn)行施工，施工難點(diǎn)和相關(guān)的處理方法同第一次，且需控制導(dǎo)孔偏斜，防止和第一次的導(dǎo)孔貫通。通過對導(dǎo)孔進(jìn)行測斜分析，結(jié)果符合反井施工偏斜率要求。

2 堵井處理

2.1 堵井情況

2#主溜井揭露的地層主要為白云巖、透輝透閃石化白云巖夾斷層間破碎花崗巖。堵井部位的巖石為透灰透閃石化白云巖，風(fēng)化后剝落成大塊堵住導(dǎo)井。

在2#主溜井人工刷擴(kuò)至設(shè)計(jì)位置段共計(jì)32 m時(shí)，發(fā)現(xiàn)主溜井下部1.4 m直徑反井鉆機(jī)擴(kuò)孔堵塞，現(xiàn)場堵塞情況見圖1。通過對堵塞區(qū)進(jìn)行爆破處理，采用上部懸吊炸藥包至堵塞位置進(jìn)行爆破的方式，單次最大裝藥15 kg，爆破后在導(dǎo)井底部觀察，無明顯掉渣現(xiàn)象。采用鉆孔電視對堵井情況進(jìn)行了視頻錄像，確定堵井位置上表面離井口約79 m，堵井位置上部垮塌段約15 m，最大垮塌寬度超過4 m，同時(shí)存在較多大塊浮石及一組傾角較大的斷層構(gòu)造帶。

2.2 堵井處理措施

本次溜井堵井處理使用108 mm×4 mm無縫鋼管作為套管下放至塌方區(qū)，孔內(nèi)地質(zhì)鉆機(jī)鉆進(jìn)的方式進(jìn)行處理。為了能夠盡量穩(wěn)定鉆桿，在鉆桿底部及中間架設(shè)穩(wěn)固設(shè)施。

圖1 現(xiàn)場堵塞情況

(1) 將吊盤下放至工作面，人員用吊盤鋼格柵結(jié)構(gòu)的下層盤作為工作平臺進(jìn)行操作，無縫鋼管上安設(shè)吊耳，使用穩(wěn)車通過法蘭連接下放。

(2) 搭設(shè)鉆機(jī)工作平臺，使用[20a靠背對焊槽鋼作為主梁，Φ20 mm螺紋鋼，=2 m，外露長度0.5 m，作為生根錨桿固定鋼梁，鋪設(shè)10 mm厚鋼板。搭設(shè)工作平臺過程中，對無縫鋼管套管上段，使用Φ20 mm螺紋鋼作為連接筋將鋼管與橫梁搭接牢固。

(3) 地質(zhì)鉆機(jī)采用KY6075型地質(zhì)鉆機(jī)，鉆機(jī)鉆桿直徑60 mm，鉆頭使用特制加工的螺旋鉆頭。地表將地質(zhì)鉆機(jī)盡可能解體，使用絞車下放；下放油管時(shí)對油管進(jìn)行捆綁，使用吊桶下放。架設(shè)地質(zhì)鉆機(jī)，鉆機(jī)架設(shè)時(shí)進(jìn)行孔位調(diào)整，使鉆機(jī)鉆孔位于108 mm鋼套管之內(nèi)，盡量避免鉆桿下放過程中對套管的磕碰，架設(shè)結(jié)束，對鉆機(jī)支架上下進(jìn)行固定，確保鉆機(jī)穩(wěn)固。

(4) 準(zhǔn)備工序到位后邊鉆邊下掘，施工過程中鉆速逐漸增大。專人負(fù)責(zé)記錄鉆桿根數(shù)，鉆機(jī)操作手對鉆進(jìn)情況進(jìn)行預(yù)估，如進(jìn)入空區(qū)，記錄空區(qū)長度及空區(qū)位置；如處理通則停止鉆進(jìn)，渣石滑落結(jié)束后，拆除鉆桿及套管。

(5) 經(jīng)過長達(dá)5個(gè)月地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔處理，最終成功鉆通11 m堵井區(qū)域段，在鉆孔過程中遇到卡鉆、鉆進(jìn)速度過慢、鉆孔偏斜、現(xiàn)場移位鉆孔等施工難點(diǎn)，通過套管對鉆孔區(qū)域進(jìn)行注漿處理，前后合計(jì)注漿5.25 t，注漿之后為后序施工帶來利弊，利是鉆進(jìn)質(zhì)量較好，弊是整個(gè)堵井的區(qū)域連接成整體，給爆破處理帶來困難。

(6) 在鉆孔鉆通之后，準(zhǔn)備一根6.5 mm鋼絲繩前端掛設(shè)一根直400~500 mm鐵件，從套管及鉆桿內(nèi)穿6.5 mm鋼絲繩至井底，?360 m井底硐室外人員觀察鋼絲繩是否穿過堵塞區(qū)域至井底，待確定穿過之后通過現(xiàn)場電話聯(lián)系提升鋼絲繩，同時(shí)?120 m井口提升人員做好提升長度標(biāo)記，特別是控制提升速度和受力點(diǎn)明顯變化時(shí)的長度，待標(biāo)記確定堵井下口位置之后，再次下放鋼絲繩至井底準(zhǔn)備提升自制炸藥桶，炸藥桶上下口小中間大，底部割有小口便于導(dǎo)爆索和起爆電纜通過，炸藥量每次控制在6 kg左右，起爆采用雙響連接，同時(shí)對提升鋼絲繩利用廢舊膠皮做好相應(yīng)的保護(hù)，減少爆破對鋼絲的破壞。因前期堵井鉆孔注漿結(jié)塊，第一次爆破效果甚微，通過多次提升爆破處理，最終疏通堵井區(qū)域。

(7) 在疏通堵井之后立即下放一根28 mm提升鋼絲繩在鉆孔內(nèi)，便于處理再次堵井。第一次堵井處理完成以后，上部恢復(fù)刷擴(kuò)施工，因堵井區(qū)域極其破碎，再次發(fā)生井壁垮塌大塊堵井，處理通過導(dǎo)孔內(nèi)預(yù)留28 mm鋼絲繩提升炸藥一次處理疏通，再次疏通之后恢復(fù)刷擴(kuò)施工。

3 井筒支護(hù)

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際狀況及溜井服務(wù)年限，井筒掘進(jìn)先采用全斷面錨網(wǎng)支護(hù)后，再采用鋼纖維砼支護(hù)。噴砼厚度為150 mm，錨桿間排距為0.8 m×0.8 m，全長樹脂錨固，網(wǎng)片為1.5 m×1 m，網(wǎng)格為150 mm×150 mm。

井筒支護(hù)施工順序：反井鉆桿拆除：每施工3~5 m拆除一次，同時(shí)還需要進(jìn)行反井鉆桿固定防止偏斜在井筒之內(nèi)；井筒掘進(jìn)：嚴(yán)格控制眼距300~400 mm及裝藥量，減少對井壁原巖的破壞；井筒錨網(wǎng)支護(hù)：一掘一支，直至垮塌段全部施工完成；開始鋼纖維砼 支護(hù)。

鋼纖維砼設(shè)計(jì)130 kg/m3鋼纖維，現(xiàn)場與混凝土同時(shí)攪拌，攪拌機(jī)設(shè)在井口，鋼纖維砼料通過靠壁掛設(shè)溜灰管及溜灰活節(jié)入模。施工過程當(dāng)中因鋼纖維含量較大，容易造成溜灰堵管，現(xiàn)場臨時(shí)進(jìn)行攪拌試驗(yàn)，即減少每斗鋼纖維含量直至合適為止，相應(yīng)減少的鋼纖維通過吊桶下放至井筒吊盤上，下放鋼纖維量之前先對井筒現(xiàn)場斷面實(shí)測提前計(jì)算好每模澆筑量及鋼纖維用量，人工在澆筑時(shí)均勻拋灑在混凝土里面，同時(shí)采取振動棒振搗均勻。鋼纖維砼支護(hù)段全長31 m，模板采用3套組裝鋼模板，24 h滾班作業(yè)，完成全部31 m/876.43 m3鋼纖維砼澆筑，消耗鋼纖維113.94 t。

通過錨網(wǎng)與鋼纖維砼聯(lián)合支護(hù)，主溜井井筒穩(wěn)定性得到很大改善，保證了礦山的正常生產(chǎn)。

4 結(jié) 論

根據(jù)石碌鐵礦工程地質(zhì)條件，對不良地質(zhì)環(huán)境下主溜井的施工難題進(jìn)行了系統(tǒng)分析和處理。針對反井施工時(shí)導(dǎo)孔不反水、導(dǎo)孔易偏斜和卡鉆等問題，采取水泥砂漿對導(dǎo)孔進(jìn)行注漿處理，待水泥漿凝固后順利施工導(dǎo)孔。同時(shí)，對主溜井人工刷擴(kuò)過程中遇到的破碎帶井壁垮塌堵井事故提出了有效的解決方案。為防治不良地質(zhì)環(huán)境下主溜井井壁失穩(wěn)破壞，提出了錨網(wǎng)及鋼纖維砼井筒聯(lián)合支護(hù)技術(shù)?，F(xiàn)場實(shí)踐證明，本文提出的不良地質(zhì)條件下主溜井施工技術(shù)是可行的，可為類似工程地質(zhì)條件的主溜井施工提供借鑒。

[1] 郭 雄.石碌鐵礦炮孔破壞原因及應(yīng)對措施[J].采礦技術(shù),2016, 16(5):60?62.

[2] 鄭建新,趙明祥,張俊文,等.高應(yīng)力不良巖層礦石溜井施工[J].建井技術(shù),2016,37(4):4?8.

[3] 王長貴,王聚永,孟中華.地下礦山天溜井施工方法的探討[J].采礦技術(shù),2008,8(5):19?21.

[4] 李勝輝,康志強(qiáng),葉會師,等.反井鉆機(jī)技術(shù)在司家營鐵礦溜井施工中的應(yīng)用[J].礦業(yè)工程,2013,11(3):31?33.

[5] 崔傳杰,王鵬飛.主溜井結(jié)構(gòu)型式及支護(hù)加固探討[J].中國礦山工程,2015,44(6):66?70.

(2018?09?05)

段永祥(1968—)，男，甘肅金昌人，工程師，主要從事金屬礦山井下現(xiàn)場生產(chǎn)技術(shù)和管理，Email：3203358126@qq.com。