叶景辉 聂新玉
中煤第七十一工程处有限责任公司，安徽，宿州，234000
摘要：山东瑞海金矿副井属于超深竖井，800m深以下有将近400m长的硬岩段，为加快硬岩段掘砌速度，项目部联合中国矿业大学，采用了深孔爆破，大段高模板浇筑混凝土快速施工技术，在两个多月的施工过程中，实现了月进尺136m的好成绩，打破瑞海矿区竖井施工速度记录。取得了非常好的经济效益，得到了业主高度的赞誉。
关键词： 超深竖井；硬岩；深孔爆破；大段高；配套技术；快速施工。
0.引言
随着我国金属矿山地下开采水平的不断提高，为进一步降低开采成本、强化安全管理，近些年来越来越多的特大型矿井立项建设，因而超深竖井井筒也逐年增多。竖井井筒作为整个矿井中的“咽喉”工程，在大型矿山建设中占有重要的地位。本次研究针对未来工程发展的方向，做出前瞻性的研究，有着重要的社会经济效益。
副井井筒净径φ6.5m，井口标高+7.0m，井底标高-1319.5m，井深1326.5m，基岩段岩石硬度系数普遍在18以上，特殊段落甚至达到20，因此竖井硬岩快速施工是矿井能快速投产的关键。
1.工程概况
莱州市瑞海矿业有限公司矿区位于莱州市北部，距城区约26km处，西南部毗邻三山岛金矿，与新建的莱州港为邻，行政区划隶属莱州市三山岛工业园区（三山岛街道办事处）管辖。从莱州港可直达龙口、烟台、天津、大连港。水陆交通极为方便。
副井井筒净径φ6.5m，井口标高+7.0m，井底标高-1319.5m，井深 1326.5m，现有地坪海拔标高为+4.3m，壁厚400mm。
2.矿岩稳固性
2.1地层岩性上部为二长花岗岩，下部为云英岩，中夹绢英岩化二长花岗岩、钾化花岗岩、碎裂岩等。风化带以下，从岩体的完整程度来看，多数较完整～完整，部分为较破碎，少量为破碎。从岩石的坚硬程度来看，多数为坚硬岩，部分为较硬岩，少量为较软岩。共划分了Ⅰ～Ⅴ5个岩体等级，以Ⅰ-Ⅲ岩体居多，部分为Ⅳ、Ⅴ级岩体。
2.2 水文地质情况：井筒共穿过三个含水层组：基岩风化裂隙无水层段、基岩218.50米以上无水层段和基岩218.50m以下含水层段，基岩风化裂隙无水层段岩石自上而下遭受了强～较强～弱的风化破碎和次生蚀化，呈碎块状、块状，局部成碎屑状。基岩218.50m以上无水层段，裂隙发育弱，多为扭性结构面，透水性、导水性较差。基岩构造裂隙含水层主体岩性为二长花岗岩。岩石遭受构造蚀变，裂隙虽然较发育，但大都闭合，为微透水层。
2.3 井筒岩石硬度系数为8＜f＜20。井深1000m~1300m之间岩石硬度系数为15＜f＜20，属于特硬岩石。
3.实施方案
3.1超深竖井硬岩凿岩设备选型
凿岩采用YSJ4.8型液压伞钻，它主要由液压凿岩机、推进系统、动臂、立柱、摆动架、支撑臂、液压水气系统、电气系统、调高器等9部分组成。根据液压伞钻所选配的HYD-200液压凿岩机的性能，结合岩石完整性好、硬度大的地层特点，钎杆选用波形螺纹连接的六方钎杆，型号为B35，螺纹直径为32mm，长度为6.5m;选用直径为51mm和57mm的钻头。钻孔深度6.0m，每次爆破进尺为4.8～5.4m，爆破率达到80%~90%，B35钎杆不仅可以满足使用要求，且不会象B25钎杆那样易于扭曲和折断。根据岩石的特性，在钻头的使用中根据岩石的变化，及时改变钻头规格型号可以很好地提高造孔速度、便于装药，提高爆破效率。
3.2超深竖井硬岩深孔爆破技术
3.2.1炸药的选择
硬岩地层立井钻眼爆破施工采用通常的施工方法，爆破效率很低，达不到60%，严重制约了施工速度。根据硬岩坚固致密的特性，选用高威力水胶炸药，增加了炸药的爆力。并在施工过程中逐步优化了炮眼布置形式，使爆破效率稳定在80%以上，最高达到90%。
3.2.2炮眼布置原则
掏槽眼共2圈，内圈采用斜眼掏槽，孔口圈径2.0m，孔底圈径1.4m。钻孔时4部钻机交替施工，这样才能确保开孔圈径不大于2.0m，扩槽孔采用斜眼掏槽，当岩石软时可适当减少外圈掏槽眼的数量。在钻进掏槽眼时要确保各孔相互平行对称，孔位偏差不得超过60mm。
3.3.3装药要求
使用二级岩石乳化炸药，其主要技术参数为:直径φ45mm、每卷药重0.8Kg、药卷长420mm，1、2、3、5、7、9段半秒导爆管雷管爆破。第1圈掏槽眼采用孔内微差爆破，在炮孔下部装3卷炸药、3段雷管反向引爆，上封400mm岩粉，再装3卷炸药、1段雷管正向引爆。炮泥均采用岩粉加水封堵，周边孔仅封堵400mm岩粉，这样可以减轻爆破对井壁的破坏。
3.3 超深竖井大段高井壁临时支护方案
根据围岩稳定性情况临时支护拟采用两种支护形式
1.如果围岩稳定性较差，可采用锚网喷、网喷或喷砼支护，确保井壁围岩稳定。
2.如果围岩稳定性较好，可不采用临时支护。
3.4 超深竖井大段高模板的选择
选用我公司机械制造公司研制的MJY-6.5/5.2模板。模板直径6.5m，高度5.2m，采用窗口式设计，设计有8个窗口用于浇筑及振捣混凝土。模板总重25吨，采用4根25吨稳车悬吊。
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4.掘进队劳动力配备
机械化施工队共配备人员43人，详见下表。
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5.施工进度管理
5.1 施工采用“四六制”作业方式，四个班生产；
5.2 每21个小时一个循环，每循环进尺掘进5.4m，正规循环率80%，即月进尺：24×30/21×5.4×80%≈150m，正规循环图表见下表。
表5-1 掘进正规循环图表
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6.机械化作业面施工施工质量管理
6.1质量目标：严格执行《有色金属矿山井巷工程质量验收规范》（GB51036-2014）及国家有关规定、施工设计技术规范及安全考核办法，施工质量达到“合格”标准。
6.2井筒施工工程质量检验评定标准
1.掘进施工
掘进半径的允许偏差为中线至任一帮距：0～+200m。
2.锚杆支护工程
锚杆杆体配件的材质、规格、结构、性能都必须符合设计要求。锚杆安装牢固托盘密贴壁面，抗拔力试验最低值不小于设计值。且锚杆间排距允许偏差±100mm，钻孔深允许偏差为0～+50mm，锚杆与井巷轮廓（或岩层层理）角度允许偏差≤15°，锚杆外露出托板长度≤50mm。
3.混凝土支护工程
混凝土支护所用的原材料、外加剂的质量和配合比等必须符合设计要求。
井筒净半径：0～+50mm；
井筒壁厚500mm，抽查检测喷厚不小于设计表面平整度，每平方米内最大偏差≤10mm，接茬允许偏差≤30mm，漏水量符合设计要求和有关防水标准。
7.施工安全管理
7.1提升管理
1.每天由专职安全检查员对井筒提升系统(提升绞车、凿井绞车、钢丝绳、天轮、提升钩头、吊桶及提升连接装置等)进行检查，发现问题立即处理。
2.开车前要做好检查准备工作，操作手柄是否在零位，检查减速机离合器是否调到正确位置，电源是否送上，棘爪是否打开，停车后应切断电源。
3.必须由主司机操作绞车，副司机严密监视。操作人员要熟记凿井绞车的升、降、停止信号，及时准确地按信号要求开车。
4.当班应认真填写绞车运转日志和各项安全保护试验情况，运转日志要求整洁、清楚。
5.维护人员根据检修制度定期对设备进行例行保养，涉及到安全运转的问题要及时上报，检查情况和处理结果都要做好记录。
6.机械设备每班擦拭，机房内要求清洁、卫生、无杂物、无油污。防火用具摆放整齐，不得移作他用。
7.2钻眼安全管理
1.打眼工应熟悉、掌握钻眼机具的结构、性能和操作的方法。
2.钻眼前，要严格执行敲帮找帮制度，并用专用找帮工具（L≥3m且一头带有尖枪头）找净帮部浮矸危岩，确保不安全不工作。
3.打眼前，放中线确定井中画好轮廓线，确定炮眼位置。
4.打眼时，现场班队长要指定专人始终注意观察帮部情况，发现有浮矸危岩、片帮预兆时立即提醒打眼人员停止作业，进行敲帮找帮，找尽浮矸危岩后方可恢复打眼工作。凡出现炮眼相互打透或不合格的炮眼，必须重新打眼。
5.打眼时，若遇卡钻、冲钻、眼孔突然出水、有害气体涌出等异常现象，应立即停止钻眼，禁止向外拉或拔出钻杆，并立即向调度，同时撤人，待查明原因，采取措施后再恢复工作。正常掘进过程中做到“有疑必探，先探后掘”，并降低循环进尺，确保施工安全。
6.打眼过程中，不准用手直接扶钻杆。
7.打眼时，必须将底板浮矸清理至实茬，方可打眼。
8.打完眼后，要将钻具、风水管及工具撤到支护完好的安全地点，并盘放整齐装罐打上井。
9.用压风扫眼时，严禁人员正对钻眼，防止冲出的碎岩石颗粒伤人。
7.3爆破及火工品安全管理
7.3.1爆破材料运送
1.雷管必须由爆破员亲自护送，炸药在爆破员的监护下由他人运送。
2.爆破材料要装在耐压、抗冲撞、防震、防静电的非金属容器内。
3.雷管和炸药严禁在同一容器内。
4.运送时，先通知绞车司机和井上下把钩工和信号工慢行，在交接班、人员上下井的时间内，严禁运送爆破材料。
5.爆破材料随用随要，禁止将爆破材料存放在井口房或井筒内其他部位。
7.3.2爆破材料存放和引药装配
1.爆破材料运到指定地点后，必须把炸药、雷管分开存放在专用的爆破材料箱内，严禁乱扔、乱放。
2.爆破材料必须存放在安全地点，避开机械电气设备及电缆电线并放在通风良好的地点。
3.爆破材料要上锁，钥匙由爆破工随身携带。
4.装配引药时必须防止雷管受震动冲击防止折断脚线和损坏绝缘层。
5.爆破工装配引药时，必须在甲方指定加工房进行，装配引药药卷必须用竹质或木质炮木楔扎眼，雷管必须全部插入眼内。
6.雷管必须由药卷的顶部装入，严禁用雷管代替竹、木棍扎眼，雷管必须全部插入药卷内。严禁将雷管斜插在药卷的中部或捆在药卷上。
7.3.3装药前准备工作
1.装药前，除信号电源外，要切断一切其他电源，照明采用矿灯。
2.观察周围井帮，发现问题及时处理。
3.用压风扫眼器将炮眼内岩石粉末吹洗干净。
4.整个装药阶段，严禁吊桶落到工作面，吊桶至工作面距离至少大于500㎜。
5.工作面运送爆破材料和装药时，除负责装药的爆破的人员、信号工、看盘工及其他人员必须撤到地面。
6.放炮前，要检查风筒完好情况，发现问题及时修补。
7.3.4装药
1.钻眼与装药不得平行作业。
2.放炮人员装药必须按照作业规程爆破图表规定的炮眼装药量、起爆方式进行装药。各炮眼的雷管段号要与爆破图表规定的起爆顺序相符合。
3.装药时要一手拉导爆管，一手拿木制或竹制炮棍将药卷轻轻推入眼底，用力要均匀，不得冲撞或捣实，要使药卷紧密相接。
4.深孔装药出现堵塞时，在未装药卷前，应作处理通开炮眼。
5.装药时，除负责装药放炮人员、班队长、信号工外，其他人员都必须撤离工作面。
6.井筒内风量不足或风机停止运转时不准装药。
7.装药时，必须将井筒内的电器设备和照明停掉，用矿灯照明装药。
7.3.5封泥
1.炮眼封泥应用粘土或不燃性的可塑性松散材料制成，严禁用煤粉或其他可燃材料作炮泥。无封泥、封泥不足或不实的炮眼严禁放炮。
2.装填封泥时，一手拉导爆管，一手拿炮棍推填炮泥，用力轻轻捣实。封泥以上部分用黄砂填实。
3.炮眼深度小于0.6m不得装药放炮；炮眼深度在0.6m～1m时，封泥长度不得小于炮眼深度的1/2,大于1m时，封泥长度不得小于0.5m，大于2.5m时，炮眼封泥长度不小于1m。
4.爆破时，炮眼应用炮泥封实，封泥长度必须符合安全规程。
7.3.6放炮母线选择
1.必须选择符合标准的电缆，爆破连接线在选取前必须进行检查其完好性。
2.爆破电缆、母线敷设前要检查是否导通。
3.爆破母线必须符合措施规定，并无断头、明接头或短路。
8.实施效果和经济效益分析
瑞海副井硬岩段长度为360m，从2019年8月9日开始到2019年10月26日完成大段高循环施工，转入正常循环施工，共计79天，平均月进尺136m。比按照正常4m段高平均进尺120m/月提前工期11天。人工、设备成本节省了53万余元。
9.结语
超深竖井硬岩大段高快速掘砌及配套技术可有效地缩短矿山建设总工期，降低人工费、辅助费、管理费、设备租赁费等，提高施工企业的竞争能力，而且对矿山整体的建设和其后的生产都有巨大的效益。金属矿山竖井施工过程中遇到坚硬岩层的几率是比较大的，且竖井井筒工程是矿山建设的关键工程，采用先进的施工技术和选用适宜的机械配套方式施工竖井，尤其遇到坚硬岩层后能快速安全的通过，更是竖井施工的关键。
参考文献
【1】 汪旭光.工程爆破新进展.北京：冶金工业出版社，2014.10.
【2】 刘念苏.凿岩爆破技术.北京：冶金工业出版社.2011.7.
【3】 李冬青.深井硬岩大规模开采理论与技术.北京：冶金工业出版社.2009.8.
作者简介:
叶景辉（1972-），男，安徽宿州人，南京工业大学，工程管理，本科，中煤第七十一工程处有限公司，董事长。