司家營鐵礦Ⅲ#采場二期基建工程實踐

楊 闖 劉汝勇 葉會師

(河北鋼鐵集團灤縣司家營鐵礦有限公司)

司家營鐵礦Ⅲ#采場二期基建工程實踐

楊 闖 劉汝勇 葉會師

(河北鋼鐵集團灤縣司家營鐵礦有限公司)

司家營鐵礦Ⅲ#采場井下一期工程礦石回采工作接近尾聲，必須加快二期基建工程。針對自投產以來生產中出現的巷道廢棄和利用率不高、采場和井底車場的通風困難等問題，優化Ⅲ#采場-180 m中段基建工程設計，同時對各分部工程的施工方案進行優化，對突發性施工難題進行變更設計，從而縮短基建工期，保證了生產的順利銜接。

天井布置 反井鉆機導井法 基建施工

司家營鐵礦Ⅲ#采場于2007年投產，設計生產能力為180萬t/a，采用豎井與斜坡道聯合開拓方式，無底柱分段崩落采礦法，階段高度為60 m，分段高度為12 m，進路間距為10.5 m(Ⅰ#礦體)、12.5 m(Ⅱ#礦體)。截止到2011年3月，Ⅲ#采場-120 m 中段的Ⅱ#礦體-108 m水平資源儲量接近枯竭；而Ⅰ#礦體在-84，-96和-108 m水平的礦石儲量明顯銳減，經統計已不足260萬t。Ⅲ#采場正在進行二期-180 m中段基建工程施工?？傮w上，Ⅲ#采場的三級礦量比例明顯失衡。Ⅲ#采場-180 m中段賦存礦石儲量不多，僅為520萬t左右，達產后即180萬t/a，僅能維持3 a 生產。Ⅲ#采場-180 m中段開拓工程和-120 m中段日常生產相互影響。-180 m 中段各個水平實施采切工程，掘進工作面較多，排矸量大，副產礦石較多，副產礦石只能通過采場內的溜井集中排出，嚴重制約了排矸速度，影響了采掘進度，必須盡快完成-180 m中段基建工程，形成井下裝礦、運輸、提升等完善系統，以達到Ⅲ#采場早日達產的目的。

1 基建工程內容

Ⅲ#采場-180 m中段基建是司家營地區首個擴產二期工程，主要工程為井底車場、采區斜坡道、水泵房、中央變電所、機修硐室、避難硐室、溜礦井、通風井、裝礦硐室、卸礦硐室等，基建工程量共計7萬m3，土建工程量共計1.34萬m3，總投資0.4億元。

2 基建工程設計優化

根據司家營鐵礦Ⅲ#采場-120 m中段生產經驗管理，對-180 m中段基建工程設計從兩方面進行優化：Ⅰ#、Ⅱ#礦體的進風井、回風井及溜井的數量和布置，措施井卸礦硐室的運輸路線與通風環境。

2.1 天井的數量及布置

Ⅲ#采場-180 m中段基建天井按其作用分為巖石溜井、礦石溜井、進風井和回風井，其中Ⅰ#礦體有1條回風井、2條進風井和3條礦石溜井，Ⅱ#礦體有1條巖石溜井、2條回風井、2條進風井和5條礦石溜井。

Ⅰ#礦體的回風井、進風井和礦石溜井數量適合，但是布置不適合Ⅲ#采場-180 m中段日常生產。礦石溜井的布置位置并不利于各分段水平采場的通風環境和鏟運設備出礦。所以將Ⅰ#礦體的各礦石溜井布置在采場的聯絡巷出口附近。

原-180 m中段Ⅰ#礦體進風井過于集中在礦體的中部，通過合理布置4#、5#進風井位置，使得回采礦體北部時通風環境良好。

Ⅱ#礦體的巖石溜井布置在礦體中部，根據-120 m 中段的生產經驗，-180 m中段可以不設置巖石溜井。Ⅱ#礦體僅存在一部分且儲量較少的赤鐵礦，其進路中部分夾巖是隨著氧化礦的揭露而剔除的。所以，Ⅲ#采場-180 m中段取消Ⅱ#礦體巖石溜井的布置。

原Ⅲ#采場-180 m中段Ⅱ#礦體設計有2條回風井，一條布置在礦體中部，另一條布置在礦體的最南部。根據-120 m中段的通風管理經驗，南部回風井能較好解決各分段水平的通風問題，中部進風井不能有效使礦體北部的污風回流至措施風井，還擾亂了各分段水平的通風環境。所以，-180 m 中段在Ⅱ#礦體最北部設置一條進風井(1#)。

2.2 卸礦硐室的通風環境與運輸路線

-120 m中段機修硐室的使用率不高，其北部巷道長期處于閑置狀態，采取增加風門和安設風機等措施仍不能有效地改善通風環境。通過研究決定，對-180 m中段的機修硐室位置進行變更設計，把機修硐室的整體斜向措施井卸礦硐室布置，把機修硐室的北口連接到措施井卸礦硐室的南部，不僅改善了卸礦硐室和機修硐室的通風環境，還減少了井底車場100 m的巷道掘進工程量，減少相應的混凝土支護、軌道及架線的鋪設工程，以及水溝、照明等其他輔助設施。同時可以有效解決井下2個卸礦硐室間運輸礦石的操作不便、生產組織困難等問題，礦石運輸效率提高了5倍，便于生產組織。

3 施工方案選擇

-180 m中段基建工程共有8條溜礦井和5條進風井，設計段高均為-120～-180 m，井徑為3 m，采用反井鉆機導井法施工。

3.1 反井鉆機導井法原理

反井鉆機導井法原理：鉆機電機帶動液壓馬達，并利用液壓動力將扭矩傳遞給鉆具系統，帶動鉆桿及鉆頭旋轉，導孔鉆頭或擴孔鉆頭上的滾刀在鉆壓的作用下，沿井底巖石工作面作純滾動和微量滑移；同時，主機油缸產生的軸向拉力、壓力也通過動力頭、鉆桿作用在導孔鉆頭或擴孔鉆頭上，使導孔鉆頭的滾刀在鉆壓作用下滾動，產生沖擊載荷，使滾刀齒對巖石產生沖擊、擠壓和剪切作用，破碎巖石；被破碎的巖屑在導孔鉆進時被正循環的洗井液沖洗，巖屑沿著鉆桿與孔壁間的環形空間與洗井液排出鉆孔；在擴孔時巖屑靠自重直接落到下水平巷道內，采用裝巖機和運輸設備及時清理運出；導孔鉆進時鉆桿不斷加長，從上水平到鉆透的下水平形成小直徑(φ216 mm)鉆孔，之后將導孔鉆頭卸下，裝上擴孔鉆頭(φ1.4 m)；擴孔鉆進時不斷拆下鉆桿，直到鉆桿拆完，擴孔鉆頭從下水平拉到上水平為止。

3.2 反井鉆機安裝與固定

鉆機基礎混凝土澆筑后，將輕型軌道鋪設在混凝土平臺上，然后將鉆機吊至軌道，調好鉆機位置，鎖緊卡軌器，豎起鉆架，安裝后拉桿，調平鉆機，用螺栓將鋼墊板連接在鉆架上，安裝前拉桿及埋設預埋螺栓，再次調平鉆機，澆筑Ⅱ期混凝土。

3.3 導孔施工

Ⅱ期混凝土達到一定強度后，安裝轉盤和翻轉架，調平鉆機。導孔開始鉆進時采用高轉速低鉆壓，動力水龍頭使用快速擋，鉆壓為2～5 MPa，一般情況下，對于松軟地層和過渡地層應采用低鉆壓，對于硬巖和穩定地層宜采用高鉆壓。

動力水龍頭向下推進至最低位置時停止，檢查棘輪套的插銷是否頂出，如果插銷頂出，說明孔內石渣沒有沖洗干凈，繼續沖洗至插銷回到原位。導孔石碴沖洗干凈后，關閉泥漿泵，連接鉆桿，開啟泥漿泵，繼續往下鉆進。為了控制導孔的偏斜率，開始鉆進時放置一根穩定鉆桿，一般情況下鉆頭后連續裝6～8根穩定鉆桿，以后間隔一定的距離放置一根，直到60 m豎井導孔工作結束。

3.4 擴孔鉆進

導孔鉆透地層后，在下平硐用卸扣器將導孔鉆頭和鉆桿換下，用裝載機將鉆頭運至導孔下方，將上下提吊塊分別與鉆頭、導孔鉆桿固定，上下提吊塊用鋼絲繩連接，提升導孔鉆桿，使鉆頭離開地面約20 cm，然后固定鉆頭，下放導孔鉆桿，拆去上下提吊塊，接上φ1.4 m的擴孔鉆頭，再由下往上擴孔至上水平巷道。擴孔鉆壓的大小根據地層的具體情況而定，軟巖低壓，硬巖高壓，但是，主泵油壓不得超過24 MPa，副泵油壓不得超過18.5 MPa。

3.5 實施效果

與原計劃的人工正井法相比，反井鉆機導井法施工工序較簡單，只有鉆機安裝，導孔、擴孔鉆進，而人工正井法包括打眼、裝藥、放炮、通風、出矸、排水、臨時支護等工序。反井鉆機導井法施工不需要工人直接在工作面作業，相對人工正井法更安全、更高效。就工程質量而言，反井鉆機導井法施工孔壁光滑，質量好，人工正井法則一般。借助于φ1.4 m孔進行人工擴刷至3 m時，施工速度快，炸藥單耗小。-180 m中段13條豎井僅用了180 d就安全順利完成，比人工正井法提前48 d，節約成本約10%。

4 技術難題的化解

4.1 措施井卸礦硐室施工

措施井運輸巷道掘進至卸礦硐室，由巷道中心線方向向左側擴幫至4.4 m時與措施溜井崩透，洞口長5 m，高3 m，下部與措施溜井直接相通，無法按照原設計施工，為防止井筒內掉落的巖石砸壞卸載坑，同時保證措施溜井卸礦硐室的安全正常使用，對原施工設計進行變更。

在硐室與井筒崩透處采用600 mm厚的C25鋼筋混凝土隔墻封閉，隔墻下方用6.45 m長的300 mm×300 mm×10 mm×15 mm的HW型鋼材支撐，鋼材鑲嵌在兩端梁窩內。隔墻外側采用10 mm厚帶生根鉤的鋼板加固，同時可作為外側的模板(人員不用進入到井筒內立模與穩模)。隔墻內采用φ20 mm螺紋鋼按300 mm網度焊接成網。在隔墻與巖體接觸處采用φ30 mm圓鋼錨桿按800 mm網度固定。最終安全順利施工完措施井卸礦硐室。

4.2 措施溜井卸載坑施工

由于措施溜井卸載坑巖石結構較差，并且長期受礦石沖擊及井內淋水侵蝕，在-180 m中段卸載坑東南側下方形成φ2 m的沖擊坑，與原設計相差甚遠，無法施工。為保證日后卸載坑的正常使用及電機車的運輸安全，同時防止卸載坑因受礦石沖擊而再次擴大，為此進行變更。

在卸載坑的南、北、西3個斜坡面，采用φ16 mm鋼筋綁扎并固定，進行鋼筋混凝土澆筑，斜坡底部混凝土著力點處采用寬350 mm，厚16 mm的鐵模板做基礎平臺；采用鋼筋混凝土澆筑沖擊坑，鋼筋綁扎時與固定在巖石壁上的錨桿焊接相連；軌道下方的基礎采用鋼筋混凝土澆筑成梁，用φ16 mm鋼筋綁扎成長12 m，寬1.5 m，厚1 m的雙排基礎梁，橫筋間距為0.15 m，縱筋間距為0.2 m。最終安全順利施工完卸載坑。

5 生產銜接

通過吸取其他礦山基建移交生產中的經驗教訓，對司家營鐵礦后期基建和前期生產的銜接做了充分研究，取得了很好的效果。采取主要措施如下：

(1)當Ⅲ#采場-180 m中段2#運輸巷機械設備已經安裝完成，但是中央變電所沒有完全形成，無法為2#采區變電所、4#牽引變電所供電，導致2#礦體出礦日期相對滯后。為解決此項問題，利用原來-120 m 水平采場內的低壓電纜“T”型接出2條電纜，分別接入到-180 m中段2#采區變電所整流柜和低壓柜，為2#運輸巷提供550 V直流電源，以滿足振動放礦設備和照明。至此，為-180 m中段2#礦體提供了動力電源，形成了完整的臨時運輸系統。

(2)在Ⅱ#礦體-120 m水平中南部及-132 m水平南部先后施工采準工程及中深孔，形成了采準、備采礦量，并對-120 m水平中南部4#采場進行礦石回采，同時對-132 m水平南部的礦石進路合理掘進，以提高礦石產量。

(3)在基建后期，大部分的系統工程已經完成，但整個系統并沒有按照設計真正運行[1]。例如，主通風系統尚未運行，若要小規模試生產，應充分借助于已有的臨時通風系統，可以增加部分通風設施(局扇、風筒)調整風流、風向，保證系統及某一局部正常通風。排水及其他系統一樣,決不能由于大系統尚未運行和局部考慮不周而出現安全問題[1]。

6 結 語

司家營鐵礦通過對二期基建工程的優化設計，在保證安全的前提下節省與后期生產關系不重要的分項工程量約3 000 m3。在施工卸礦硐室及卸礦坑時，積極與設計院、施工單位溝通研究，在原設計的基礎上有效變更，創造性地解決了施工中的技術難題。本次二期基建工程共計節約投資約占總投資的15%，施工總工期也提前了77 d。同時，在基建前期科學合理地優化工程，利用已形成的系統工程著手前期的采礦生產準備，提前形成出礦能力，把基建移交生產的過程由交接關系轉換成為搭接關系，以使整個系統建成后，盡快達到設計規模，充分地發揮了投資效益，取得了很好的效果。

[1] 岳潤芳，黃 河.礦山基建后期與生產前期合理銜接的探討[J].金屬礦山,2005(7):62-64.

2015-03-19)

楊 闖(1986—)，男，工程師，063700 河北省唐山市灤縣響嘡鎮。