大龙论文41：金诚信公司竖井快速施工机械化发展综述

发布时间:2024-07-26

金诚信公司竖井快速施工机械化发展综述

 李红辉 ¹ 龙志阳²  赵明祥¹

金诚信矿业管理股份有限公司，北京，100089 天地科技建井研究院 100013

摘 要  金诚信公司从1997年完成鸡冠嘴金矿二期混合井第一眼竖井开凿以来，至今已施工60个竖井， 建成45个竖井，累计深度超过30000m。其中井筒直径最大的为大红山铜矿主回风井，掘进直径9.45m，深度最大的井筒为混合井，深度1150m，净径7.5m，这些井筒的施工机械化配套的发展从90年代末开始起步，发展至本世纪初逐渐完善并实现了系列化，可适应各种井型和地质条件的施工，具有国际上较为先进的配套水平。

关键词  竖井施工  机械化配套  发展

竖井井筒工程是矿井建设中的关键工程。竖井井筒在矿井建设中虽然仅占工程量的3～5%，而工期却占总工期的35%～40%。因此，加快竖井施工速度，是缩短矿井建设工期的关键。随着开拓深度的增加，凿井条件日趋复杂，竖井井筒占矿井建设总工期的比例也相应增加。所以，竖井混合作业凿井技术的研究，对于加快矿井建设具有重要意义。

1、金诚信公司竖井施工发展历程

金诚信公司的竖井施工机械化配套同全国一样，从90年代中期开始着手试验，至本世纪初得到了较为成熟的经验。金诚信公司截止2013年12月具有代表性的竖井施工机械化配套情况详见表1。

（1）湖北三鑫金铜股份公司鸡冠嘴金矿二期和三期扩建工程

1997年～2007年，我公司陆续承建了湖北三鑫金铜股份公司鸡冠嘴金矿二期和三期扩建工程。二期扩建工程的混合井井筒深度434m，净直径5.50m，采用无井架施工法。工作面最大涌水量109m³/h，在地质条件极其复杂的情况下提前竣工。三期扩建工程的副井井筒深度610.47m，净直径5.0m，6个双侧马头门，合同工期为 14个月。最高月成井 108m。工期提前了1个月零4天，被评为优质工程。

（2）唐山建龙铁矿二期技改工程

2001年我公司中标唐山建龙铁矿二期技改工程，包括：副井、风井及相关硐室，工程总量54380m³，其中副井井筒深度287米，净直径5.0m。该项工程从正式开工到竣工仅用了5个月时间。之后业主将采矿生产任务交由我公司承担，生产能力1500t/d。

（3）云铜集团大红山铜矿东部箕斗竖井工程、主回风井工程

云铜集团大红山铜矿东部箕斗主提升采用JK-3.5/15.5型凿井专用双滚筒提升机，辅助提升选用JK-3.5/15.5型凿井专用单滚筒提升机；4m³座钩式吊桶提升废碴、上下人员、材料等，座钩式自动翻矸， 8t自卸式卡车排碴；凿井井架采用V型钢井架。HZ-6型中心回转抓岩机装碴，座钩式自动翻矸系统，自卸式卡车排运碴，采用YMJ-3.8 /5.55型液压整体移动金属模板永久支护。

2007年3月至8月，公司大红山项目部施工的云铜集团大红山铜矿东部箕斗竖井工程（净直径5.5m，井深959m），月掘砌进尺连续6个月超百米，被中国企业联合会评定为国内同类工程施工连续月超百米新纪录。

2009年3月，大红山项目部施工完成的大红山铜矿主回风井工程，井筒净直径达8.75m，掘进直径达到9.45m，是国内有色行业直径较大的竖井工程之一。

（4）大冶有色金属公司铜绿山铜铁矿Ⅺ号矿体开采混合井工程

大冶有色金属公司铜绿山铜铁矿Ⅺ号矿体开采混合井井筒深度1150米，净直径7.5米，是一条国内不多见的大直径超千米矿山竖井。该工程主要包括混合井井颈、井筒、马头门、箕斗装矿硐室及井底安全通道口的掘进和支护工程。混合井井筒设计净直径为Φ＝7.5m，井口标高为 30m，井底标高为-1120.0m，井筒设计深度为1150m。井颈高度110m，临时锁口采用砖砌，砌高3m。提升采用JK-3.5/15.5型凿井专用双滚筒提升机，辅助提升选用JK-3.5/15.5型凿井专用单滚筒提升机；4m³座钩式吊桶提升废碴、上下人员、材料等，座钩式自动翻矸， 8t自卸式卡车排碴；凿井井架采用V型钢井架。

该工程2011年4月17日开工，并在2011年6－11月份创造了连续6个月掘砌成井超百米的优异成绩。根据井筒净径、深度、支护结构、地质水文条件，采用大断面竖井挖机施工技术较好地解决了人工清除井壁浮碴不安全，以及人工清底时间长、效率低和成本高等问题。虽然一次性投入的施工机械费用较高，但施工过程中投入的劳动力资源少，并且可以省去其它方式施工所需的机械设备、周转材料租赁、设备运输等费用，总体成本费用相对较低，经济效益明显。

（5）湖北三鑫金铜公司新主井工程

2012年我公司承建三鑫金铜公司两条千米级小直径深井，分别是新主井和新风井。新主井井筒净直径4.5m，井深1091m，新风井井筒净直径4m，井深990.3m。公司一改传统小直径竖井传统施工方法，通过不断优化创新，解决大型凿井设备布置难题，将大型机械化凿井配套作业线应用到小直径深井中，取得了很好的效果。两条竖井均采取了3m滚筒直径的提升机配3m³座钩式吊桶单钩提升，3臂液压伞钻凿岩、HZ-4中心回转抓岩机装渣、整体移动金属大模板砌壁的大型机械化配套作业线。其中新主井采用了井筒与井塔同时施工技术，新主井自2013年4月进入正常段后，连续7个月进尺超100m。

（6）谦比希铜矿东南矿体北风井

2012年9月至2013年11月我公司承建中色非洲矿业有限公司在谦比希铜矿东南矿体北风井项目，该井筒净直径6.5m，掘进直径7.0m，井深1025m，该工程主要包括混合井井颈、井筒、马头门、箕斗装矿硐室及井底安全通道口的掘进和支护工程。主提升采用JK-3.5/15.5型凿井专用双滚筒提升机，辅助提升选用JK-3.5/15.5型凿井专用单滚筒提升机；4m³座钩式吊桶提升废碴、上下人员、材料等，座钩式自动翻矸， 8t自卸式卡车排碴；凿井井架采用V型钢井架。 该井筒地质情况复杂，涌水量大，局部岩层氧化、风化严重，我公司采取高压、间歇及置换工作面预注浆并联合截排水综合治水等技术措施，实现了复杂地质条件下最高月成井108.8m/月的好成绩

表1  立井井筒综合机械化配套装备表

2、发展竖井施工机械化配套的体会

针对金属矿山竖井工程的快速施工难题，通过对主要施工设备和施工辅助系统的配套进行优化研究，对主要施工设备的参数进行优化配置，施工组织进行系统研究，首次研究形成了5.5m长钎杆和液压伞形钻架机械化凿岩与装备配套工艺,并采用相匹配的光面爆破技术，在有限的井筒作业空间内充分发挥长钎杆的大进尺优势和液压钻架的高效率优势，简述工艺技术或装备配套的创新、优势或原理，现了5m深孔光面爆破，爆破效率平均达到88%以上。首次采用“0.6m³抓岩机”、“4m直径提升机”、“5m³吊桶”快速排碴工艺与装备配套，以及“4.2m高整体模板”砌壁技术；简述工艺技术或装备配套的创新、优势或原理，实现了4.2m大循环快速掘进，全井筒平均月进尺达到80-100m，直接工效达到2-2.5m³/工。

新工艺在实施过程中根据工程结构形式、设计技术参数和工程量大小，结合工程地质与水文地质条件，采用两套提升系统、液压凿岩设备凿岩、中心回转抓岩机装碴、整体液压金属模板浇灌等重型机械化配套施工作业线，全断面光面控制爆破，掘进和支护混合作业的施工方案。施工工艺流程见图1。图1 正常段施工工艺流程图

3、竖井快速施工关键因素

加快竖井施工速度，提高劳动生产率的途径是：综合冶水打干井，采用先进的凿井工艺与技术；选用高效能的凿井设备及设施。使钻、装、提、排、砌主要工序实现机械化，并合理配套；改革竖井凿井装备的悬吊方式；利用永久设施凿开；充分发挥设备性能，协调各工序，优化劳动组织，实现科学管理，从而确保井筒施工速度稳定在月进尺100m左右。

3.1 竖井施工机械化配套的关键是抓装岩提升设备。

由於装岩提升仍是目前制约竖井施工的主要工序，一般约占用循环时间的50~55%，设备故障率有时高达40%以上，所以抓提设备是否配套，性能是否可靠，对于提高效率，缩短循环时间起着十分重要的作用。鉴于目前我国施工企业的现状，设备一次更新资金困难较大，作为生命线的装提设备配套就显得更为重要。HZ-6型抓岩机，3 m ³吊桶，2JK-3/30或2JK-3.5/15.5大型提升机配套，再配套40 m³ 矸砼和8T以上自卸式汽车排矸，当井深达到450m时，综合装提能力仍在30m³/h以上，可以满足月成井50~100 m的进度要求。这是立足国产，适应当前施工技术条件较为可靠的设备，也是施工企业经济能力能够承受得起的装提设备。

3.2施工技术、施工工艺和辅助设施的创新和发展是竖井机械化配套的决定因素。

在竖井施工中，我局仍处在浅眼多循环的掘进作业中，其工艺比较落后，手持式凿岩机和伞钻，虽各有优缺点，但在国内外都可达到中深孔爆破，大直径光面爆破技术和系列爆破器材推广应用，高威力水胶炸药和长脚线多段毫秒雷管的一次爆破，可充分发挥伞钻和大型抓提备的工作效率。

竖井混凝土井壁的砌筑，应采用地面集中搅拌，溜灰管下料，液压金属整体模板组成的砌壁机械化作业线。液压滑模高度我局为3 m，（国内已达5 m），溜灰管输料我局已达500 m，（国外可达1000 m以上）。液压金属整体模板，伞钻，深孔爆破，以及激光指向和通讯信号装置等辅助设施都是竖井机械化配套的决定因素。

3.3 以正规循环为中心的短段掘砌混合作业，是确保竖井机械化配套实施，提高竖井施工单进水平的保证。

短段掘砌混合作业具有施工工艺简单，设备占用量少、安全等优点，根据循环进尺，岩石情况及模板高度，以正规循环为中心，使用一掘一砌，二掘一砌，三掘二砌等作业方式，既可降低支护成本，又易于组织施工和保证安全，有利于提高施工队伍的管理水平。该作业方式的缺点是井筒规格和井壁质量不易保证，但只要建立切实有效地安全质量保证体系，严格按照设计和作业规程施工，改进混凝土捣固方式，就能把质量、安全隐患消灭在施工过程中，确保实施竖井机械化配套，提高竖井施工的单进水平。

3.4 抓好技术与机电设备维护是确保机械化配套充分发挥设备性能潜力的关键环节机械化配套是以伞钻，大抓，大模板为中心，配以大提升机，大吊桶，自动翻矸，汽车排矸等一系列先进技术装备，除此以外更重要的是陪养一支过硬的施工队伍、提高施工队伍的技术水平，适时做好新技术、新工艺、新设备的推广应用，并广泛开展群众性的技术革新活动。

竖井施工记录表明，机电故障影响占总作业时间的20-40%，尤其涌水量大的井筒，采用吊泵及多段排水影响更大。机电故障影响时间较长的是提升绞车，抓岩机和搅拌机，其余如堵管，信号失灵，开门闭井盖系统失灵，翻矸系统和稳车等影响亦有时发生。为此，必须加强岗位工种的技术培训，以提高操作水平。实行主要机电设备包机制。对提升、空压机、汽车、大抓等固定设备承包制，对搅拌机、

小绞车、水泵、稳车实行定期检查维修制；对天轮平台，悬吊设备，设施联接装置，加强日常检查维修制，从而减少机电故障、缩短辅助时间，提高机械利用率及节约能源，充分发挥配套设备性能和潜力。4 竖井快速施工实例和成效

4.1竖井凿井速度稳步提高

2003年4月，公司会泽项目部施工的驰宏锌锗公司1号竖井项目单月掘砌进尺140.6m，并且连续4个月单月掘砌破100m。

2008年3月至8月，公司大红山项目部施工的云铜集团大红山铜矿东部箕斗竖井工程（净直径5.5m，井深959m），月掘砌进尺连续6个月超百米，被中国企业联合会评定为国内同类工程施工连续月超百米新纪录。

2009年3月，大红山项目部施工完成的大红山铜矿主回风井工程，井筒净直径达8.75m，掘进直径达到9.45m，是国内有色行业直径较大的竖井工程之一，

贵州紫金长田金矿1号探矿竖井工程,2010年 9月份完成108米后,10月份再创佳绩，又完成竖井掘砌104米，创造出连续两个月超百米的好成绩。
  贵州紫金矿业股份有限公司长田金矿风井掘砌工程，2011年12月掘进突破百米101米，2012年2月份掘进再次突破百米达到101.6米。

大冶有色金属公司铜绿山铜铁矿Ⅺ号矿体开采混合井工程（净直径7.5m，井深1150m）于该2011年4月17日开工，并在2011年6－11月份创造了连续6个月掘砌成井超百米的优异成绩。

2012年我公司承建湖北三鑫金铜公司新主井工程（净直径4.5m，井深1091m），新主井自2013年4月进入正常段后，连续7个月进尺超100m。

2003年4月-2013年12月我公司以施工35条竖井，竖井施工总体情况为井筒由浅至深，掘砌速度稳步提高，10年来共有11个井筒33个月次月进超百米；

参考文献：

[1] 龙志阳.《立井短段掘砌混合作业法及其配套施工设备》 《建井技术》      1998年4期  1-6

[2] 龙志阳.立井井筒快速施工技术的发展与应用     《煤炭科学技术》      1999年3期

[3] 龙志阳. 千米深井凿井技术研究               建井技术;          2011年1-2期

[4] 李俊良 龙志阳.毛光宁《我国煤矿凿井技术的现状与展望》  《矿井建设现代技术理论与实践 》  煤炭工业出版社   2002年   16-21

[5] 龙志阳. 中国煤矿井巷施工技术现状   中国煤炭       2000年10期    

[6] 龙志阳.立井凿井设备发展现状与展望   《全国矿山建设学术会议论文集》中国矿业大学出版社  2004年 8-53

[7] 龙志阳. 千米深井凿井技术现状及发展新动向. 矿山建设工程技术新进展论文集.徐州: 中国矿业大学出版社, 2009.

[8] 刘志强 快速建井技术装备现状及发展方向       建井技术;  2014年S1期  1-6 

[9] 王鹏越； 张小美；龙志阳等千米深井基岩快速掘砌施工工艺研究 建井技术;     2011年1期     

[10] 王雨寒； 龙志阳 千米深井“三液联动”掘砌新装备的研制       建井技术;  2011年Z1期