谈铁矿大直径深竖井施工工艺优化

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摘要:本文通过认真分析施工组织设计，开展工艺工序的优化研究工作，综合考虑工期、安全、经济和现场施工等诸多因素，科学谋划，通过合理调整工艺工序，减少了夜间施工等待时间，保障了施工的衔接连续性，提高了竖井施工施工效率。

关键词:超大直径立井;施工工艺优化;工序调整实践

1前言

近些年，伴随我国经济的飞速发展，钢铁资源的需求逐渐增加，进口铁矿石供给和价格受全球整体因素影响，制约着我国经济的持续增长，国内地表浅层赋存铁矿石优质资源逐渐减少，深部铁矿石资源开发仍在摸索过程中，深部矿产资源的地质勘查工作变得非常重要。某铁矿探矿井的实施，以摸清深部铁矿石资源为宗旨，以后续国有资源的正常开发和利用为目的，确保国有企业可持续健康发展。但此次施工的探矿井东侧为省级公路和露天采坑，北侧为某大型铁矿，西北侧紧邻某大型铁矿选矿厂，西侧紧邻某地级市区边缘。施工地点受周边地势和村落影响，西南侧有油库、农场和物流基地，周边地貌限制因素多，可用于布置地表设施的场地极其有限。该探矿井属于大直径超深千米井，为了加快施工速度，配备了超深井机械化施工设备，根据施工单位的施工组织设计，在不受外部因素影响条件下，24h之内正常工序循环作业效率较高，但此次施工探矿井受地理位置约束，为严格按照国家环保要求开展施工，对施工流程进行科学调整，合理优化，确保工序衔接，达到提高施工效率的目的。

2地质概况

2.1工程地质

为科学合理调整工艺，有效提高工作效率和质量，根据区域地质资料以及地表钻岩芯取样情况，通过调研、分析，此次施工范围内的基岩为太古代花岗岩，辽河群浪子山组千枚岩、石英岩，鞍山群樱桃园岩组绿泥绢云千枚岩、石英片岩、磁铁石英岩等。绿泥石英岩与绿泥石片岩构成矿体的直接顶、底板。各类岩石软硬程度不一，岩石硬度系数为6～12。基岩之上大部分覆盖有第四系砂砾卵石或残坡积物。基岩均属于坚硬的块状或厚层状工程地质岩组，浅部岩石质量为极劣到劣，岩体完整性为破碎到差;深部岩石质量为中等到极好，岩体完整性为中等完整到完整，但岩组结构较复杂，各类结构面较发育，使深部相对完整的岩体中存在局部破碎，岩石质量劣的现象。

2.2水文地质

为研究施工过程中的井壁涌水情况，确保本次工序优化安全有序开展，查阅了该区域内的水文地质资料，对周边部分地下矿山进行了走访、调研，掌握了该区域内水文地质基本情况，考虑矿床所处位置和地层、岩性分布情况及赋水特征，从实际应用出发，划分为以下几个含水岩组。1)全新统冲洪积孔隙含水岩组分布于矿床东北部小河两岸地带。主要由碎石及砂砾卵石构成，夹有不含水的黏土、砂质黏土及弱含水的黏质砂土，后者呈薄层与透镜体存在。厚度变化范围为10.80～43.48m。水化学类型多为硫酸重碳酸钙镁型，平均矿化度462.56mg/L，pH值为6.37～7.46。地下水补给主要为大气降水下渗补给与河流补给，垂向上对下部基岩风化裂隙水存在互补关系，径流条件一般或较好，以人工开采和地下径流形式排泄。2)上更新统残坡积孔隙含水岩组分布于矿床西部山麓、微丘陵地带，岩性为砂质黏土及少量砂砾、碎石透镜体，其分布形态和埋藏深度条件都极其复杂，厚度变化范围为1.0～10.8m，富水性弱。水化学类型多为硫酸重碳酸钙镁型，平均矿化度305.31mg/L，pH值为6.40。地下水补给主要为大气降水下渗补给，垂向上对下部基岩风化裂隙水存在互补关系，该类含水岩组与深部基岩裂隙含水岩组之间联系微弱。径流条件一般，以人工开采或地下径流形式排泄。3)隔水岩组地下水动态规律与区域上一致，即第四系地下水水位波动幅度较大，约1～4m，枯丰滞后期1～2月;基岩地下水水位波幅一般小于1m，滞后期为2～3月。二者在水质上变化不大。依矿区水文地质条件，综合地形地貌、地表水体发育程度和各含水岩组富水性以及地下水补径排，考虑矿床上部虽然有小河经过，但其下部存在厚度约860m的辽河群千枚岩相对隔水层使其对矿体的影响较小，认为矿床水文地质条件属简单类型。

2.3环境地质条件

矿区地貌属丘陵山地地形，区内地表水体较发育，主要为位于矿区西部及中部沙河上游的两条支流，流向均由南向北，在周边某村落北侧汇合，常年流水，均呈现季节性变化。根据《中国地震动参数区划图》(GB18306—2015)，该区地震烈度为7度，峰值加速度为0.1g，反应谱特征周期为0.35s，是地震活动较高地区。探矿区域内环境地质条件属中等类型。

3施工工艺

该探矿井属大直径深竖井施工，净直径8m，深1000余m，结合上述前期地表探矿钻孔掌握的工程地质情况，经科学谋划，施工方案比较，采用的是短段掘砌混合作业方式。掘进设备采用YSJZ4.8型液压伞钻，同时配置四台HYD200液压凿岩机钻眼，液压凿岩机配LG32mm中空六角长5525mm成品钎杆和ZQ45－R32柱齿合金钻头，结合以往施工经验，每炮掘进进尺4.5m左右［1］。出渣过程，采用中心回转HZ－6抓岩机抓岩，座钩式自动翻矸，地表由20t自卸汽车排矸至指定地点。支护采用商品砼，根据设计，部分配置钢筋，提升采用主、副两套系统，提升3m3底卸式吊桶同时下放混凝土到吊盘上，经受料漏斗和浇筑胶管溜入8.0m、段高4.5m的整体移动金属模板，机械化振捣，“一掘一支”支护方式，一次成井4.5m。

4原施工方案

由于受地理位置约束，距离周边村落较近，依据相关部门要求，为减少施工引起的噪声对周边村民的影响，确保社会稳定和施工的安全有序开展，保障工作效率，满足《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB12348—2008)及国家相关法规，合法合规开展施工作业。前期，从工艺工序入手，根据施工组织设计，分别对打眼、平底、支模浇筑、出渣各工序进行现场监督，加大紧凑工序衔接的研究、分析，通过对各工序时间的跟踪、核定，掌握了各工序运行的基本状态，通过内部开展技术讨论和沟通。在实际施工中，一次掘支成井高度4.5m已不能达到施工正常有序开展的目标。一方面，井筒掘支时间平均为38h，为避开夜间作业施工引起噪声，存在夜间施工出渣、爆破噪音污染的问题;另一方面，长时间夜间工序调整，等待累计较长，成本较高，施工效率较低，工期较设计有所滞后［2］。优化前工序见表1。表1为施工工艺优化前某时间段统计表格，由该表格可以看出，严格按照施工组织设计开展施工工作，以整体模板4.5m为爆破掘进进尺参数标准，完成8次整体模板成井工序循环时间为323h，其中调整时间约为21h，调整时间占工序循环时间6.50%，结合施工开展情况，综合考虑设备检修、维护，按照月平均25日进行计算，不考虑客观因素影响，月进度进尺预计约为66m，循环时间受调整工序时间因素制约，严重影响了整体施工的有序开展，导致施工效率降低，生产成本得不到有效控制。

5优化施工方案

经过长达半个月的探索和尝试，在保证安全、质量的情况下，结合作业施工内容，合理安排掘支工序，通过调整一次成井段高，掘进放炮不高于4.5m，掌握工序推进时间，根据岩性的变化情况和水文变化情况，科学调整炸药使用量，降低施工工序循环时间，将每炮掘进控制在3.5～4.5m。同时，优化实施过程中，一方面，积极做好井筒内施工通风、降尘等基础安全防范措施;另一方面，根据竖井施工中揭露的围岩状况，做好设备正常检修、井筒内冒顶片帮防范、超前探水等工作，积极开展“短掘短支”工作，确保作业场所的安全，通过工艺工序的优化研究，认真分析施工组织设计，综合考虑工期、安全、经济和现场施工等诸多因素，科学谋划，合理调整工序作业时间，工序调整后效果显著，具体数据见表2。从表2可以看出，合理调整爆跟踪放炮进尺数据，及时调整爆破参数，效果显著，完成6次整体模板成井工序循环时间为196h，第7次掘进可增加一次4.5m成井，按照平均月份25日进行计算，不考虑客观因素影响，月进度进尺预计约为76.5m，综合分析，虽然施工过程中火工品单耗有所上升，但从施工组织整体角度，施工成本总体降低，施工进尺也得到了有效的提高，保障了作业效率。

6结论

受工程项目客观因素影响，为满足生产安全稳步运行，必要时需对施工组织进行优化，使施工技术方案进行有效地谋划和比选，从而保证工程质量、工期要求以及建设方使用要求前提下，增加企业收益，降低成本。由此看出，作为施工组织的核心内容工序优化显得尤为重要。

［参考文献］

［1］《采矿手册》编辑委员会．采矿手册(第一卷)［M］．北京:冶金工业出版社，1988．

［2］环境保护部．工业企业厂界环境噪声排放标准:GB12348—2008［S］．北京:中国环境科学出版社，2008．

作者：邸翔宇 单位：鞍山五矿陈台沟矿业有限公司