液压伞钻与气动伞钻在立井快速施工中的应用
时间：2023-02-17 14:05:09 来源：千叶帆 本文已影响人
孟庆才，许贵林
(辽宁东煤基本建设有限责任公司， 辽宁 沈阳 110122)
辽宁本溪龙新矿业有限公司思山岭铁矿进风井工程，由辽宁东煤基本建设有限责任公司（以下简称“辽宁东煤”）负责施工。该矿位于辽宁省本溪市东南16 km，南芬区北9 km处，矿区行政区划隶属于思山岭满族乡所辖，矿区北距沈阳市直距70 km，距沈阳桃仙国际机场65 km，南距丹东港180 km，西距沈丹铁路桥头站8 km，距G025高速公路桥头出口3 km，与其连通的乡级公路纵贯矿区东西南北，交通条件十分方便。
思山岭铁矿铁矿石探明储量为24.87亿t。矿区属长白山脉南西延伸部分，地貌为辽东浅切割中低山区，山地面积占90%以上，地形趋势为北高南低。矿区最高海拔高度为579.70 m，最低侵蚀基准面标高为169.70 m（三道河），相对高差为410.00 m。
进风井深度为1213.5 m，井筒净直径为8.5 m，是目前国内井筒超千米，井筒直径较大的金属矿井。井筒基岩岩石硬度f=8～12。涌水量Q≤15 m3/h。井筒采用2套单钩提升系统，主提升为JK-4×3/18.5单滚筒提升机，配7 m3、5 m3吊桶出矸，副提升为2JK-4×2.2P/18.5双滚筒提升机，提升吊桶同主提。副提升机选用双筒4 m提升机的目的是为了下一步各中段平巷开拓施工，改绞后采用双罐笼双车提升。选用两台固定在下层吊盘方孔中的HZ-6型中心回转式抓岩机进行装岩。商品混凝土通过3.0 m3底卸式材料吊桶经分灰器入模进行 浇筑。
井筒施工进入坚硬的石英岩、大理岩段时，岩石硬度系数为10～12；
采用FJD6C-48型气动伞钻打眼时工作时间平均长达10 h，最长达15 h，工人劳动强度大，施工时间长，并且气动凿岩机凿岩时产生的岩尘和噪声对工人的身心健康损害极大，极易造成职业病害。为此，通过市场调研、经验对比，选择购置了1台六臂YSJZ6.12型液压伞钻凿岩，该机钻孔动作（回转、冲击、推进）由两台90 kW电机提供动力，采用液压传动形式，所有动作实现机械化。钎杆移位迅速、准确、平稳，配备高效率凿岩机高速钻孔，钻凿岩石硬度可达f20，更适合硬岩施工。此液压伞钻可将钻眼时间缩短3～6 h，达到了快速和环保的期望效果。六臂YSJZ6.12型液压伞钻与FJD6C-48型气动伞钻的主要技术参数见表1。
井筒硬岩段采用钻爆法掘进，根据作业面大小和岩石情况，布置掏槽眼、辅助眼和周边眼。爆破采用电雷管引爆、导爆管雷管引爆乳化炸药。六臂YSJZ6.12型伞形钻架配6台HYD-200型凿岩机凿岩。使用乳化炸药，药卷直径为45 mm。半秒延期抗杂散电流电雷管引爆非电导爆管雷管，在井口用交流电起爆。掘进实行光面爆破，掏槽眼与辅助眼炸药采用反向耦合连续装药，周边眼采用反向空气柱间隔装药。炮眼深度为5.0 m，炮眼个数为156个。井筒出岩采用两台HZ-6B中心回转抓岩机装岩。提升容器为7.0 m3、5.0 m3和3.0 m3座钩式矸 石吊桶各2只。采用商砼浇筑。井颈段、井身段井筒支护采用整体悬吊液压伸缩式金属模板，模板高度为4.5 m。每次爆破进尺为4.5～4.7 m，爆破率达95%。为确保井筒快速施工的要求，实行专业队伍钻眼、出岩、砌筑、清底等工序“循环”作业制度，辅助工种实行8 h倒班作业，确保实现井筒施工正规化循环。
表1 YSJZ6.12型液压伞钻与FJD6C-48型气动伞钻的主要技术参数
2.1 液压伞钻使用操作流程
2.1.1 地面准备及设备入井
伞钻下井前做好检查工作，钻具的各个注油口要灌满油脂，高压油管各接头须保持完好，不得有漏油现象，检查各部位螺丝不得有松动现象，启动马达检查设备运转状态。经检查确认钻具能确保正常工作后，由井口调度绞车将伞钻挪至井口，伞钻在悬吊梁上的10 t电动葫芦配合下提到主提钩上，与绞车司机、井口、吊盘、工作面上的信号工联系下井。运行时，速度不可过大，特别是通过喇叭口时吊盘上的人员要密切注意伞钻的状态，如遇险情，应马上发送信号，及时排除。把伞钻顺利下放到井筒内工作面后用夺钩钢丝绳和U型卡，与伞钻吊环绳扣联接并缓慢拉向井筒中心。找平安稳后，调整好伞钻立柱，撑起支撑臂，使之达到平、直、齐、稳，然后才能松动和摘除提升钩绳，即可开钻打眼。
2.1.2 钻眼施工
凿岩打眼时要按爆破图表要求布置炮眼。先用3个钻臂打掏槽眼，其余的钻臂张开打辅助眼，并逐步扩大到周边眼。这样既避免了刚下井收拢状态造成的钻臂拥挤，又避免了钻臂无秩序地内外摆动频繁，影响工效。为避免伞钻不能以较大垂角打周边眼产生欠挖，周边眼倾角为87°，眼底落在设计荒径边。凿岩打眼实行定人、定位、定眼、定机、定责的五定制度，以确保施工质量。
2.1.3 停机收钻
凿岩打眼完毕后，卸下钻杆，收好工作臂，关好各系统阀门，将伞钻连同管路用绳捆绑牢固，用手动葫芦夺钩，除信号工外，其余人员在伞钻提升之前全部提升至地面。通过信号系统与地面相关人员沟通，确认安全后，再利用提升机将伞钻提至 地面。
2.2 技术性能及经济比较
与气动凿岩机对比，YSJZ6.12型液压伞钻具有如下优点。
（1）能量损耗低：风动伞钻凿岩时需使用2台DLG40/0.8型压风机，每台压风机电机功率为250 kW，总功率为500 kW；
液压伞钻系统由两台90 kW电机提供动力，所需用电总功率为180 kW。电动液压系统所需功率只有气动钻进功率的36%。功率损失小，故可节约能源。
（2）凿岩效率高、速度快：经施工对比，思山岭铁矿进风井使用液压伞钻，每循环凿岩时间较风动伞钻提前3 h，千米井筒预计工期可提前近一个月。
（3）节约钻具成本费用：同样的岩石硬度，使用气动伞钻比液压伞钻每循环（4.5 m）多使用钻头8～10个，每循环钻杆气动伞钻比液压伞钻多消耗1.8根。
（4）降低凿岩成本：由于液压伞钻压力较高，凿岩使用的钎杆尾部受力均匀，应力传递损失低，同时液压伞钻的使用寿命长，维修保养率低，故成本费用可降低1/3左右。
（5）施工环境得到改善，噪声低：由于液压凿岩必须使用高压供水降低凿岩产生的高温及排出岩粉，所以施工时作业区域无粉尘产生，工作面的可见度较高，改善了作业环境。液压凿岩除金属撞击声外，无废气排放声音，故比气动凿岩噪声可降低10～15 dB。
（6）有效提高了工程质量：由于液压凿岩能做到按照爆破设计进行钻眼布孔，光面爆破效果较好，降低了超挖欠挖的频率，故可提高工程的施工质量。
通过施工过程中液压与气动伞钻的成本费用及技术性能比较，采用YSJZ6.12型液压伞钻大大提高了钻眼效率，同时也节省了大量的钎杆、钻头， 降低了施工成本，充分体现了YSJZ6.12液压伞钻的优越性，按4.5 m循环进尺平均，主要经济指标对比见表2。表2表明，平均一个循环4.5 m，液压伞钻比气动伞钻节省成本费用5365元，千米井筒预计节约成本费用120万元。
表2 YSJZ6.12型液压伞钻与FJD6C-48型气动伞钻的经济指标对比
YSJZ6.12型液压伞钻在思山岭铁矿进风井井筒施工中的使用，大大缩短了凿岩钻眼时间，降低了职工的劳动强度，改善了作业环境，实现了大直径井筒超千米立井连续3个月掘进进尺超100 m的优秀施工业绩，预计可节约成本费用120万元，工期提前一个月。思山岭进风井井筒的施工充分体现了机械化作业设备选择的重要性。该工程取得了建设单位的高度评价，树立了辽宁东煤的良好形象，为日后井筒高效、快速施工总结了经验、奠定了基础。
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