談鐵礦大直徑深豎井施工工藝優(yōu)化

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摘要:本文通過認(rèn)真分析施工組織設(shè)計(jì)，開展工藝工序的優(yōu)化研究工作，綜合考慮工期、安全、經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工等諸多因素，科學(xué)謀劃，通過合理調(diào)整工藝工序，減少了夜間施工等待時(shí)間，保障了施工的銜接連續(xù)性，提高了豎井施工施工效率。

關(guān)鍵詞:超大直徑立井;施工工藝優(yōu)化;工序調(diào)整實(shí)踐

1前言

近些年，伴隨我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，鋼鐵資源的需求逐漸增加，進(jìn)口鐵礦石供給和價(jià)格受全球整體因素影響，制約著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，國內(nèi)地表淺層賦存鐵礦石優(yōu)質(zhì)資源逐漸減少，深部鐵礦石資源開發(fā)仍在摸索過程中，深部礦產(chǎn)資源的地質(zhì)勘查工作變得非常重要。某鐵礦探礦井的實(shí)施，以摸清深部鐵礦石資源為宗旨，以后續(xù)國有資源的正常開發(fā)和利用為目的，確保國有企業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。但此次施工的探礦井東側(cè)為省級(jí)公路和露天采坑，北側(cè)為某大型鐵礦，西北側(cè)緊鄰某大型鐵礦選礦廠，西側(cè)緊鄰某地級(jí)市區(qū)邊緣。施工地點(diǎn)受周邊地勢(shì)和村落影響，西南側(cè)有油庫、農(nóng)場(chǎng)和物流基地，周邊地貌限制因素多，可用于布置地表設(shè)施的場(chǎng)地極其有限。該探礦井屬于大直徑超深千米井，為了加快施工速度，配備了超深井機(jī)械化施工設(shè)備，根據(jù)施工單位的施工組織設(shè)計(jì)，在不受外部因素影響條件下，24h之內(nèi)正常工序循環(huán)作業(yè)效率較高，但此次施工探礦井受地理位置約束，為嚴(yán)格按照國家環(huán)保要求開展施工，對(duì)施工流程進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，合理優(yōu)化，確保工序銜接，達(dá)到提高施工效率的目的。

2地質(zhì)概況

2.1工程地質(zhì)

為科學(xué)合理調(diào)整工藝，有效提高工作效率和質(zhì)量，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料以及地表鉆巖芯取樣情況，通過調(diào)研、分析，此次施工范圍內(nèi)的基巖為太古代花崗巖，遼河群浪子山組千枚巖、石英巖，鞍山群櫻桃園巖組綠泥絹云千枚巖、石英片巖、磁鐵石英巖等。綠泥石英巖與綠泥石片巖構(gòu)成礦體的直接頂、底板。各類巖石軟硬程度不一，巖石硬度系數(shù)為6～12。基巖之上大部分覆蓋有第四系砂礫卵石或殘坡積物。基巖均屬于堅(jiān)硬的塊狀或厚層狀工程地質(zhì)巖組，淺部巖石質(zhì)量為極劣到劣，巖體完整性為破碎到差;深部巖石質(zhì)量為中等到極好，巖體完整性為中等完整到完整，但巖組結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，各類結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，使深部相對(duì)完整的巖體中存在局部破碎，巖石質(zhì)量劣的現(xiàn)象。

2.2水文地質(zhì)

為研究施工過程中的井壁涌水情況，確保本次工序優(yōu)化安全有序開展，查閱了該區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)資料，對(duì)周邊部分地下礦山進(jìn)行了走訪、調(diào)研，掌握了該區(qū)域內(nèi)水文地質(zhì)基本情況，考慮礦床所處位置和地層、巖性分布情況及賦水特征，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，劃分為以下幾個(gè)含水巖組。1)全新統(tǒng)沖洪積孔隙含水巖組分布于礦床東北部小河兩岸地帶。主要由碎石及砂礫卵石構(gòu)成，夾有不含水的黏土、砂質(zhì)黏土及弱含水的黏質(zhì)砂土，后者呈薄層與透鏡體存在。厚度變化范圍為10.80～43.48m。水化學(xué)類型多為硫酸重碳酸鈣鎂型，平均礦化度462.56mg/L，pH值為6.37～7.46。地下水補(bǔ)給主要為大氣降水下滲補(bǔ)給與河流補(bǔ)給，垂向上對(duì)下部基巖風(fēng)化裂隙水存在互補(bǔ)關(guān)系，徑流條件一般或較好，以人工開采和地下徑流形式排泄。2)上更新統(tǒng)殘坡積孔隙含水巖組分布于礦床西部山麓、微丘陵地帶，巖性為砂質(zhì)黏土及少量砂礫、碎石透鏡體，其分布形態(tài)和埋藏深度條件都極其復(fù)雜，厚度變化范圍為1.0～10.8m，富水性弱。水化學(xué)類型多為硫酸重碳酸鈣鎂型，平均礦化度305.31mg/L，pH值為6.40。地下水補(bǔ)給主要為大氣降水下滲補(bǔ)給，垂向上對(duì)下部基巖風(fēng)化裂隙水存在互補(bǔ)關(guān)系，該類含水巖組與深部基巖裂隙含水巖組之間聯(lián)系微弱。徑流條件一般，以人工開采或地下徑流形式排泄。3)隔水巖組地下水動(dòng)態(tài)規(guī)律與區(qū)域上一致，即第四系地下水水位波動(dòng)幅度較大，約1～4m，枯豐滯后期1～2月;基巖地下水水位波幅一般小于1m，滯后期為2～3月。二者在水質(zhì)上變化不大。依礦區(qū)水文地質(zhì)條件，綜合地形地貌、地表水體發(fā)育程度和各含水巖組富水性以及地下水補(bǔ)徑排，考慮礦床上部雖然有小河經(jīng)過，但其下部存在厚度約860m的遼河群千枚巖相對(duì)隔水層使其對(duì)礦體的影響較小，認(rèn)為礦床水文地質(zhì)條件屬簡單類型。

2.3環(huán)境地質(zhì)條件

礦區(qū)地貌屬丘陵山地地形，區(qū)內(nèi)地表水體較發(fā)育，主要為位于礦區(qū)西部及中部沙河上游的兩條支流，流向均由南向北，在周邊某村落北側(cè)匯合，常年流水，均呈現(xiàn)季節(jié)性變化。根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2015)，該區(qū)地震烈度為7度，峰值加速度為0.1g，反應(yīng)譜特征周期為0.35s，是地震活動(dòng)較高地區(qū)。探礦區(qū)域內(nèi)環(huán)境地質(zhì)條件屬中等類型。

3施工工藝

該探礦井屬大直徑深豎井施工，凈直徑8m，深1000余m，結(jié)合上述前期地表探礦鉆孔掌握的工程地質(zhì)情況，經(jīng)科學(xué)謀劃，施工方案比較，采用的是短段掘砌混合作業(yè)方式。掘進(jìn)設(shè)備采用YSJZ4.8型液壓傘鉆，同時(shí)配置四臺(tái)HYD200液壓鑿巖機(jī)鉆眼，液壓鑿巖機(jī)配LG32mm中空六角長5525mm成品釬桿和ZQ45－R32柱齒合金鉆頭，結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，每炮掘進(jìn)進(jìn)尺4.5m左右［1］。出渣過程，采用中心回轉(zhuǎn)HZ－6抓巖機(jī)抓巖，座鉤式自動(dòng)翻矸，地表由20t自卸汽車排矸至指定地點(diǎn)。支護(hù)采用商品砼，根據(jù)設(shè)計(jì)，部分配置鋼筋，提升采用主、副兩套系統(tǒng)，提升3m3底卸式吊桶同時(shí)下放混凝土到吊盤上，經(jīng)受料漏斗和澆筑膠管溜入8.0m、段高4.5m的整體移動(dòng)金屬模板，機(jī)械化振搗，“一掘一支”支護(hù)方式，一次成井4.5m。

4原施工方案

由于受地理位置約束，距離周邊村落較近，依據(jù)相關(guān)部門要求，為減少施工引起的噪聲對(duì)周邊村民的影響，確保社會(huì)穩(wěn)定和施工的安全有序開展，保障工作效率，滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB12348—2008)及國家相關(guān)法規(guī)，合法合規(guī)開展施工作業(yè)。前期，從工藝工序入手，根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)，分別對(duì)打眼、平底、支模澆筑、出渣各工序進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，加大緊湊工序銜接的研究、分析，通過對(duì)各工序時(shí)間的跟蹤、核定，掌握了各工序運(yùn)行的基本狀態(tài)，通過內(nèi)部開展技術(shù)討論和溝通。在實(shí)際施工中，一次掘支成井高度4.5m已不能達(dá)到施工正常有序開展的目標(biāo)。一方面，井筒掘支時(shí)間平均為38h，為避開夜間作業(yè)施工引起噪聲，存在夜間施工出渣、爆破噪音污染的問題;另一方面，長時(shí)間夜間工序調(diào)整，等待累計(jì)較長，成本較高，施工效率較低，工期較設(shè)計(jì)有所滯后［2］。優(yōu)化前工序見表1。表1為施工工藝優(yōu)化前某時(shí)間段統(tǒng)計(jì)表格，由該表格可以看出，嚴(yán)格按照施工組織設(shè)計(jì)開展施工工作，以整體模板4.5m為爆破掘進(jìn)進(jìn)尺參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，完成8次整體模板成井工序循環(huán)時(shí)間為323h，其中調(diào)整時(shí)間約為21h，調(diào)整時(shí)間占工序循環(huán)時(shí)間6.50%，結(jié)合施工開展情況，綜合考慮設(shè)備檢修、維護(hù)，按照月平均25日進(jìn)行計(jì)算，不考慮客觀因素影響，月進(jìn)度進(jìn)尺預(yù)計(jì)約為66m，循環(huán)時(shí)間受調(diào)整工序時(shí)間因素制約，嚴(yán)重影響了整體施工的有序開展，導(dǎo)致施工效率降低，生產(chǎn)成本得不到有效控制。

5優(yōu)化施工方案

經(jīng)過長達(dá)半個(gè)月的探索和嘗試，在保證安全、質(zhì)量的情況下，結(jié)合作業(yè)施工內(nèi)容，合理安排掘支工序，通過調(diào)整一次成井段高，掘進(jìn)放炮不高于4.5m，掌握工序推進(jìn)時(shí)間，根據(jù)巖性的變化情況和水文變化情況，科學(xué)調(diào)整炸藥使用量，降低施工工序循環(huán)時(shí)間，將每炮掘進(jìn)控制在3.5～4.5m。同時(shí)，優(yōu)化實(shí)施過程中，一方面，積極做好井筒內(nèi)施工通風(fēng)、降塵等基礎(chǔ)安全防范措施;另一方面，根據(jù)豎井施工中揭露的圍巖狀況，做好設(shè)備正常檢修、井筒內(nèi)冒頂片幫防范、超前探水等工作，積極開展“短掘短支”工作，確保作業(yè)場(chǎng)所的安全，通過工藝工序的優(yōu)化研究，認(rèn)真分析施工組織設(shè)計(jì)，綜合考慮工期、安全、經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工等諸多因素，科學(xué)謀劃，合理調(diào)整工序作業(yè)時(shí)間，工序調(diào)整后效果顯著，具體數(shù)據(jù)見表2。從表2可以看出，合理調(diào)整爆跟蹤放炮進(jìn)尺數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，效果顯著，完成6次整體模板成井工序循環(huán)時(shí)間為196h，第7次掘進(jìn)可增加一次4.5m成井，按照平均月份25日進(jìn)行計(jì)算，不考慮客觀因素影響，月進(jìn)度進(jìn)尺預(yù)計(jì)約為76.5m，綜合分析，雖然施工過程中火工品單耗有所上升，但從施工組織整體角度，施工成本總體降低，施工進(jìn)尺也得到了有效的提高，保障了作業(yè)效率。

6結(jié)論

受工程項(xiàng)目客觀因素影響，為滿足生產(chǎn)安全穩(wěn)步運(yùn)行，必要時(shí)需對(duì)施工組織進(jìn)行優(yōu)化，使施工技術(shù)方案進(jìn)行有效地謀劃和比選，從而保證工程質(zhì)量、工期要求以及建設(shè)方使用要求前提下，增加企業(yè)收益，降低成本。由此看出，作為施工組織的核心內(nèi)容工序優(yōu)化顯得尤為重要。

［參考文獻(xiàn)］

［1］《采礦手冊(cè)》編輯委員會(huì)．采礦手冊(cè)(第一卷)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，1988．

［2］環(huán)境保護(hù)部．工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn):GB12348—2008［S］．北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2008．

作者：邸翔宇 單位：鞍山五礦陳臺(tái)溝礦業(yè)有限公司