石家岭金矿超高天井施工经验

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【摘 要】根据石家岭金矿的地质条件，成功地设计与施工了超高天井，在施工过程中采用一些新方法，对同类矿山施工类似超高天井具有指导意义。

【关键词】石家岭金矿；地质条件；超高天井

1、概述

石家岭金矿位于河南省嵩县前河金矿床，采金历史已超三十年，矿山现有泥池沟斜井（斜井底标高为385米，井口位置在32线）和调七竖井（井底标高为300米，井口位置在45线）两个提升系统，现主要开采前河金矿床石家岭矿段Ⅳ号矿带和Ⅱ号矿脉，矿带在地表均有出露。

目前Ⅳ号矿带385米标高以上基本采空，现主要开采385米标高以下矿体（Ⅳ3矿体主要在40－23线之间，勘探线方位345°）。Ⅱ号矿脉是前河公司收购石家岭金矿后在生产探矿过程中新发现的矿脉，成为目前石家岭金矿主要开采对象（Ⅱ号矿脉主要在23线至36线成之间，勘探线方位320°）。从05年开始前河公司已从Ⅱ号矿脉采出约20万吨矿石量，采出金金属量约800kg。目前调七坚井300米标高已从45线施工至27线，主要探采Ⅳ号矿带，而泥池沟斜井385米标高已从37线施工至17线正在进行Ⅳ号矿带和Ⅱ号矿脉的探采。

石家岭金矿目前生产过程中存在以下问题；1、泥池沟排料场所面积和矿仓容量都较小；2、斜井提升系统也无法满足当前生产需要；3、调七坚井提升系统远远没有饱和，排料场所也面积较大；4、生产过程中调七300中段通风条件较差；5、泥池沟与调七之间存在一条伊河，在洪水上涨期间（7-8月）根本无法运送矿石，为了解决以上问题，经公司技术部工程技术人员研究，决定从37线、33线分别施工一条实用型天井，直距达到81.59米的超高天井，解决提渣、出矿、通风及安全出口问题，同时兼顾Ⅳ号矿带和Ⅱ号矿脉的探矿。由本公司技术部组织力量设计与施工，先施工37线天井，后施工33线天井。

2、天井设计

2.1地质条件

经地质资料核实，Ⅳ号矿带岩石主要为蚀变安山岩与碎裂岩，构造带上下盘之间还存在糜棱岩，稳定性差，且Ⅳ号矿带较宽，在施工过程中难度大，而矿带下盘围岩为流纹岩，这种近矿围岩强钾化、硅化，岩石硬度较好，岩石硬度在￠10-12之间，构造不发育，含水性差，裂隙不发育，这种岩石整体性好，属于中等稳固以上岩型，对安全施工提供了客观保证，因此天井的施工决定在Ⅳ号矿带下盘。

2.2施工方案选择

一般天井施工方案有二种选择：直天井和斜天井。根据石家岭金矿现有地质资料（如图1），385米标高中段与300米标高中段坑道的水平距离为60.52米。如果施工直天井则必须在300中段或385中段掘进60.52米穿脉；同时直天井在施工过程中难度较大，施工人员也不安全，而且公司以往根本没有施工直高天井的经验。如果施工斜天井，虽然天井的长度增加了，但可减少穿脉的掘进量，同时由于天井的坡度设计在60°左右，施工难度相对降低，施工较安全，同时也能满足矿渣自溜的要求。经公司技术部技术人员对二种方案研究分析，确定对斜天井进行施工设计。

2.3天井设计

2.3.1断面。超高天井施工安全为第一因素。考虑到安全性，要尽量减少顶部、四壁岩石暴露面积，同时考虑到今后生产需要，决定采用长方形断面，规格1.5×1.6米2（见图2）。

2.3.2行人。天井每隔5米打一锚杆撬，用于固定铁梯子和风水管，锚杆为φ28螺纹钢，长度为0.8米，锚杆眼深0.45米。米设一架木梁（φ140-160毫米），固定于天井岩帮。铁梯子采用撬固定，梯子每5米用撬固定，撬考虑到木梁不被飞石破坏，又为崩落岩石有足够流动的空间，木梁离岩帮50厘米以上。考虑到凿岩设备的存放与搬运方便，以及支护工在天井处理工作面浮石时的安全，每隔15米左右设计一个安全硐室。天井底部架设木漏斗，但为使梯子、风水管、工作人员进入工作面，在其底部设计一段拐弯天井（即副天井）。

2.3.3通风。为解决超高天井通风这一难题，设计时采用以下措施：斜天井不设隔板，采用全断面通风方法；延长通风时间；每隔15米设一处风水管装置，采用高压风和井下压力水相混合，冲洗工作面，既可降尘，又可排烟效果。

3、施工

3.1测量工作

此天井主井斜长94.79米，副井、主井、联络道及安全硐室共124.79米，为本区最长的天井，因此无论是在测量还是施工难度都相当大。在这次施工中采用J2型苏州一光全站仪对调七竖井及泥池沟矿区建立露天测控体系，对385中段斜井和调七竖井进行一井定向，取得井下坐标和方位角，并对井下巷道进行导线及三角高程测量，两者同时进行，测量结果经评差计算，均符合国家《矿山测量规程》要求，为超高天井贯通提供可靠依据。

本次贯通导线为385中段388.234-4号点与300中段306.284-10号点,设计方位角158°，坡度为60°，高差81.59米,水平距离45.7米,斜距94.67米。在本次施工中采用J6型电子经伟仪、弯管目镜、矿山悬挂罗盘及半圆仪等测量仪器进行本次天井的测量工作。

由于天井坡度较大且断面较小，电子经伟仪难以进入现场。在开始施工时我们采用弯管目镜配合电子经伟仪来指导生产，标定中腰线；由于受天井断面和长度的影响，在天井向后25米时采用悬挂罗盘与半圆仪相结合方法指挥生产。通常罗盘都受磁性材料的干扰，而斜天井又有风水管和铁梯子，都影响着罗盘的测量精度。经过几次实践，取得了该测区规律性磁偏角为3°20′。在每次天井测量的过程中，分别挂四次罗盘，正反各两次读数取其平均值，而半圆仪在坑道高度的1/3与2/3处各挂一次，取其平均值。结合标定的中腰线，使之天井精确贯通，用此法指导施工直至结束。天井贯通后横向误差0.25米，纵向误差-0.15米，符合矿山规范要求。33线天井同样采用此测量方法，天井贯通后横向误差0.15米，纵向误差0.10米，同样符合国家矿山规范要求。

3.2施工

斜天井由石家岭金矿6人组成掘进队，包括凿岩爆破工、放矿渣工（包括支护与凿岩准备工作）、运渣工各2名。本采区采用3×8工作制。施工基本按表1的作业循环图进行，凿岩爆破后用一班的4小时高压通风和4小时自然通风，另一班准备放渣和运输。该天井在经过三个月零十八天顺利贯通。

超高天井作业循环图表 表1

工种 时间（h） 一班 二班 三班 备注

凿岩与爆破 8 8 包括准备与收尾工作

通风 8 8 包括高压通风与自然通风

支护与凿岩准备 4 4 包括使用风水联动装置吹烟和处理浮石

运渣 8 8 专门运输矿渣

凿岩爆破工作要掌握平面方向，又要照顾好坡度。在每次施工前，应先给定方向线、坡度线定出天井中心位置，方可施工。凿岩爆破工在准备好的横梁与木板上施工，结束后把风水管与木板一并撤到安全硐室。采用火雷管、秒表导爆管爆破，爆下岩石全部自溜至300米标高的木漏斗内。放矿渣工要注意炮烟，如有炮烟即开启安全硐室之风水联动装置。

4、应用

4.1探矿。该天井形成后可以在350米标高增加一个探矿中段，如果按正常方法，则要从竖井口经石门再经脉外运输巷200米到Ⅳ号矿带（40-37线之间存在富集），Ⅱ号矿脉主要在23-36线之间存在富集，如果从37线开始探矿可以减少大量开拓工程，节省资金和节约时间。

4.2通风。二个天井贯通后可使300、385中段通风效果得到有效解决，提高工作效率，节省各项成本。

4.3运输。斜天井贯通后可使目前370、350三个中段的Ⅳ3矿体和Ⅱ号矿体从33线经300中段由电动车运至竖井口，矿渣可从37线运出，这样可使竖井提升系统达到饱和，提高了设备利用率，又避免资源浪费，满足了正常生产需要。

5、结论

5.1经济效益

一个中段开拓工程可以节省石门和开拓运输巷200米，节约成本30万元（按公司核定价格）；同时可节约矿石运输成本1.0元/吨（从泥池沟到调七），一年可节省4.0万元（每年计划从调七竖井出矿约4万吨）；另外可减少辅助工作人员6人（出矿、运渣工），年节约成本9万元（每人按1.5万元/年计算），年总体经济效益可观。

5.2应用前景

此天井在设计与施工极具特色：①采用高压风通风，一次性到达工作面，通风效果好；同时采用风水相混合，达到了降尘、除烟效果；②根据岩石硬度、安全系数除了木漏斗架设需要木板外，全部使用铁梯子，不再采用以前把天井分隔成两格的固定模式，节约成本，节省时间，又减少支护工作量和辅助工作人员；③每隔15米设置一安全硐室，可使工作人员安全，又可存放掘进工具，减少其搬运工作量；④对使用经伟仪、弯管目镜、悬挂罗盘、半圆仪相结合测量天井证明是行之有效的；⑤设置一个副天井，可使工作人员、风水管、材料从副天井进出，增加了安全系数，同时通风效果更好，又可加快掘进量。

参考文献

[1]李日旺、赵国民、况锅明等。河南省嵩县石家岭金矿核查报告，河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院，2006年9月.