锚固钻机在竖井梁窝开凿中的应用

【摘要】在矿山建设安装工程中，竖井梁窝施工方法施工主要有：预留法和现凿开挖法。长期的井巷工程实践表明这两种施工方法均存在严重不足，前者预留梁窝位置的准确率在40%以下，同时降低井...

摘要：为了加快矿山工程井筒装备梁窝开凿施工进度，降低施工人员劳动强度，提高梁窝开凿的准确率和井壁结构的承载能力。结合现有矿山工程施工装备的实际情况，分析现有装备的技术参数与应用实践，经反复论证研究，结合具体的工程实际，提出了用锚固钻机进行竖井梁窝开凿的新方法，进行了应用实践，取得了成功，扩大了锚固钻机的应用范围，降低了劳动强度，节约了施工成本，开创了竖井梁窝开凿施工的新工艺。

关键词：锚固钻机；梁窝开凿；应用；

前言

锚固钻机是为竖井建设钻凿探水孔、注浆孔研制的高效专用钻孔设备。该类钻机是由风动马达驱动回转，单、双气缸直接推进，低、中风压潜孔冲击器快速钻凿的穿孔设备。其工艺稳定，性能可靠，动力单一，重量轻、效率高、是探水、治水作业的理想设备。亦是中、小型土石方开挖工程理想的穿爆设备。因此，锚固钻机深得矿山工作者的青睐，同时将该技术引伸到一些特殊工程中去，取得良好效果。

1.问题提出

在矿山建设安装工程中，竖井梁窝施工方法施工主要有：预留法和现凿开挖法。长期的井巷工程实践表明这两种施工方法均存在严重不足，前者预留梁窝位置的准确率在40%以下，同时降低井筒井壁结构承载力，在软弱围岩中井筒显得尤为不利；后者缺乏有效的手段，效率低下，严重影响井巷建设工期与劳动生产率的提高。因此，竖井梁窝施工成了井巷建设安装工程中的一项硬骨头工程，探索行之有效的施工方法显得尤为迫切。

2.锚固钻机在竖井梁窝开凿中的试验与实践

2.1.概况

主井安装是紫金煤业公司建设的一项重点工程，该竖井地面标高+1136.5m，井深695m，净直径为5.5m，于2013年12月由河北中煤四处矿山工程有限公司开始施工井筒装备。为了加快井下二期工程进度，使主井具备设计的提升能力，主井井筒装备工程显得迫在眉睫。主井井底装载硐室及主井底部结构72个不同规格的梁窝开凿等安装准备工作成了影响工期的关键工作。

2.2.梁窝开凿方案的确定

根据主井底井壁混凝土的实际情况，为了确保准确，起初制定了用风镐开凿保守施工方案。主井井筒混凝土强度等级为C30，经过几个班次的实施，发现劳动强度太大，效率极其低下，严重影响工程进度，而且容易形成梁窝规格不规矩的情况，经现场实践否决了此方案，转而探索新的高效施工方案。为此，我们查找了相关行业内技术，除爆破外还没有发现其他高效的施工方法。爆破方法，我们组织相关人员进行了论证，一致认为，鉴于梁窝在井壁开口处较多，且大多处于钢筋密集段，爆破容易造成周围井壁松动和损坏，否决了此方案。转而探寻新的出路。

根据我们对行业内外采掘设备设施的功用和使用方法的了解，经综合对比相关性能参数及使用条件后，发现锚固钻机具备我们需用的功能，可以探索改造锚固钻机，利用钻机钻凿的功能实现我们对竖井梁窝的开凿。

2.3.梁窝的开凿试验与实施

我们选用了DZ-100潜孔钻机作为实施的动力工具，其性能参数如下：

DZ-100钻机性能参数表

为了使钻机能够适应竖井梁窝开凿的使用，需对钻机稍加改造。钻机的钻孔方向是360o，但潜孔钻机，在底座水平放置时，把后支腿调到最低位置，钻杆的钻进方向也是45o向下，并不满足水平钻进梁窝的要求。改造的方法是，拆除设备配套的两个后支座杆件，利用直径Φ50mm的钢管制作两个新的后支座杆，杆的长度以使钻机钻进方向水平为准，各个厂家生产的钻机长度略有差异。

开凿梁窝尺寸的确定。梁窝中埋设的钢梁为I28a和I32a两种，选取较大的I32a作为梁窝尺寸确定的依据。I32a钢梁梁高320mm，梁面宽度b=130mm。据此确定梁窝高度H=500mm，梁窝宽度B=260mm。

钻孔布置方案的确定。根据钻机性能参数表，选取钻孔直径为130mm的钻头。每个钻孔深度根据梁窝的深度确定，一般在400――800mm之间，潜孔钻机配备的钻杆每根长度1m，根据钻孔深度正常选用1――2根钻杆就能满足钻孔深度要求，钻孔布置方案如下图：

此方案，实践得出，400mm深的梁窝，没有钢筋的钻孔钻凿时间为8分钟/个，有钢筋时，处理钢筋为15分钟/个。用此方法钻凿出的梁窝，只要钻凿位置控制准确，可以直接使用，钻凿过程中，出现偏差后，用风镐略加修正，可以确保使用。

实施过程中出现的问题与对策。 竖井梁窝在井筒中的布置方向，90%以上与井壁的法线并不重合，而是与井筒中心线平行。在钻凿初始时，容易造成钻孔位置移位跑偏，每个钻孔开钻前，必须用风镐戳出一个以钻孔中为中心的凹槽，减小钻机进风量，开动钻机，使钻头慢慢钻凿出旋窝后逐渐加大进风量进行快速钻凿；在钻凿出第一个孔后，进行后续钻凿孔时，因相邻孔的间距较近，容易造成后续钻凿时方向走偏，我们尝试在已有的相邻钻凿孔中临时塞入相同或近似直径的钢管，保证钻凿孔位准确，得到了很好的解决。

3.施工方法评价：

锚固钻机在竖井梁窝开凿中的探索是将钻探技术应用到极小断面岩体或混凝土开挖的具体实践，此次探索得出：C30混凝土体中，使用该方法，是完全可行的。该方法扩大了锚固钻机的应用范围，加快矿山工程井筒装备梁窝开凿施工进度，节约了施工成本，降低了劳动强度，提高梁窝开凿的准确率和井壁结构的承载能力，开创了竖井梁窝开凿施工的新工艺，为以后同类工程施工积累了经验。