摘要：新華鉬礦生產(chǎn)豎井需要延深，上部還要正常生產(chǎn)，原豎井下掘到目前位置又沒有給以后的延深留有足夠的條件，給下一步延深留下了很大不便因素，本文重點(diǎn)分析論述豎井延深方案的選擇和上下部分連接后安全防護(hù)的設(shè)計(jì)及相關(guān)的計(jì)算。因?yàn)樵诜桨高x擇上處理得當(dāng)將最小限度的影響生產(chǎn)，使得上部生產(chǎn)和下部井建獲得最大效益，更重要的是使豎井下掘時(shí)避免重大安全事故的發(fā)生。
　

    　0　前言
　　朝陽新華鉬礦二期工程北山坑豎井施工到6中段后由于急于與一期工程新華坑銜接，立即投入了5中段和6中段的開拓探礦施工（4中段以上由一期工程新華坑回采）。2年后考慮到北山坑自身的銜接問題，又決定繼續(xù)延深該豎井。從當(dāng)時(shí)的6中段延深到8中段，段高40 m。共延深80 m。鐵嶺柴河鉛鋅礦第一爆破公司承包了施工建設(shè)任務(wù)。經(jīng)歷過礦山豎井延深的同志都知道，正在生產(chǎn)的豎井如果要繼續(xù)延深最大的難題就是如何解決對(duì)生產(chǎn)的影響以及上部生產(chǎn)對(duì)下部施工的安全隱患問題。本次豎井的延深工作同時(shí)也受到的了主管部門沈陽公司主管經(jīng)理的高度重視，要求從方案選擇到安全施工要有詳細(xì)的設(shè)計(jì)，尤其在安全上要有科學(xué)理論依據(jù)，關(guān)鍵環(huán)節(jié)要進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，在保證上部正常生產(chǎn)的同時(shí)下部豎井的延深也要保證絕對(duì)安全。

　　1原系統(tǒng)及生產(chǎn)情況介紹
　　1．1　原系統(tǒng)概況
　　北山坑豎井于1994年建成投入使用，井口標(biāo)高800 m，1、2中段段高各50 m，下部段高均為40 m。豎井6中段以上為生產(chǎn)中段，其中5中段采、掘、出、探礦各種作業(yè)都有，6中段為新開中段，只有生產(chǎn)開拓和生產(chǎn)探礦工程，該豎井的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為850 t/d，當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)能力不足600 t/d，生產(chǎn)處于不銜接狀態(tài)，受生產(chǎn)銜接的影響，甲方要求在不影響正常生產(chǎn)的情況下將豎井從6中段下掘到8中段，以延續(xù)礦山的持續(xù)性生產(chǎn)。

　　1．2　現(xiàn)場(chǎng)條件
　　原礦山在井建時(shí)期當(dāng)豎井下掘到6中段后，由于急于投產(chǎn)使用，沒有給以后的豎井下掘留有施工條件，井底水窩不足10 m深，安全人道、風(fēng)水管路、動(dòng)力電纜都已經(jīng)從豎井一直敷設(shè)到6中段水平巷道了。無論是豎井人到道間，還是6中段井口周邊尺寸以及井底水窩的深度都不具備正常下掘豎井的條件，需要做很多的前期準(zhǔn)備工作甚至較長(zhǎng)時(shí)間的停產(chǎn)才能達(dá)到下掘的目的。
　　2　方案的選擇
　　2.1　方案比較
　　常規(guī)的生產(chǎn)豎井延深方法有：(1)利用延深間或梯子間延深的方法;(2)利用輔助中斷延深的方法;(3)先掘小反井而后上行刷大的方法;(4)先掘小反井而后下行刷大的方法;(5)多階段施工平行作業(yè)法。第1種方法要求井底水窩有足夠的深度進(jìn)行安裝人工保護(hù)盤、吊盤及底部初期爆破施工空間。還要求井口周圍具備安裝下掘豎井的各種設(shè)備的空間，如各種絞車、卸渣溜槽等。而第2方案最大特點(diǎn)是不影響豎井的正常生產(chǎn)，缺點(diǎn)是增加了一部分輔助工程量。后3種方法都需要有其他井巷工程形成的生產(chǎn)中段才能達(dá)到，而該系統(tǒng)下部沒有生產(chǎn)中段，故后3個(gè)方案不可用。只能在前2個(gè)方案中進(jìn)行選擇，先將此2種方法的特點(diǎn)即優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行以下詳細(xì)比較。
　　基于以上現(xiàn)場(chǎng)條件和當(dāng)前礦山的生產(chǎn)銜接情況，如果在6中段井口創(chuàng)造下掘豎井的條件，也就是將井底水窩施工至20 m左右，井口開幫達(dá)到能安裝各種絞車，前后巷適當(dāng)壓頂，最少要停產(chǎn)1個(gè)多月的時(shí)間，當(dāng)時(shí)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)狀況不太好，市場(chǎng)的鉬產(chǎn)品價(jià)格又非?？春?，如果停產(chǎn)做下掘豎井前的準(zhǔn)備工作，企業(yè)將減少近幾百萬的產(chǎn)值和近百萬的利潤(rùn)，不僅影響了正常生產(chǎn)，職工開資將面臨著困難。

　　2.2　方案的確定
　　為了盡量不影響正常的生產(chǎn)，經(jīng)過充分討論，參考國(guó)內(nèi)其他正在生產(chǎn)的豎井進(jìn)行下掘的案例，又由企業(yè)管理部進(jìn)行成本及利潤(rùn)的分析計(jì)算，一致認(rèn)定利用輔助中段的方案施工6～7中段井筒，而6～7中段的施工則采用先掘小反井而后下行刷大的辦法。待6～7中段井筒形成后在7中段井口創(chuàng)造條件再利用延深間方法施工7～8中段井筒（如圖1所示）。此時(shí)主井的大罐提升可延伸至7中段，輔助井的提升工序隨之被取消。雖然增加了46 m的小規(guī)格輔助井的工程量，但其聯(lián)絡(luò)巷道可作為將來的調(diào)車場(chǎng)的一部分，最重要的是減少了影響正常生產(chǎn)的時(shí)間，同時(shí)減少了多段提升的缺點(diǎn)，其整體經(jīng)濟(jì)利益損失降低到最低限度。

　　3豎井延深工藝方案及施工順序描述
　　3.1　下掘措施井
　　如圖1所示,在6中段距主井50 m處左側(cè)下掘一小規(guī)格豎井2 m×2 m,總深度共計(jì)46 m，工藝按照正掘豎井的工藝正常進(jìn)行施工，下掘到7中段水平后施工一臨時(shí)水倉(cāng)，繼續(xù)施工水平聯(lián)絡(luò)巷道到主井下方，此聯(lián)絡(luò)到要施工在設(shè)計(jì)的主井調(diào)車場(chǎng)工程內(nèi)，盡量避免出現(xiàn)浪費(fèi)工作量。

　　3.2　打中心深孔
　　由7中段主井下方的長(zhǎng)軸中線上測(cè)繪定位打孔徑為110 mm的上向垂直深孔兩個(gè)，透6中段井底水窩，用于放水和施工小反井時(shí)通風(fēng)，還要測(cè)量出準(zhǔn)確高度并驗(yàn)證坐標(biāo)方位的準(zhǔn)確程度。

　　3.3　檢查6中段井底
　　暫停6中段生產(chǎn)，停罐后用木方和長(zhǎng)形鋼材臨時(shí)封閉6中段下平口，清理井底，檢查安全狀況并記錄現(xiàn)場(chǎng)，確定延深豎井時(shí)人工防護(hù)盤的位置，應(yīng)保留井底楔形管道不被破壞。

　　3.4　安裝人工防護(hù)盤及工作盤
　　在臨時(shí)封閉井口的條件下，首先安裝豎井延深工作盤，然后進(jìn)行安全人工防護(hù)盤的施工安裝施工期間必須保證豎井6中段人道安全暢通，人工防護(hù)盤的施工質(zhì)量應(yīng)在專職安全員和質(zhì)檢員的監(jiān)護(hù)下進(jìn)行（人工防護(hù)盤的設(shè)計(jì)見表2）。施工結(jié)束后拆除井口臨時(shí)封閉，罐籠可在6中段正常運(yùn)行。

　　3.5　施工反掘小規(guī)格天井
　　由7中段打反井，規(guī)格1.6 m×2.0 m，質(zhì)量要求：（1）不得破壞主井井壁；（2）以深孔為導(dǎo)向保證垂直度。施工方法：鑒于6中段井底水渦高度不足等因素采用普通天井掘進(jìn)法，但必須保證施工安全可靠，安全措施：除嚴(yán)格遵守操作規(guī)程外還要特別強(qiáng)調(diào)如下內(nèi)容：①天井放炮必須雙向警戒，以防氣流延深孔沖擊，影響六中段井口作業(yè)人員安全；②當(dāng)天井掘至距上頂7～10 m時(shí)乙方以書面報(bào)告形式匯報(bào)給甲方，甲方通知豎井作業(yè)相關(guān)人員，響炮時(shí)離開井口到安全區(qū)，響炮后方可開始作業(yè)，井內(nèi)施工必須排除跑延后方可入井。

　　3.6　安裝正常下掘設(shè)備
　　天井打透后安裝豎井下掘設(shè)備，測(cè)繪放線，全面檢查并妥善處理豎井作業(yè)安全（包括豎井罐道、安全卡及鋼絲繩的檢查處理），在得到甲方允許的條件下乙方組織下掘施工。下掘豎井直至7中段下5 m處暫停，此段內(nèi)碴石和水從措施井走；炮煙、人員和材料從6中段走。井壁砌護(hù)：要求滯后下掘2～5 m。完成7中段碼頭門及豎井前后左右的開鑿任務(wù)，并進(jìn)行必要的砌護(hù)。上述方法類似于先掘小反井而后下行刷大的延伸方法一部分工藝。

　　3.7　安裝7中段下掘設(shè)備
　　7中段井口下掘深度達(dá)到要求后，使7中段井口的規(guī)格達(dá)到能利用梯子間繼續(xù)下掘豎井的要求，開始安裝7中段下掘設(shè)備，井筒設(shè)備安裝包括人道間內(nèi)豎井向8中段延深時(shí)卷揚(yáng)機(jī)井塔的安裝（天輪高度參照措施井井塔）。在7中段安裝向8中段延深豎井的設(shè)備包括：卷揚(yáng)機(jī)、吊筒、絞車、水泵、配電、信號(hào)、鋪軌等。

　　3.8　安裝7中段人工防護(hù)盤
　　再下掘豎井10  m（包括砌護(hù)）暫停，將上中段的2層安全棚蓋以同樣的安裝形式，同樣深度移裝在7中段平口以下，只是在拆（安）上層安全棚蓋前，必須在6（7）中段下平口作臨時(shí)封閉的安全棚子，以保護(hù)下面作業(yè)人員安全。

　　3.9　施工7～8中段豎井
　　驗(yàn)收6～7中段豎井，并將罐籠提升引到7中段。向8中段延深豎井包括砌護(hù)（工藝同前），此時(shí)人員、設(shè)備、材料、排水、出碴等均由7中段中轉(zhuǎn)。開鑿8中段碼頭門，調(diào)車場(chǎng)，及其左右硐室，并完成必要的砌護(hù)工程量，以達(dá)到繼續(xù)施工時(shí)爆破不影響豎井安全為目的。豎井下掘到八中段下15 m停止。在8中段井口開拓時(shí)需要給豎井繼續(xù)下掘創(chuàng)造出良好的條件，7～8中段的延深方法是典型的利用延深間或梯子間延深豎井的方案。

　　3.10　階段驗(yàn)收
　　7～8中段豎井安裝。拆除安全棚蓋，清理工程場(chǎng)地。安裝豎井信號(hào)、罐籠試運(yùn)行。打竣工報(bào)告、組織工程竣工驗(yàn)收。

　　4　安全技術(shù)措施
　　豎井是礦山的咽喉，豎井延深是生產(chǎn)礦井保證延續(xù)生產(chǎn)、開拓新中段的關(guān)鍵工程，其施工工藝復(fù)雜，作業(yè)條件最為艱苦，深井多層次作業(yè)，鑿巖爆破，機(jī)電設(shè)備安裝，運(yùn)轉(zhuǎn)，裝碴排石，通風(fēng)排水。本次豎井下掘工程嚴(yán)格參考了國(guó)家相關(guān)部門頒布的豎井延深工程的相關(guān)法律法規(guī)，另外根據(jù)主管部門沈陽公司的要求對(duì)上下作業(yè)的安全防護(hù)裝置即安全棚蓋的設(shè)計(jì)要詳細(xì)和安全可靠的計(jì)算。本工程重點(diǎn)考慮了大罐在提升礦石時(shí)自由落下時(shí)的防護(hù)要求。

　　4.1　人工防護(hù)盤的設(shè)計(jì)
　　人工防護(hù)盤是考慮施工中避免出現(xiàn)因上部重大物體墜落時(shí)而造成重大的安全事故，人工防護(hù)盤的設(shè)計(jì)考慮到用留保護(hù)巖柱作為安全防護(hù)層的辦法存在清除時(shí)復(fù)雜不安全等不利因素，故采用水平式人工防護(hù)盤的辦法作為安全防護(hù)層。人工防護(hù)盤分上下2層，如表2所示。通過原梁窩的設(shè)計(jì)可知兩層相距2.5 m，上層承擔(dān)動(dòng)負(fù)荷，下層承擔(dān)靜負(fù)荷，而兩層下面的工作盤只起防護(hù)層作用，隨作業(yè)面向下移動(dòng)，是保護(hù)作業(yè)人員不受小物體墜落傷害的。2層防護(hù)盤的材料構(gòu)成如表2所示。

　　4.2　受力分析
　　4.2.1　最大受力條件Qmax
　　Qmax——斷繩墜罐的動(dòng)力KN，斷繩的位置應(yīng)在鎖罐卡子的上端。
　　罐籠提升受力分析(圖2)：
　　罐籠在提升礦石時(shí)質(zhì)量最大Mmax=M1+M2+M3
　　其中:M1——籠自重2 000 kg
　　M2——礦車重500×2=1 000 kg
　　M3——礦石重1 000×2＝2 000 kg
　　μ——井筒阻力系數(shù)，向下0.8，向上1.2
　　a——提升礦石時(shí)加速度1 m/s2
　　V ——提升速度，V＝6.61 m2/s
　　t1——V /a＝6.61/1＝6.61 s
　　h1——1/2(at21)=21.8
　　t2——[ZK(]V/g    1.2=6.61/9.81×1.2=0.56 s
　　h2——[ZK(]1/2Vt＝1/2×6.61/×0.56=1.85 m
　　h3——5 m
　　所以 H=h1+h2+h3=28.65 m
　　a'=g×0.8=7.848 m/s2
　　t1=(2h/a')1/2=2.7 s
　　V=a'·t' =21.2 m/s
　　f=m·μ·g =39 240 kg
　　Qmax=m v =f t =105 948 kg
　　由以上運(yùn)動(dòng)學(xué)分析結(jié)果Qmax＝105 948 kg
　　由安全棚蓋的結(jié)構(gòu)和材料決定其人工防護(hù)盤重量為68 000 kg，其總重量為112 748 kg。

　　4.2.2　人工防護(hù)盤的承受能力
　　下面分析人工防護(hù)盤的承受能力，單罐籠在罐道的作用，對(duì)人工防護(hù)盤垂直作用，正常情況下棚子均勻受力，考慮動(dòng)靜載荷集中在叁根梁上和6個(gè)井壁砼梁窩均勻受力選單梁分析如下：
　　梁受力彎曲分析如圖3所示：
　　由圖作定性分析：當(dāng)AB視為可移動(dòng)的活點(diǎn)時(shí)如上圖彎距最大是在梁中點(diǎn)，AB作為剛性支點(diǎn)彎曲變化將更小由此梁抗彎曲能力較強(qiáng)，不再驗(yàn)算。

　　4.2.3　梁的剪切受力分析
　　梁是選用24＃工字鋼。
　　p梁窩＝Q/6＝18 791 kg    查表d=10.5 mm   wx=534.29 m3。
　　I∶[KG-*2]S＝21.27，h/1=1.4
　　tmax=P（(I/S)·b)=p/(21.27×10.5×10-5)
　　бmax=PL/WX=(P×200×10-3)/(534×10-6)
　　tmax/бmax=1.2,則tmax-1.25max
　　式中：
　　p——正應(yīng)力
　　a——L受力點(diǎn)到窩邊距離
　　Wx——截面系數(shù)
　　I/S——慣距與面距比
　　a——腰厚
　　tmax——最大剪應(yīng)力
　　бmax——最大正應(yīng)力
　　由于上述計(jì)算結(jié)果tmax＞бmmax需在結(jié)構(gòu)上改進(jìn)在梁下支撐上斜筋，減少剪應(yīng)力，查表計(jì)算24＃工字鋼承受剪切力2 345 750.68 N,通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)后Q/Qmax＝2.26倍。
　　下層防護(hù)盤承受力可視負(fù)荷，此時(shí)罐墜落在上層防護(hù)盤，其質(zhì)量與上層防護(hù)盤合為一體M總＜150 000 kg，因此安全可靠。

　　4.2.4　梁窩的受力分析
　　200＃砼搞壓強(qiáng)度為100 kg/cm2梁窩斷面為11.8×30×6＝21.24 cm2，其承載能力為：
　　Q＝2 124×100＝212 400 kg
　　安全系數(shù)為Q/Qmax=1.88倍
　　為了使其與工字鋼的承載能力相當(dāng)施工時(shí)可在工字鋼頭下面墊20×30 cm2的鋼板使其安全系數(shù)均達(dá)到了3倍以上更安全可靠。


　　5　結(jié)論
　　通過以上方案的分析比較以及施工順序的安排，證明只要掌握了各種豎井的延深方法的內(nèi)涵，掌握了本企業(yè)的現(xiàn)狀利用好現(xiàn)場(chǎng)條件，進(jìn)行充分的論證，最后總能出臺(tái)一個(gè)最佳豎井延深方案。一個(gè)方案的選擇不一定應(yīng)用于全部工程之中，根據(jù)不同的施工階段可以選擇不同的施工方案，從而使整個(gè)工程處于最優(yōu)化狀態(tài)，工程量上合理、經(jīng)濟(jì)利益上最佳、安全上最可靠。通過對(duì)人工防護(hù)盤的重點(diǎn)設(shè)計(jì)、計(jì)算與分析可知，人工防護(hù)盤的設(shè)計(jì)是安全合理的，即使出現(xiàn)最嚴(yán)重后果，即提升礦石時(shí)出現(xiàn)罐籠墜落事故也能滿足安全要求。雖沒進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，在施工中也沒出現(xiàn)預(yù)想的事故來驗(yàn)證，但我們?cè)诶碚撋系玫搅酥С郑龅叫闹杏袛?shù)，在施工過程中使得管理人員和施工人員沒有這方面的后顧之憂。這項(xiàng)工程在施工方面和技術(shù)方面都得到了鐵嶺柴河鉛鋅礦第一爆破公司的大力支持，除了完成本次的6～8中段的施工任務(wù)，本工程完成后又承接了該井的8～10中段的下掘任務(wù)。兩項(xiàng)工程都順利完成，受到了沈陽公司領(lǐng)導(dǎo)及甲方好評(píng)。