徐成亮

(山東礦業(yè)管理技術(shù)服務集團有限公司,山東泰安 271000)

超大荒斷面凍結(jié)斜井井筒快速施工及應用

徐成亮

(山東礦業(yè)管理技術(shù)服務集團有限公司,山東泰安 271000)

近年來,采用凍結(jié)法施工的深井越來越多,凍結(jié)壁設(shè)計強度也越來越高,該技術(shù)成為井筒通過含水不穩(wěn)定層的有效手段,在立井凍結(jié)段施工時,充分體現(xiàn)了其優(yōu)越性。但是,斜井井筒凍結(jié)施工在礦井建設(shè)中還沒有很成熟經(jīng)驗及規(guī)范,斜井井筒凍結(jié)施工,井筒支護是關(guān)鍵工作,工藝復雜,施工速度比較慢,建井成本比較高。隨著市場競爭及提高經(jīng)濟效益的要求,加快凍結(jié)斜井施工速度,是縮短礦井建設(shè)工期的關(guān)鍵,特別是凍結(jié)井增加了凍結(jié)工期和費用,再加上超大荒斷面,大傾斜角,加快施工速度尤其重要。

礦井建設(shè) 凍結(jié)斜井 快速施工及應用

1 前言

福城煤礦新副斜井井筒設(shè)計長度1266.9m，設(shè)計傾角23°，軌面標高+1241.994m，井筒施工完粘土段累計至斜長232.375m，本冷凍段長度268.712m、巷道沿粘土段井筒方向延伸，底板標高+1151.994m～+1047m(對應地面垂深為90m～194.994m)，凈斷面積15.7m2，凈寬4.6m，凈高3.9m。該斜井凍結(jié)段巖層特征屬于第三系的粘土層。此段主要性質(zhì)為：粘土、砂質(zhì)粘土及細沙，淺紅及棕紅色，結(jié)構(gòu)松散，局部夾細砂層。

針對大斷面大傾角凍結(jié)斜井井筒施工，我們應用先進的施工工藝和技術(shù)，安全、優(yōu)質(zhì)、快速的完成福城煤礦新副斜井井筒施工。

2 施工技術(shù)特點

(1)根據(jù)凍結(jié)斜井井簡斷面、凍結(jié)長度及地質(zhì)條件來合理的配置機械化裝備，特別是采用電動耙碴機出矸，工作面刷幫清底，節(jié)省了大量人工；解決了因斷面大，矸石量大，傾斜角大，裝載困難，出矸時間長的問題，提高工效近4倍。

(2)解決了斜井施工，工作面迎頭鉆超前炮眼與出矸作業(yè)平行交叉施工，縮短了循環(huán)周期，有利于實現(xiàn)正規(guī)循環(huán)作業(yè)。實現(xiàn)了凍結(jié)斜井井筒快速施工。

(3)井筒開鑿后立即進行25U型可縮性金屬支架及背網(wǎng)噴臨時支護，減少了巖層的暴露時間，確保了施工安全。實現(xiàn)了井筒澆注混凝土永久支護與迎頭掘進平行交叉施工，反拱施工與井筒混凝土平行交叉施工，合茬口注漿、壁后注漿與井筒平行交叉施工，縮短了循環(huán)作業(yè)時間，增強了企業(yè)的競爭力。

(4)解決了凍結(jié)管路鹽水回收，掘后揭露的凍結(jié)管恢復利用，反拱施工底板澆注合茬口的處理，拱頂合茬口的處理，加強了混凝土強度控制。各工種實現(xiàn)專業(yè)化，按“滾班制”作業(yè)，充分調(diào)動了人的主觀能動性。掘進段長15-30m，砌砼段長10～20m，有利于交叉平行作業(yè)循環(huán)的實施，充分發(fā)揮機械化裝備的優(yōu)勢。

3 施工操作要點

(1)最合理的超大荒斷面凍結(jié)井機械化快速施工綜合配套設(shè)備和方案。要確保超大荒斷面凍結(jié)井斜井快速施工得以實現(xiàn)，前提條件之一就是要配備足夠的裝矸和提升能力來滿足快速施工的需要。若采用傳統(tǒng)的人工裝矸顯然已不能滿足快速施工的條件。采用ZWY-220煤礦用挖掘裝載機出矸刷幫和JKZ－2.0大絞車配以6m3前傾式箕斗提升，很好地解決了超大荒斷面凍結(jié)井出矸時間太長，制約提高成井速度的問題。整體碹弓子模板和自動計量、自動攪拌、自動下料的砼攪拌系統(tǒng)；澆注用水采用蒸汽加熱技術(shù)，保證混凝土入模溫度；絞車電控用PLC控制等新技術(shù)形成了機械化快速施工綜合配套的施工方法，實現(xiàn)超大斷面快速施工的目的。當斜井井筒凈直徑＞5.5m，且井筒深度較淺時宜布置單鉤提升；當井筒深度較深時只要施工斷面允許盡可能布置雙鉤提升或鋪設(shè)一條皮帶，皮帶機型選型應根據(jù)井筒直徑、深度等綜合確定。

(2)最優(yōu)出矸與排矸設(shè)備的配套。凍結(jié)斜井快速施工每一循環(huán)中，出矸時間往往占30%～40%，如何縮短出矸占用的時間是快速施工得以實現(xiàn)的重要因素。目前國內(nèi)凍結(jié)斜井快速施工出矸一般均優(yōu)選綜掘機，但當井筒傾斜角大于23°，超大荒斷面時，綜掘機的運行就受到了限制，只要施工斷面許可應優(yōu)先考慮采用耙碴機出矸。

在荒斷面大于30m3、凍結(jié)斜井深大于100m施工時，選用耙碴機出矸，使出矸速度提高了近一倍，小班出矸時間縮短了2h左右，僅此一項整個凍結(jié)井筒出矸時間就節(jié)省了240h，工人勞動強度也降低了50%以上，同時也提高了清底、刷幫質(zhì)量，為后續(xù)工作創(chuàng)造了良好的條件。

(3)最優(yōu)打眼爆破設(shè)備及技術(shù)。凍結(jié)斜井施工速度與爆破效果有直接聯(lián)系，而爆破效果由打眼設(shè)備及技術(shù)所決定。凍結(jié)斜井打眼宜優(yōu)選高強風煤鉆，爆破技術(shù)宜采用深淺孔光面爆破技術(shù)，T220型水膠炸藥，5段毫秒延期電雷管串聯(lián)方式。

(4)最優(yōu)砌壁模板及下料工藝相配套。砌壁模板是凍結(jié)斜井快速施工具有工藝特征的關(guān)鍵設(shè)備，模板性能好壞直接影響到施工速度的快慢及質(zhì)量的好壞。目前，斜井快速施工模板一般均采用鋼碹弓子小塊金屬模板，該模板具有脫模方便、剛度大、變形小、立模方便等優(yōu)點，一般在地面試組裝，拆開后下至工作面現(xiàn)場組裝，模板根據(jù)井簡掘進長度來確定，段長一般為9～16.5m，砌壁混凝土一般由混凝土集中攪拌站提供，強制式攪拌機拌料，側(cè)卸式混凝土輸送車或混凝土攪拌輸送車下料。

(5)地面排矸能力要與裝巖、提升能力相適應。根據(jù)斜井快速施工經(jīng)驗總結(jié)，地面排矸能力應以不影響裝巖、提升來配置，一般采用落地矸石自卸汽車及裝載機集中排矸。

4 材料設(shè)備及組織管理

4.1 材料設(shè)備

(1)澆筑混凝土選用早期強度高的混凝土配合比，以適應掘進速度快的特點。

(2)根據(jù)凍結(jié)井筒荒斷面大的特征，結(jié)合立井機械化配套中鑿巖、裝巖、支護、提升和運輸各個環(huán)節(jié)相互匹配的要求，使設(shè)備綜合能力最大限度得到發(fā)揮，取得快速、經(jīng)濟施工的效果。

(3)我們在凍結(jié)井井筒施工的成熟經(jīng)驗基礎(chǔ)上，對超大凍結(jié)井筒荒斷面快速施工進行了綜合機械化配套進行設(shè)備選型。

(4)井筒布置1套單鉤提升系統(tǒng)，選用JKZ-2.0型提升機配PLC電控系統(tǒng)，提6m3前傾式箕斗。 一臺電動耙碴機，井筒另外布置一趟Φ108壓風管、供水管、排水管，一趟Φ600風筒，動力電纜，照明、通訊、信號、通信電纜、監(jiān)控電纜。

4.2 勞動組織管理

(1)項目部設(shè)經(jīng)理1人，副經(jīng)理3人，另設(shè)工程技術(shù)部，經(jīng)營后勤部，機電管理部，安全生產(chǎn)調(diào)度室等。

(2)勞動組織采用綜合施工隊形式，按專業(yè)化班組配備，井下三個掘進班一個砌壁班實行滾班制作業(yè)，地面輔助人員“三八”制作

業(yè)。井筒凍結(jié)段掘砌施工時期，直接工采用專業(yè)工種“滾班”制度，循環(huán)進尺1.2m，循環(huán)時間12小時，循環(huán)率90%。

5 質(zhì)量安全控制與環(huán)保措施

5.1 質(zhì)量控制措施

(1)嚴格控制掘進斷面，采用光面爆破，做到不欠挖、超挖不大于技術(shù)規(guī)范規(guī)定。

(2)砌壁施工：斷面尺寸必須符合設(shè)計要求；砌壁所用原材料的質(zhì)量合格施工用機具、模板等必須經(jīng)過檢查確認完好方可使用?；炷翍謱訉ΨQ澆筑，每層澆筑高度不大于400mm，且連續(xù)灌筑。

5.2 安全控制措施

(1)施工中嚴格按《煤礦安全規(guī)程》和《煤礦建設(shè)安全規(guī)定》執(zhí)行。加強安全技術(shù)管理，嚴格執(zhí)行一工程一措施制度，認真編制單位工程施工組織設(shè)計或技術(shù)安全措施，優(yōu)化施工方案，選擇技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全可靠的施工方法。

(2)向全體施工人員傳達技術(shù)安全措施，并對工程特征、技術(shù)要求、施工程序、操作要求、質(zhì)量標準以及安全注意事項等進行傳達交底。

(3)加強井邦和頂板管理，防止出現(xiàn)片幫和冒頂，按規(guī)程及時措施。挖掘機司機應操作熟練，施工中嚴禁人員進入設(shè)備旋轉(zhuǎn)半徑范圍，以免傷人。通風機必須滿足挖掘機作業(yè)期間工作面排煙和人員需要。

5.3 環(huán)?？刂拼胧?/h3>

(1)嚴格按照環(huán)境管理標準體系要求開展日常的各項工作。 建立環(huán)境保護管理體系，制定可行的環(huán)境管理目標，健全管理制度，加大考核力度。井筒加強通風系統(tǒng)管理，保證工作面有足夠的新風。

(2)作業(yè)人員必須佩帶合格的勞保用品，降低粉塵和噪音對人體的危害。打眼時要避開凍結(jié)管，避免凍結(jié)管受到破壞，造成鹽水泄露。

6 效益分析

超大斷面凍結(jié)井凍結(jié)段斜井機械化快速施工工法，是在特厚粘土層斜井機械化快速施工基礎(chǔ)上優(yōu)化而形成的，目前國內(nèi)最合理的機械化快速施工綜合配套的施工方法。其實質(zhì)就是在保證工程質(zhì)量的前提下，充分利用機械設(shè)備的高性能，尤其是大膽采用電運耙碴機，經(jīng)過嚴格的管理來縮短井筒建設(shè)工期，其直接效益就是節(jié)省施工輔助費用，使礦井提前投產(chǎn)，間接效益就是積累了施工經(jīng)驗，提高了企業(yè)的知名度，帶動了整個斜井井筒建井技術(shù)向前發(fā)展。

福城煤礦新副斜井超大斷面大傾斜角凍結(jié)段快速施工，利用斜井機械化快速施工工法創(chuàng)凍結(jié)斜井井筒施工記錄，且工程質(zhì)量為全優(yōu)工程，全員人均效率高，機械化程度高，施工設(shè)備完好率達100%。全凍結(jié)段井筒杜絕了一切輕傷以上的事故。同時，斜井井筒連續(xù)快速施工也為施工單位積累了豐富的施工經(jīng)驗，增強了企業(yè)的信譽，這種無形的效益也極為可觀。

7 結(jié)語

我們通過對凍結(jié)斜井井筒機械化快速施工進行了研究與應用，在福城新副斜井的施工中成熟地利用了超大荒斷面凍結(jié)斜井井筒機械化配套作業(yè)線，井筒凍結(jié)段自2012年2月6日正式開工，平均月成井34.8m。創(chuàng)同行業(yè)超大荒斷面、大傾斜角凍結(jié)斜井井筒快速施工新記錄。

由此可見，福城新副斜井超大斷面大傾斜角凍結(jié)井井筒機械化快速施工是成功的，創(chuàng)出了我國同行業(yè)超大斷面凍結(jié)井斜井井筒施工最好水平，為超大斷面大傾斜角凍結(jié)斜井井筒快速施工技術(shù)研究起到了一定的促進作用。

[1]《礦山井巷工程施工及驗收規(guī)范》GBJ,213-90.

[2]《煤礦井巷工程質(zhì)量檢驗評定標準》MT,5009-94.

徐成亮(1972—),男,山東礦業(yè)管理集團總經(jīng)理助理,生產(chǎn)技術(shù)部部長,高級工程師,1996年畢業(yè)于山東礦業(yè)學院,一直從事礦山建設(shè)及技術(shù)管理工作。