深立井安全快速施工技術(shù)探討

李士棟，朱學(xué)軍

(1.肥城礦業(yè)集團(tuán)單縣能源有限責(zé)任公司，山東 單縣 274300；2.山東科技大學(xué)，山東 泰安 271019)

1 工程概述

陳蠻莊煤礦主井井筒凈徑φ5.0m，井深952.5m，其中凍結(jié)段621m，復(fù)合井壁，采用雙層鋼筋混凝土支護(hù)，壁厚為800～2000mm，混凝土標(biāo)號(hào)C30～C70；基巖段335.5m，井壁壁厚為500mm、550mm，采用素混凝土支護(hù)，638～952.5m混凝土標(biāo)號(hào)為C40。其中617～638m為井筒加強(qiáng)段，采用雙層鋼筋混凝土支護(hù)，井壁壁厚為1100mm，混凝土標(biāo)號(hào)為C70。

井筒穿過(guò)的地層有第四系、上第三系、二疊系。第四系松散層未固結(jié)，主要為軟塑性黏土、砂質(zhì)黏土及松散的粉砂、細(xì)砂，黏土可塑性強(qiáng)。二疊系揭露石盒子組、山西組地層以粉砂巖、砂巖、泥巖、雜色泥巖和煤組成。二疊系基巖段總厚348.76m，其中砂巖厚度113.90m，占33%；粉砂巖厚度61.37m，占18%；泥巖厚度平均168.93m，占48%；煤層厚度5.95m，占1.7%。

井筒穿過(guò)的含水層，主要由表土段含水砂層和二疊系砂巖含水層組成。井筒表土段采用凍結(jié)法施工，因此對(duì)其含水層情況不再贅述。井筒基巖段有兩個(gè)含水層段,分別為:井深642.25～664.25m段,巖石以粗砂巖為主,離風(fēng)氧化帶較近,屬奎山砂巖含水層,涌水量14m3/h，現(xiàn)已安全通過(guò); 井深750.40～758.40m段,巖石以細(xì)砂巖為主,次為粉砂巖,屬奎山砂巖含水層,涌水量26m3/h。詳見(jiàn)表1。

表1 含水層劃分情況

2 施工機(jī)械化配套方案

根據(jù)井筒的技術(shù)特征及工程、水文地質(zhì)，為加快井筒施工速度，井筒施工采用短段掘砌，四班制滾班作業(yè)。采用鉆爆法掘進(jìn)，傘鉆鉆眼、中深孔爆破，中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)裝巖出矸，防爆液壓挖掘機(jī)輔助清底，兩套單鉤提升，整體金屬模板砌壁，底卸式吊桶下放混凝土。井筒穿過(guò)含水層、斷層破碎帶前進(jìn)行打鉆探水、預(yù)注漿，確保施工安全。詳見(jiàn)表2。

表2 主井施工機(jī)械化配套方案

3 施工工藝

3.1 采用“四新”技術(shù)，加快施工速度

新工藝?；鶐r段施工采用FJD-6A型傘鉆打眼，HZ-4抓巖機(jī)抓巖；MJY型整體金屬大模板、大吊桶、大絞車(chē)、座鉤式自動(dòng)翻矸、自卸汽車(chē)排矸等配套的機(jī)械化作業(yè)新工藝。

新技術(shù)。采用深孔光面、光底、減震弱沖5m深孔爆破。MK-4型潛孔鉆機(jī)鉆眼探水(鉆眼速度每小時(shí)2m)，注漿封水，新型鑿井專(zhuān)用風(fēng)機(jī)通風(fēng)排煙，新型煤礦通訊與信號(hào)裝置通訊指揮聯(lián)絡(luò)調(diào)度等新技術(shù)。

新材料、新設(shè)備?；鶐r段采用防爆挖掘機(jī)輔助清底，電磁雷管，新型抗凍早強(qiáng)劑，高照度DGC175/127型隔爆投光燈、鑿井專(zhuān)用風(fēng)機(jī)、傘鉆、大抓、中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)、大模板等新材料新設(shè)備。

3.2 施工方法

根據(jù)巖石條件和設(shè)計(jì)特征，結(jié)合以往類(lèi)似施工經(jīng)驗(yàn)，為加快工程進(jìn)度，保證施工安全，基巖段決定采用機(jī)械化短段掘砌混合作業(yè)法施工。即采用SJZ-5.5型傘鉆配5臺(tái)YGZ-70鑿巖機(jī)鑿巖，HZ-6A型中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)出矸，兩套單鉤提升，MJY型液壓金屬模板砌壁，裝載機(jī)配自卸汽車(chē)排矸。

3.2.1 鑿巖爆破

SJZ-5.5型傘鉆配5臺(tái)YGZ-70鑿巖機(jī)鑿巖，直徑φ25mm、長(zhǎng)4700mm的釬桿，φ55mm柱齒形釬頭鉆眼；直眼分段擠壓式掏槽，炮眼深為4000mm，打眼人員定人、定鉆、定眼位、定時(shí)間、定質(zhì)量、定數(shù)量，分72°扇形區(qū)間操作，5臺(tái)鉆同時(shí)打眼；放小炮，鉆眼使用YT-29鑿巖機(jī)配B25mm中空六角鋼成品釬桿，ф42mm“一”字型合金鉆頭鉆眼，工作面多臺(tái)風(fēng)鉆同時(shí)作業(yè)。嚴(yán)格按爆破圖表(合理選擇爆破方式)進(jìn)行操作；采用T220水膠炸藥，規(guī)格φ45mm×300mm×0.658kg、φ35mm×300mm×0.385kg，雷管均選用6m長(zhǎng)腳線，段別分別為1ms、3ms、5ms、7ms、9ms延期電磁雷管，隔段使用。放炮母線選用MY3×25+1×10電纜，吊盤(pán)以下至工作面選用4mm2銅芯母線電纜起爆，使用井上380V交流電源，起爆使用井上380V交流電起爆。采用光面、光底、減震、緩沖擊深孔爆破新技術(shù)，并根據(jù)工作面巖石軟硬程度及過(guò)煤層時(shí)，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，提高爆破效率。詳見(jiàn)表3、表4。

表3 主井井筒基巖段爆破參數(shù)表

表4 主井井筒基巖段預(yù)期爆破效果表

3.2.2 抓巖排矸

采用HZ-6A型中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)裝巖，主提選用4.0m3吊桶，副提選用1.5m3吊桶出矸，采用人工座鉤式翻矸，矸石經(jīng)溜槽卸倒地面，經(jīng)裝載機(jī)裝入自卸車(chē)排矸至指定矸石場(chǎng)地。

3.2.3 砌壁

砌壁采用MJY型液壓金屬模板，高3.8m，45°斜面刃角模板固定在模板下方，掘進(jìn)鋼筋工序合格后，整體下放模板。下放模板要專(zhuān)人指揮，通過(guò)電話機(jī)向地面集中控制操作室發(fā)出指令。由地面值班電工操縱三臺(tái)模板懸吊穩(wěn)車(chē)。下放模板前，觀察檢查模板繩狀況和模板受阻情況。下放過(guò)程做到平穩(wěn)、慢速、同步。模板下放到底后，開(kāi)動(dòng)風(fēng)動(dòng)液壓脫模機(jī)使大模板全圓張開(kāi)達(dá)到設(shè)計(jì)周長(zhǎng)(大模板上有限位裝置)。下放井筒中心線，丈量模板半徑，通過(guò)三根大模繩的升降調(diào)整模板的平面位置，使模板半徑達(dá)到設(shè)計(jì)要求。地面和井下都要安排人一直觀察模板懸吊繩的受力狀況。找線調(diào)整模板繩時(shí)，盡量做到只松不起或多松少起，或即起即松，特別要避免單獨(dú)過(guò)度地起提某一根大模繩。大模板找線完畢，經(jīng)驗(yàn)收合格后，還要檢查底口是否有漏灰地方，上端接茬口高度是否合適。澆注前模板，要擦油或涂脫模劑。模板的限位頂絲旋緊，高壓油管和閉鎖收拾整齊，用塑料布蓋好。

混凝土由井口集中攪拌站提供，采用DX-2.4/1.6m3底卸式吊桶下料至吊盤(pán),吊盤(pán)上鋪設(shè)分灰器,混凝土經(jīng)分灰器和溜灰管對(duì)稱(chēng)均勻入模板內(nèi)。混凝土在分灰器中實(shí)現(xiàn)二次攪拌，對(duì)稱(chēng)澆筑，每層澆筑厚度不超過(guò)300mm，振動(dòng)棒振動(dòng)范圍500mm，應(yīng)準(zhǔn)備4臺(tái)插入式振動(dòng)棒，3臺(tái)同時(shí)振搗，1臺(tái)備用。振搗要充分而不過(guò)分，肉眼觀察以混凝土面基本流平、灰漿均勻飽滿，沒(méi)有明顯氣泡逸出為準(zhǔn)。

3.3 井筒通過(guò)不穩(wěn)定巖層及破碎帶的施工

井筒掘砌過(guò)不穩(wěn)定巖層，為確保安全快速施工，采取如下技術(shù)措施：

(1)掘進(jìn)時(shí)，根據(jù)圍巖破碎的程度，采取減小周邊眼圈徑進(jìn)行放炮，周邊眼距井筒荒徑不小于300mm，并嚴(yán)格控制裝藥量，以減少對(duì)圍巖的震動(dòng)，剩余部分采用人工風(fēng)鎬刷幫。

(2)在破碎帶施工時(shí)，可視情況增加錨網(wǎng)噴一層支護(hù)，錨桿采用強(qiáng)力樹(shù)脂金屬錨桿，規(guī)格：Ф18mm×2000mm，間排距800mm×800mm。采用Ф6.5mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為150mm×150mm。噴射混凝土厚度70mm。

(3)極不穩(wěn)定巖層段、煤層段，采用型鋼支架、背板臨時(shí)支護(hù)，支架為29U型鋼加工而成，背板為50mm厚混凝土板，支架間距700～800mm。

3.4 井筒綜合防治水

工作面預(yù)注漿是以封堵灰?guī)r孔隙、裂隙水為目的，采用人工砌筑混凝土止?jié){墊，預(yù)埋無(wú)縫鋼管作注漿孔口管，利用ZDY4000-S型液壓鉆機(jī)在工作面施工注漿孔。注漿站設(shè)在地面，從井口至工作面，接兩路Ф32mm高壓膠管作為輸漿管路，將地面攪拌好的水泥漿液壓入注漿孔含水層裂隙中，用來(lái)封堵裂隙水。

(1)探水注漿孔的施工：注漿鉆孔采用ZDY4000-S型液壓鉆機(jī)，分別配φ50mm鉆桿及φ75/127mm三芯鉆頭施工，地面通過(guò)供水管直接供水打鉆作循環(huán)水。在打鉆前，要在φ108mm孔口管上安設(shè)4″高壓球閥，以防鉆孔時(shí)含水層突水造成淹井事故。

打鉆施工是在打鉆平臺(tái)上進(jìn)行的，打鉆平臺(tái)距止?jié){墊3m左右，工作盤(pán)與工作面止?jié){墊之間用馬腿支撐，在工作盤(pán)上安裝鉆機(jī)，打鉆人員在工作盤(pán)上操作。鉆進(jìn)過(guò)程中，若鉆孔涌水量超過(guò)5m3/h，或因巖石破碎打不下去時(shí)，停鉆注漿，否則一直鉆進(jìn)直至終孔，終孔時(shí)要核實(shí)鉆具長(zhǎng)度，確保鉆孔深度符合設(shè)計(jì)要求。

(2)注漿前的準(zhǔn)備工作：注漿站布置在井口正西方向，儲(chǔ)漿池1個(gè)(3m3)，在儲(chǔ)漿池東側(cè)安裝1臺(tái)XPB-90E型注漿泵，并設(shè)置清水池、水泥漿攪拌系統(tǒng)。地面注水泥漿利用兩路φ32mm×6mm高壓膠管作輸漿管路，為確保安全、牢固、穩(wěn)定，采用大抓繩懸吊入井，接頭銷(xiāo)子必須牢固，用卡子固定在鋼絲繩上，井口上注漿泵與高壓膠管連接，工作面孔口管上混合器與軟高壓膠管直接連接。

(3)注漿作業(yè)流程：漿液經(jīng)攪拌系統(tǒng)攪拌后，經(jīng)注漿泵、輸漿管和注漿孔口管進(jìn)入受注巖層。

(4)注漿作業(yè)程序：當(dāng)注漿孔鉆到既定深度后，先用清水沖孔(破碎帶不沖)直到流清水后進(jìn)行注漿作業(yè)。注漿作業(yè)程序如下：接通輸漿管路 → 壓水試驗(yàn) → 注漿 → 定量壓清水 → 沖洗輸漿管路 →拆洗注漿泵 → 掃孔或鉆進(jìn)。

(5)注漿標(biāo)準(zhǔn)：一是各注漿孔的注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓值，注入量小于30～40L/min，穩(wěn)定20min以上。二是注漿結(jié)束時(shí)，漿液的水灰比不低于1∶1(即1∶1漿液或更稀)。三是漿液的注入量基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。四是注漿孔結(jié)束后，施工單位、監(jiān)理單位、建設(shè)單位匯同有關(guān)專(zhuān)家，根據(jù)注漿記錄綜合評(píng)定注漿結(jié)論，確定注漿是否結(jié)束。

(6)注漿過(guò)程中的質(zhì)量檢查：注漿施工是隱蔽性工程，施工過(guò)程中的技術(shù)資料以及出現(xiàn)的與注漿相關(guān)的現(xiàn)象，都是評(píng)價(jià)注漿質(zhì)量的重要依據(jù)；必須及時(shí)進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)和分析各孔的注漿參數(shù)、注入漿量和材料等，以便了解各孔間參數(shù)的變化，從而采取相應(yīng)的措施；對(duì)于返漿和竄漿情況都要做好記錄，查出原因，避免再次發(fā)生。

4 施工輔助系統(tǒng)

主井施工利用ⅣG型鑿井井架，布置兩套單鉤提升：主提升采用2JKZ-3.6/12.96鑿井專(zhuān)用絞車(chē)配一套單鉤4.0 m3吊桶、副提升采用JK-2.5/20絞車(chē)配一套單鉤1.5 m3吊桶提升?；鶐r段施工期間，井口設(shè)置10kV/6kV臨時(shí)配電所一座，壓風(fēng)由礦壓風(fēng)機(jī)房接入主井井口，經(jīng)φ160mm高分子高強(qiáng)聚乙烯塑料壓風(fēng)管至吊盤(pán)上，由地面2臺(tái)16T穩(wěn)車(chē)懸吊。選用兩臺(tái)2×30kW(一臺(tái)備用)對(duì)旋式風(fēng)機(jī)做壓入式通風(fēng)，膠制風(fēng)筒直徑800mm。增設(shè)一臺(tái)80DG-50×12型高揚(yáng)程臥泵，在上層吊盤(pán)設(shè)一3m3水箱，迎頭風(fēng)泵排至水箱，臥泵從水箱排至地面(由供水管作排水管排至地面)，布置簡(jiǎn)單，不需增加穩(wěn)車(chē)鋼絲繩。簡(jiǎn)化了井筒施工布置，加大了提升安全空間。

5 施工組織管理

(1) 成立由項(xiàng)目經(jīng)理、機(jī)電經(jīng)理組成的快速掘砌現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)小組。每周召開(kāi)兩次生產(chǎn)調(diào)度會(huì)，每天召開(kāi)一次生產(chǎn)平衡會(huì)，及時(shí)解決生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，確保人、財(cái)、物的供應(yīng)。全面加強(qiáng)掘進(jìn)、機(jī)電、運(yùn)輸系統(tǒng)的組織和管理。以抓正規(guī)循環(huán)為中心，狠抓掘進(jìn)、裝巖、提升、砌壁和運(yùn)輸?shù)戎饕ば虻呐浜虾凸ぷ?，使整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致。

(2) 積極開(kāi)展多種競(jìng)賽活動(dòng)，充分發(fā)揮經(jīng)濟(jì)杠桿的作用。按分計(jì)酬，多勞多得，實(shí)行小指標(biāo)獎(jiǎng)，訂出每小班基本工作量，對(duì)當(dāng)班超出基本工作量部分拿出現(xiàn)金當(dāng)班兌現(xiàn)。組織班與班開(kāi)展對(duì)口勞動(dòng)競(jìng)賽，鼓勵(lì)上班為下班創(chuàng)造條件，最大程度調(diào)動(dòng)職工積極性。

(3) 對(duì)鑿井設(shè)施，實(shí)行定人定機(jī)維修保養(yǎng)制度。使設(shè)備維持在良好的待命狀態(tài)。

掘進(jìn)各班組負(fù)責(zé)各工序的施工，定量限時(shí)，“滾班制”作業(yè)，嚴(yán)格按循環(huán)圖表要求控制作業(yè)時(shí)間，保證正規(guī)循環(huán)作業(yè)。地面輔助工，實(shí)行“三八”制作業(yè)，與掘進(jìn)班組配合施工，保證井下掘進(jìn)工作的順利進(jìn)行。

6 結(jié) 語(yǔ)

(1) 通過(guò)采用“四新”新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備，確保工程施工的每一個(gè)階段、每一個(gè)環(huán)節(jié)、每一道工序都處于受控狀態(tài)，確保工程質(zhì)量。做到了優(yōu)質(zhì)、快速、高效施工。在井筒施工條件差，井壁支護(hù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況下，主井井筒施工創(chuàng)出了月成井134m的好成績(jī)。

(2) 根據(jù)井筒的技術(shù)特征及工程、水文地質(zhì)，井筒施工采用短段掘砌、四班制滾班作業(yè)。采用“四大一深”工藝進(jìn)行施工，即“大絞車(chē)”、“大吊桶”、“大抓巖機(jī)”、“大模板”和“中深孔爆破”等配套的立井施工機(jī)械化作業(yè)線，加快了井筒施工速度。

(3) 通過(guò)基巖段的施工，總結(jié)出了“探、注、封、排、截”等一套深立井井筒綜合防治水施工工藝，有效控制了工作面水害的發(fā)生，確保了井筒的施工進(jìn)度和質(zhì)量。

(4)加強(qiáng)了通過(guò)不穩(wěn)定巖層及破碎帶的施工技術(shù)措施，根據(jù)圍巖破碎的程度，采取減小周邊眼圈徑進(jìn)行放炮，可視情況增加錨網(wǎng)噴一層支護(hù)和采用型鋼支架、背板等臨時(shí)支護(hù)，確保了井筒的安全快速施工。

(5)科學(xué)的施工組織與管理，通過(guò)采用先進(jìn)的施工技術(shù)、合理的施工工藝、可靠的機(jī)械化配套裝備以及精心的組織和科學(xué)的管理。在施工中，組織多工序平行交叉作業(yè)，減少輔助作業(yè)時(shí)間，提高工作效率，充分調(diào)動(dòng)職工的積極性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效的工作目標(biāo)，為保證了各項(xiàng)工程、各個(gè)工序按工期要求，有條不紊的進(jìn)行提供了保障。

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