利用永久井塔鑿井交叉平行作業(yè)施工技術(shù)

侯祖健 羊群山 何杰兵

1 工程概況

內(nèi)蒙古銀宏能源開發(fā)有限責(zé)任公司泊江海子煤礦位于鄂爾多斯境內(nèi),由煤炭工業(yè)合肥設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)。井田位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市塔然高勒礦區(qū)的最南部。礦區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)有主、副、回風(fēng)立井,其中副井井筒設(shè)計(jì)凈直徑10.5 m,深度617.5 m,最大掘進(jìn)荒徑達(dá)到14.6m,屬國(guó)內(nèi)最大立井井筒,設(shè)計(jì)凍結(jié)段支護(hù)深度550m。副井利用永久井塔鑿井施工,井塔高度64.7 m,共+15.5 m,+24 m,+32.5 m及+44.9 m四個(gè)樓層,鑿井施工平臺(tái)利用+15.5 m,+24 m兩樓層,并在+26.2 m利用井塔中央4根矩形布置的大型鋼混立柱自制提升絞車用天輪平臺(tái),根據(jù)設(shè)備選型情況,本著安全、簡(jiǎn)潔、高效、實(shí)用的原則進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。

2 問題提出

與井架相比較,利用永久井塔鑿井環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng),適用于高寒地區(qū)設(shè)備的保溫與維護(hù)工作,其最明顯的缺陷就是占用籌備期時(shí)間長(zhǎng),鑿井設(shè)施安裝工序較復(fù)雜。由于凍結(jié)井筒對(duì)工期要求十分嚴(yán)格,凍結(jié)站開機(jī)送冷以后,井塔施工必須在有限的時(shí)間內(nèi)滿足鑿井設(shè)備安裝,而往往由于一些工程干擾因素的存在,任務(wù)顯得非常緊張。經(jīng)研究小組認(rèn)真分析,針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件得出以下幾點(diǎn)由急至緩需要解決的問題:1)提升排矸。兩部提升絞車均無法使用,如何提升,需重點(diǎn)解決,溜矸系統(tǒng)只完成東側(cè)主提升一套,為了確保進(jìn)度,西側(cè)溜矸系統(tǒng)必須同步形成。2)掘進(jìn)方法。時(shí)間緊、任務(wù)重、井筒鎖口段荒徑達(dá)14.4 m,應(yīng)考慮如何組織設(shè)備、人員盡快施工以確保凍結(jié)溝槽墻體穩(wěn)定及幫部安全。3)澆筑用模板懸吊及下灰系統(tǒng)。液壓金屬整體大模板設(shè)計(jì)懸吊繩在+26.2 m平臺(tái),目前無法正常使用,需解決模板懸吊問題。另外,澆筑混凝土?xí)r,由于井口封口盤未形成,軌道未鋪設(shè),卸料系統(tǒng)無法使用急須解決。4)安全問題。井塔樓層施工、提升天輪平臺(tái)安裝同步進(jìn)行,對(duì)井筒掘砌工作面墜物時(shí)有發(fā)生,安全問題須重點(diǎn)解決。

3 解決方案

將永久井塔+32.6m,+24.0m兩樓層通過鋪設(shè)鋼梁及50mm厚木板全斷面封閉,四周增設(shè)防護(hù)欄及防墜網(wǎng),確保兩樓層以下施工安全。+32.6m以上井塔扎筋、支模、澆筑混凝土等工序正常施工,+24.0m同步施工提升絞車用天輪平臺(tái)(即自制+26.2 m平臺(tái)),天輪梁及提升天輪正常安裝。兩部絞車提升系統(tǒng)未形成前,利用+24.0m平臺(tái)已經(jīng)安裝天輪、鋼梁及地面兩臺(tái)25 t穩(wěn)車設(shè)置臨時(shí)提升排矸系統(tǒng),井筒掘砌同步進(jìn)行。

3.1 臨時(shí)鑿井系統(tǒng)

1)提升排矸。利用+24.0m平臺(tái)N2,N3號(hào)630工字鋼梁通過φ 40mm鋼絲繩“人”字形懸掛20 t定滑輪,相對(duì)標(biāo)高位置+20.5 m,東西穩(wěn)車群中選定兩臺(tái)靠近井筒提升中心線25 t穩(wěn)車,通過φ 38mm鋼絲繩提升5 m3吊桶,迎頭留座底罐,井下摘掛鉤,裝罐不能過滿。利用東側(cè)溜矸系統(tǒng)排矸至地面,采用人工、鏟車清理矸土。同時(shí)用一天時(shí)間將+11.5 m翻矸臺(tái)完善,將副鉤溜矸系統(tǒng)形成,施工期間,井下撤人。

2)井筒掘進(jìn)。采用 2臺(tái) PC60小松挖掘機(jī)挖土、鐵鍬修邊,小挖機(jī)直接將土運(yùn)到井口,利用鏟車人工及時(shí)清理。采用先挖超前小井,短段臺(tái)階式挖掘,最后人工刷幫至設(shè)計(jì)圈徑,對(duì)凍結(jié)溝槽墻體進(jìn)行打點(diǎn)柱支撐。預(yù)計(jì)施工至3 m深左右,小挖機(jī)無法從工作面將土直接拋出時(shí),采用臨時(shí)提升排矸方案施工。

3)澆筑用模板懸吊及下灰系統(tǒng)。液壓金屬整體模板高4 m,半徑6.05 m,利用+15.5 m已經(jīng)安裝完成的天輪平臺(tái)設(shè)置懸吊,選用該平臺(tái)2個(gè)模板懸吊天輪、1套壓風(fēng)管懸吊及導(dǎo)向天輪、1套排水管懸吊及導(dǎo)向天輪共4個(gè)懸吊點(diǎn),相應(yīng)4臺(tái)穩(wěn)車同步升降模板以滿足砌壁使用。井筒掘砌20m前澆筑混凝土使用遠(yuǎn)距離輸送泵車直接入模,20m以后下灰系統(tǒng)另制,具體方案:先安裝雙層吊盤,懸吊繩及吊盤高約9 m,其下方模板高 4 m,迎頭4 m掘進(jìn)段高,通過計(jì)算可以安裝封口盤。澆筑混凝土?xí)r,在下層吊盤利用溜槽直接入模。

4)安全措施。上下平行作業(yè)期間相互溝通,設(shè)專職安檢員每班檢查+32.5 m,+24.0m平臺(tái)封閉情況,做好防墜工作。并對(duì)提升鋼絲繩及懸吊滑輪進(jìn)行強(qiáng)度核算:

5 m3吊桶提升矸石時(shí):

其中,Km為裝滿系數(shù),取 Km=0.9;V為吊桶容積,V=5 m3;Qz為鉤頭、滑架、緩沖器重量,Qz=Q1+Q2=2109+1923+245=4277 N;γg為松散矸石容重,取 γg=1600 kg/m3;γs為水容重,取 γs=1000 kg/m3;Ks為巖石松散系數(shù),取Ks=2.0;G為5 m3座鉤式吊桶重量,G=1690 kg。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,5 m3吊桶最大值113560 N,選用18×7+FC-38-1770鋼絲繩,其每米重PSB=5.63 kg/m,鋼絲破斷力總和1075154 N。

鋼絲繩安全系數(shù):Ma=1075154÷113560=9.46,選用 20 t定滑輪,其安全校驗(yàn)系數(shù)均大于6。

3.2 井塔施工

井塔剪力墻及承重邊柱采用組裝液壓滑模施工,樓板及中間“井”字形支撐立柱采用現(xiàn)支木模板澆筑,每小班鋼管架設(shè)工30人,鋼筋工20人,木工 10人,澆筑采用泵送入模,局部泵車大臂無法施工,則利用吊塔懸吊灰槽入模,確保入模溫度不低于15℃,并嚴(yán)格控制混凝土初凝時(shí)間。

冬季施工,混凝土利用熱水?dāng)嚢?、輸送車采用裹棉毯保?入模裝置全封閉,井塔內(nèi)每間隔數(shù)米放置一個(gè)火爐,井塔四周用厚塑料布封閉,確保混凝土凝固條件,同時(shí)要做好冬季防火。井塔+32.6m以上扎筋、支模、澆筑混凝土等工序正常施工時(shí),下層天輪平臺(tái)同步安裝,要切實(shí)做好墜物防護(hù)。

3.3 絞車提升天輪平臺(tái)安裝

+26.2 m天輪平臺(tái)為自制鑿井平臺(tái),利用 5根H700×30鋼梁焊接于永久井塔中間四根立柱預(yù)埋鋼板上,形成平臺(tái)框架,其上架設(shè)5根Ⅰ63a及2根950×300組合焊鋼梁作為天輪梁。主副提升均選用2JKZ-4.0m/15雙滾筒大絞車,提升天輪直徑3.0m。井塔施工的同時(shí),在+24 m平臺(tái)以上東西兩側(cè)剪力墻各留有8 m×9 m(高×寬)天輪梁及天輪吊裝用窗口,利用一臺(tái)50 t吊車與塔吊配合使用,將各梁及天輪安裝就位。

4 實(shí)施效果

至2009年12月30日,井塔施工至40.8 m,副井已完成永久鎖口施工、+24.0m及+26.2 m天輪平臺(tái)安裝完畢、兩部4 m大絞車及20部穩(wěn)車均已試驗(yàn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)、井筒掘砌32 m,同時(shí)完成液壓金屬模板、雙層鑿井吊盤井下組裝、封口盤安裝、井口雙軌道鋪設(shè)等重點(diǎn)工序,僅用時(shí)24 d。

5 結(jié)語

采用井塔施工、鑿井設(shè)施安裝、井筒掘砌及井筒凍結(jié)交叉平行作業(yè)方式,高效優(yōu)質(zhì)的施工給了這座有著“全國(guó)之最”的礦井井筒掘砌一個(gè)好的開端,為井筒掘砌與凍結(jié)相匹配贏得了寶貴時(shí)間,確保了施工進(jìn)度,獲得了較大的經(jīng)濟(jì)收益,也為同類工程施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)價(jià)值。

[1]張基磊,陳保淦,徐金根,等.立井井筒機(jī)械化配套設(shè)備優(yōu)質(zhì)快速施工[J].建井技術(shù),2008(6):19-20.

[2]吳正水,謝東海.深部立井快速施工技術(shù)研究[J].中國(guó)西部科技,2007(7):25-26.

[3]張世芳,楊小林.深厚表土礦井建設(shè)技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2002.

[4]張英祥,萬援朝,胡興華.高效鑿井機(jī)械化裝備與技術(shù)[J].建井技術(shù),2005,28(1):38-39.