超大荒斷面凍結(jié)斜井井筒快速施工及應(yīng)用

徐成亮

(山東礦業(yè)管理技術(shù)服務(wù)集團(tuán)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(yīng)用

徐成亮

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

近年來(lái),采用凍結(jié)法施工的深井越來(lái)越多,凍結(jié)壁設(shè)計(jì)強(qiáng)度也越來(lái)越高,該技術(shù)成為井筒通過(guò)含水不穩(wěn)定層的有效手段,在立井凍結(jié)段施工時(shí),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(méi)有很成熟經(jīng)驗(yàn)及規(guī)范,斜井井筒凍結(jié)施工,井筒支護(hù)是關(guān)鍵工作,工藝復(fù)雜,施工速度比較慢,建井成本比較高。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)及提高經(jīng)濟(jì)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(fèi)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(yīng)用

1 前言

福城煤礦新副斜井井筒設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1266.9m，設(shè)計(jì)傾角23°，軌面標(biāo)高+1241.994m，井筒施工完粘土段累計(jì)至斜長(zhǎng)232.375m，本冷凍段長(zhǎng)度268.712m、巷道沿粘土段井筒方向延伸，底板標(biāo)高+1151.994m～+1047m(對(duì)應(yīng)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(xì)沙，淺紅及棕紅色，結(jié)構(gòu)松散，局部夾細(xì)砂層。

針對(duì)大斷面大傾角凍結(jié)斜井井筒施工，我們應(yīng)用先進(jìn)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(diǎn)

(1)根據(jù)凍結(jié)斜井井簡(jiǎn)斷面、凍結(jié)長(zhǎng)度及地質(zhì)條件來(lái)合理的配置機(jī)械化裝備，特別是采用電動(dòng)耙碴機(jī)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(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)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(shí)現(xiàn)正規(guī)循環(huán)作業(yè)。實(shí)現(xiàn)了凍結(jié)斜井井筒快速施工。

(3)井筒開(kāi)鑿后立即進(jìn)行25U型可縮性金屬支架及背網(wǎng)噴臨時(shí)支護(hù)，減少了巖層的暴露時(shí)間，確保了施工安全。實(shí)現(xiàn)了井筒澆注混凝土永久支護(hù)與迎頭掘進(jìn)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(shí)間，增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)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(fù)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(qiáng)了混凝土強(qiáng)度控制。各工種實(shí)現(xiàn)專業(yè)化，按“滾班制”作業(yè)，充分調(diào)動(dòng)了人的主觀能動(dòng)性。掘進(jìn)段長(zhǎng)15-30m，砌砼段長(zhǎng)10～20m，有利于交叉平行作業(yè)循環(huán)的實(shí)施，充分發(fā)揮機(jī)械化裝備的優(yōu)勢(shì)。

3 施工操作要點(diǎn)

(1)最合理的超大荒斷面凍結(jié)井機(jī)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(shí)現(xiàn)，前提條件之一就是要配備足夠的裝矸和提升能力來(lái)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(jī)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(shí)間太長(zhǎng)，制約提高成井速度的問(wèn)題。整體碹弓子模板和自動(dòng)計(jì)量、自動(dòng)攪拌、自動(dòng)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(jī)械化快速施工綜合配套的施工方法，實(shí)現(xiàn)超大斷面快速施工的目的。當(dāng)斜井井筒凈直徑＞5.5m，且井筒深度較淺時(shí)宜布置單鉤提升；當(dāng)井筒深度較深時(shí)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(jī)型選型應(yīng)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(shí)間往往占30%～40%，如何縮短出矸占用的時(shí)間是快速施工得以實(shí)現(xiàn)的重要因素。目前國(guó)內(nèi)凍結(jié)斜井快速施工出矸一般均優(yōu)選綜掘機(jī)，但當(dāng)井筒傾斜角大于23°，超大荒斷面時(shí)，綜掘機(jī)的運(yùn)行就受到了限制，只要施工斷面許可應(yīng)優(yōu)先考慮采用耙碴機(jī)出矸。

在荒斷面大于30m3、凍結(jié)斜井深大于100m施工時(shí)，選用耙碴機(jī)出矸，使出矸速度提高了近一倍，小班出矸時(shí)間縮短了2h左右，僅此一項(xiàng)整個(gè)凍結(jié)井筒出矸時(shí)間就節(jié)省了240h，工人勞動(dòng)強(qiáng)度也降低了50%以上，同時(shí)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(qiáng)風(fēng)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(diǎn)，一般在地面試組裝，拆開(kāi)后下至工作面現(xiàn)場(chǎng)組裝，模板根據(jù)井簡(jiǎn)掘進(jìn)長(zhǎng)度來(lái)確定，段長(zhǎng)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(qiáng)制式攪拌機(jī)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(yīng)。根據(jù)斜井快速施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，地面排矸能力應(yīng)以不影響裝巖、提升來(lái)配置，一般采用落地矸石自卸汽車及裝載機(jī)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(qiáng)度高的混凝土配合比，以適應(yīng)掘進(jìn)速度快的特點(diǎn)。

(2)根據(jù)凍結(jié)井筒荒斷面大的特征，結(jié)合立井機(jī)械化配套中鑿巖、裝巖、支護(hù)、提升和運(yùn)輸各個(gè)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(jì)施工的效果。

(3)我們?cè)趦鼋Y(jié)井井筒施工的成熟經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)超大凍結(jié)井筒荒斷面快速施工進(jìn)行了綜合機(jī)械化配套進(jìn)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(jī)配PLC電控系統(tǒng)，提6m3前傾式箕斗。 一臺(tái)電動(dòng)耙碴機(jī)，井筒另外布置一趟Φ108壓風(fēng)管、供水管、排水管，一趟Φ600風(fēng)筒，動(dòng)力電纜，照明、通訊、信號(hào)、通信電纜、監(jiān)控電纜。

4.2 勞動(dòng)組織管理

(1)項(xiàng)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(yíng)后勤部，機(jī)電管理部，安全生產(chǎn)調(diào)度室等。

(2)勞動(dòng)組織采用綜合施工隊(duì)形式，按專業(yè)化班組配備，井下三個(gè)掘進(jìn)班一個(gè)砌壁班實(shí)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(shí)期，直接工采用專業(yè)工種“滾班”制度，循環(huán)進(jìn)尺1.2m，循環(huán)時(shí)間12小時(shí)，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(yán)格控制掘進(jìn)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(jì)要求；砌壁所用原材料的質(zhì)量合格施工用機(jī)具、模板等必須經(jīng)過(guò)檢查確認(rèn)完好方可使用?；炷翍?yīng)分層對(duì)稱澆筑，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(yán)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(qiáng)安全技術(shù)管理，嚴(yán)格執(zhí)行一工程一措施制度，認(rèn)真編制單位工程施工組織設(shè)計(jì)或技術(shù)安全措施，優(yōu)化施工方案，選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的施工方法。

(2)向全體施工人員傳達(dá)技術(shù)安全措施，并對(duì)工程特征、技術(shù)要求、施工程序、操作要求、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及安全注意事項(xiàng)等進(jìn)行傳達(dá)交底。

(3)加強(qiáng)井邦和頂板管理，防止出現(xiàn)片幫和冒頂，按規(guī)程及時(shí)措施。挖掘機(jī)司機(jī)應(yīng)操作熟練，施工中嚴(yán)禁人員進(jìn)入設(shè)備旋轉(zhuǎn)半徑范圍，以免傷人。通風(fēng)機(jī)必須滿足挖掘機(jī)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(yán)格按照環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)體系要求開(kāi)展日常的各項(xiàng)工作。 建立環(huán)境保護(hù)管理體系，制定可行的環(huán)境管理目標(biāo)，健全管理制度，加大考核力度。井筒加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)管理，保證工作面有足夠的新風(fēng)。

(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(duì)人體的危害。打眼時(shí)要避開(kāi)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(jī)械化快速施工工法，是在特厚粘土層斜井機(jī)械化快速施工基礎(chǔ)上優(yōu)化而形成的，目前國(guó)內(nèi)最合理的機(jī)械化快速施工綜合配套的施工方法。其實(shí)質(zhì)就是在保證工程質(zhì)量的前提下，充分利用機(jī)械設(shè)備的高性能，尤其是大膽采用電運(yùn)耙碴機(jī)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的管理來(lái)縮短井筒建設(shè)工期，其直接效益就是節(jié)省施工輔助費(fèi)用，使礦井提前投產(chǎn)，間接效益就是積累了施工經(jīng)驗(yàn)，提高了企業(yè)的知名度，帶動(dòng)了整個(gè)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(jī)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(jī)械化程度高，施工設(shè)備完好率達(dá)100%。全凍結(jié)段井筒杜絕了一切輕傷以上的事故。同時(shí)，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(yàn)，增強(qiáng)了企業(yè)的信譽(yù)，這種無(wú)形的效益也極為可觀。

7 結(jié)語(yǔ)

我們通過(guò)對(duì)凍結(jié)斜井井筒機(jī)械化快速施工進(jìn)行了研究與應(yīng)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(jī)械化配套作業(yè)線，井筒凍結(jié)段自2012年2月6日正式開(kāi)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(jiàn)，福城新副斜井超大斷面大傾斜角凍結(jié)井井筒機(jī)械化快速施工是成功的，創(chuàng)出了我國(guó)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(jìn)作用。

[1]《礦山井巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GBJ,213-90.

[2]《煤礦井巷工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》MT,5009-94.

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