超長凍結斜井機械化配套方案的探討及實施

摘 要：以月度期望指標驗算每班的矸石量，確定無軌膠輪車的型號，通過無軌膠輪車的后幫高度，結合電機滾筒的拋灑曲線，確定了第二運輸機電機滾筒的高度。于是該文主要介紹了工程概況，簡單介紹了地質及凍結方案，提出了掘進及配套方案，重點分析了采用EBZ160綜掘機掘進，定制二運轉載，無軌膠輪車出矸，內(nèi)、外壁采用滑模臺車，混凝土輸送泵澆筑采用該方案需要解決的諸多問題，然后針對這些問題，提出了有效的解決對策，最后給出了施工組織與進度展示。以供同行們進行參考借鑒。

關鍵詞：綜掘機 混凝土輸送泵 全國紀錄 配套方案

中圖分類號：TD26 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（b）-0182-02

1 工程概況

袁大灘井田位于陜北侏羅紀煤田榆橫礦區(qū)東北部，榆溪河以西，無定河以北，古長城西北處。井田東距榆林市約20 km，井田面積231.1 km2，行政區(qū)劃隸屬榆林市榆陽區(qū)小紀汗鄉(xiāng)、巴拉素鎮(zhèn)及芹河鄉(xiāng)。由陜西中能煤田有限公司投資建設，中煤西安設計工程有限責任公司設計施工總承包。

袁大灘煤礦采用立井+斜井混合開拓方式，中十冶承建副斜井井筒工程，該井筒技術參數(shù)如表1所示。

2 地質及凍結方案簡介

由于副斜井井筒的靜水位為-1.5～ 1.8 m，根據(jù)業(yè)主提供的地質報告顯示，井筒按原設計方案向前施工，第四系風積沙厚度為99.8 m，井筒穿越強含水砂層長度超過1200 m，無論采用何種掘砌方案，成本均超控。按照多次專家會議論證，結合補勘資料，斜井井筒于里程點0+250.3 m處完成184°轉向，采用凍結方案進入基巖段，第四系風積沙厚度為65 m，凍結垂深為16.127～90.433 m，即基巖上平面距井筒荒頂板≥10 m，斜井凍結長度降至661.091 m。

凍結每40 m分為一段，每段設置封頭孔，共設置17排中排凍結管。井筒荒徑外側固定距離設置邊排孔，根據(jù)凍結深度、地下水的流速以及凍結開機至交圈時間的驗算，以控制掘砌開始時間。每排中孔分為3個，井筒荒徑內(nèi)均勻布置，主管除井筒荒斷面內(nèi)采用Φ133無縫鋼管，外側包裹保溫材料實行保溫凍結外，其余均采用Φ89無縫鋼管作為回路，采用內(nèi)嵌式PVC管作為去路。

每一段的荒徑以外、底板、頂板的有效凍結壁厚度分別為3.5 m、4 m、6 m。

3 掘進及配套方案的提出

（1）采用7655鑿巖機普通鉆爆法掘進，扒渣機出矸，無軌膠輪車運輸出井，滿堂架支設碹胎，人工上料澆筑。

該方案為傳統(tǒng)方案，經(jīng)過初步驗算，月進度為15～20 m，且安全得不到保證，工人勞動強度極大，效率極其低下，質量得不到有效的控制，直接否決。

（2）采用EBH90雙滾筒綜掘機掘進，鏟車出矸，滿堂架支設碹胎，人工上料澆筑。

經(jīng)過初步驗算，月進度為25～30 m。由于凍結段斷面大，采用上述綜掘機掘進時，縱向掘進需要分臺階，橫向掘進需要多次定位，并且在凍結段內(nèi)未設置調車硐室，掘進及出矸效率極其低下。滿堂架支設碹胎，人工上料澆筑，該方案同上，安全得不到保證，工人勞動強度極大，效率極其低下，質量得不到有效的控制，直接否決。

（3）采用EBH90雙滾筒綜掘機掘進，鏟車出矸，內(nèi)壁采用滑模臺車，混凝土輸送泵澆筑。

經(jīng)過初步運行驗證，月進度能夠達到30～35 m。由于凍結段斷面大，采用上述方案掘進及出矸效率同上。但采用滑模臺車和混凝土輸送泵，質量得到有效控制，工人勞動強度大大降低。

（4）采用EBZ160綜掘機掘進，定制二運轉載，無軌膠輪車出矸，內(nèi)、外壁采用滑模臺車，混凝土輸送泵澆筑采用該方案需要解決以下諸多問題：

①綜掘機的自重和凍結底板強度的匹配，和井筒內(nèi)底板已割除凍結管的覆壓問題；

②綜掘機對凍結管的擾動問題；

③控頂距的控制問題；

④掘進、支護中的定向問題；

⑤定制轉載二運的長度和段長的控制，以及機尾高度和無軌膠輪車的裝載匹配問題；

⑥內(nèi)壁墻部鋼筋對外模臺車的影響問題；

⑦內(nèi)、外模臺車門洞的預留規(guī)格問題，需滿足轉載二運和無軌膠輪車的運行問題；

⑧內(nèi)、外模臺車的距離控制，以及混凝土輸送泵的距離控制問題；

⑨各工序穿插、平行施工控制，提高機械化配套效率的問題。

雖然有上述諸多問題，但綜合機械化程度高，從掘進、運輸、支護等各方面全部實現(xiàn)了機械化作業(yè)，經(jīng)初步推演，月進度能夠達到50～55 m，并且具有以下幾個優(yōu)點：

（1）采取一定的措施對凍結體的穩(wěn)定性無影響，提高了施工安全。

（2）采用一定的掘進方案，支護能及時到位，能夠解決控頂距的問題；

（3）降低了工人勞動強度，極大提高了人工工效；

（4）巷道成型規(guī)整，幾乎沒有超挖現(xiàn)象的發(fā)生。

為保證施工質量及施工安全，我們比對了各項配套方案，決定采用第四）項掘進及配套方案。

4 問題的解決

（1）通過和凍結單位的溝通，進行的科學的驗算，計算出凍結底板在接地履帶范圍內(nèi)能夠承受的最大單位壓力，來反推驗證綜掘機的接地比壓，最終確定EBZ160綜掘機完全可以在凍結底板上運行。為保證履帶不覆壓底板已割除凍結管，在履帶行走前，人工采用風鎬將凍結管周圍的凍結體向設計荒底板多挖掘200，挖掘半徑以滿足氧氣割除為前提即可。

（2）加強對綜掘機司機的培訓，加強班長、帶班項目部領導的安全專盯工作，掘進機的炮頭只許在凍結管之間運行，規(guī)范操作，不得觸碰凍結管，防止對凍結體產(chǎn)生擾動。

（3）由于井筒設計斷面高度較高，綜掘機一次定位高度達不到設計高度，采用正臺階法掘進，每次掘進上臺階長度為6 m，掘進到位后，進行下臺階刷底工作，一次刷掘到設計底板，為減少人工刷幫量，最小控頂距為2 m，最大控頂距為8 m。

（4）采用激光進行方位及坡度的控制，頂、兩幫各一道共三道激光，保證了井筒掘進的規(guī)整及成型，解決了掘進、支護的定向問題。

（5）經(jīng)過方案的反復驗證及推演，結合綜掘機的長度，循環(huán)段長以及平行操作空間，確定第二運輸機的長度為15 m。以月度期望指標驗算每班的矸石量，確定無軌膠輪車的型號，通過無軌膠輪車的后幫高度，結合電機滾筒的拋灑曲線，確定了第二運輸機電機滾筒的高度。

（6）內(nèi)壁采用雙層鋼筋混凝土支護，在澆筑外壁前，必須將一次底板澆筑到位，墻部鋼筋必須預先埋設，而外壁臺車的脫模高度為100，為使鋼筋的安裝滿足規(guī)范要求，內(nèi)外環(huán)筋采用套管和底板預埋鋼筋連接，預埋鋼筋裸露底板高度≤90㎜，解決了內(nèi)壁鋼筋對外壁臺車的影響。

（7）根據(jù)無軌膠輪車的高度+第二運輸機電機滾筒的高度，確定了內(nèi)、外壁臺車的門洞高度，根據(jù)無軌膠輪車的寬度、行人安全間隙及綜掘機鏟板的寬度，確定了內(nèi)、外壁臺車的門洞高度。以達到臺車的運行獨立，矸石裝載、轉運獨立的效果。

（8）為便于操作，減少輸送泵管的安裝工作量，確定內(nèi)壁滯后于外壁1～2個循環(huán)，即6～12 m，混凝土輸送泵滯后內(nèi)壁4～10 m。混凝土采用地面廠區(qū)內(nèi)提供的商品混凝土，采用混凝土罐車直接送達混凝土輸送泵前，保證了混凝土的質量和澆筑的連續(xù)性。這樣既保證了一次成巷的要求，又保證了邊排凍結管的解凍要求，積極釋放了凍結能量，為后續(xù)工程的推進提供了能量保障。

5 施工組織

根據(jù)工作需要，配備齊全各熟練工種、熟練掌握施工操作技術、質量標準和安全知識的人員，科學配備有凍結施工經(jīng)驗的隊組。

為實現(xiàn)快速、優(yōu)質、安全、高效施工，施工組織上實行多工序平行、交叉作業(yè)，為使這種作業(yè)方式在有限的空間內(nèi)有秩序按計劃均衡地進行，堅持以工序為中心的組織方法成立綜合隊，在施工中堅持正規(guī)循環(huán)作業(yè)。

為保證機械化配套設備的最大利用率，我們采用了以下施工組織方案：

（1）平行作業(yè)工序。

①工作面上臺階掘進工序和內(nèi)壁防水塑料薄板的鋪設，鋼筋的綁扎工序平行。

②工作面下臺階刷掘工序和底拱鋪設、底板鋼筋綁扎工序、移內(nèi)壁臺車工序平行。

③澆筑一次底板、澆筑內(nèi)壁和工作面架棚工序平行。

④移外壁臺車和工作面兩側挖掘柱窩、架棚工序平行。

（2）掘進：采用EBZ160綜掘機分臺階掘進，定制第二運輸機轉載，無軌膠輪車運輸出井。

（3）一次支護：掘進段長為6 m，一個段長掘進完畢后，立即架設除反拱后的其它工字鋼棚，架設好工字鋼棚后，敷設金屬網(wǎng)。

（4）底板支護：除去綜掘機的操作合運行空間，底板澆筑滯后綜掘機6 m，即一次底板距工作面為16～22m。

（5）內(nèi)、外壁的澆筑：當?shù)装鍧仓戤吅?，立即轉入內(nèi)壁澆筑工作。外壁滯后底板2 m，內(nèi)壁滯后外壁6～12 m，一次澆筑段長為6 m。

依次平行向前推進。

6 進度展示

從2014年3月1日—2014年10月22日，實際有效施工天數(shù)為192 d，成巷進尺為347 m，月平均進度達到54.2 m，其中2014年8月創(chuàng)造全國凍結成井最高紀錄64.5 m，2014年9月成井67 m，2014年11月再次刷破紀錄達到72 m，實現(xiàn)了工程進度預期目標。

7 幾點說明

（1）該工程為特厚強含水松散層內(nèi)凍結鑿井工程。該工程掘進集特厚、連續(xù)、均勻砂層和強含水松散層等國內(nèi)難題于一身，而該條件下的長斜井凍結鑿井技術更為復雜，施工難度最大、突發(fā)危險最大、影響工期最大。該凍結斜井無論長度、地質條件、機械化程度均為國內(nèi)同類工程NO.1（中礦岳豐田教授）。

（2）我們聘請了國內(nèi)凍結專家孟凡良教授（大師級）領銜的專家團隊作為專家咨詢組，持續(xù)改進和改善施工中遇到的各種難題。

（3）隨著工序接替的成熟，各工種之間配合的嫻熟，機械化配套的進一步完善，在大斷面、大跨度、支護工藝繁復的條件下，月平均進度可望達到55～60 m。

參考文獻

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