千米深井安全高效施工技術(shù)

郭超+賈振剛

摘要：本文針對深立井井筒施工面臨的許多新的技術(shù)難題，開展深立井井筒安全高效快速施工關(guān)鍵技術(shù)研究，構(gòu)建深立井井筒新的鑿井施工工藝，科學優(yōu)化與完善鑿井設(shè)備布置和裝備配套，形成深立井高效、安全施工的關(guān)鍵技術(shù)儲備。對全面提升深立井井筒施工技術(shù)和加快井筒的施工速度意義重大。

Abstract： In this paper， in view of many new technical problems in the construction of deep well shafts， the key technologies of safe and efficient construction of deep well shafts are carried out， the new sinking construction technology of deep well shaft is built， the layout and supporting of drilling equipment are optimized， and the key technical reserves of efficient and safe construction of deep well shafts are formed. It is of great significance to improve the construction technology of deep well shaft and to speed up the construction speed of the wellbore.

關(guān)鍵詞：井筒；鑿井施工；高效

Key words： wellbore；sinking construction；efficient

中圖分類號：TD608 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）21-0146-04

0 引言

立井井筒是礦井的咽喉要道，其施工速度決定著礦井建設(shè)的工期，其施工技術(shù)制約著我國深部資源開發(fā)和利用的發(fā)展。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的迅猛發(fā)展，資源問題越來越成為制約科學、可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問題。淺部礦山資源即將殆盡，因此迫切需要開發(fā)深部煤炭、金屬及非金屬礦產(chǎn)資源。目前，深部礦產(chǎn)資源的開發(fā)和開采已進入實施階段，一批超千米礦山正在進行規(guī)劃和建設(shè)。深立井井筒是我國今后一段時間礦山建設(shè)的主要任務(wù)。根據(jù)深立井井筒施工面臨的許多新的技術(shù)難題，開展深立井井筒安全高效快速施工關(guān)鍵技術(shù)研究，構(gòu)建深立井井筒新的鑿井施工工藝，科學優(yōu)化與完善鑿井設(shè)備布置和裝備配套，形成深立井高效、安全施工的關(guān)鍵技術(shù)儲備。對全面提升深立井井筒施工技術(shù)和加快井筒的施工速度意義重大。

1 工程概況

主井工業(yè)場地與九龍礦工業(yè)場地聯(lián)合布置，主井工業(yè)場地標高+117m。主井凈直徑7m，井深971.008m。表土段采用凍結(jié)法施工，凍結(jié)深度200m，雙層鋼筋混凝土復合井壁，支護厚度950mm/1000mm?；鶐r段采用地面預(yù)注漿法施工，單層混凝土井壁支護厚度為800mm。

2 機械化作業(yè)線配置

由于普通提升設(shè)備在千米深井中不能完全保證提升運輸安全，及現(xiàn)有立井鑿井設(shè)備制約著施工的安全、速度、功效、成本和質(zhì)量，并且氣動設(shè)備噪音高、粉塵大，嚴重危害著職工的身心健康。本工程對提升設(shè)備及鑿井設(shè)備的選型做了最優(yōu)化選擇。

2.1 機械化作業(yè)線配置方式及內(nèi)容

2.1.1 鑿井井架及翻矸設(shè)施

均采用Ⅴ型臨時井架鑿井。為滿足傘鉆懸吊高度，井架基礎(chǔ)加高1.5m，天輪平臺布置在臨時井架的+27.964m平臺，在+11.600m翻矸平臺上布置兩個矸石溜槽，配備座鉤式自動翻矸裝置，矸石落地后鏟車裝運配合翻矸汽車排矸，矸石排到建設(shè)單位指定位置。

2.1.2 吊盤

吊盤均采用鋼結(jié)構(gòu)四層盤，直徑Φ6.7m，凍結(jié)段外壁施工時，周邊增安20號槽鋼做圈梁與原設(shè)計吊盤相連，上面鋪板，隨著井壁尺寸變化進行調(diào)整。盤間距為4m，通過四根立柱連接。上層盤為保護盤，安置水箱，二層盤放置臥泵，三層盤放置液壓泵站，下層盤為工作盤并懸吊一套中心回轉(zhuǎn)抓巖機。為保證吊盤的穩(wěn)定性，在上、下層盤均設(shè)置三套穩(wěn)盤裝置。穩(wěn)盤裝置由金屬架和安裝在金屬架上的輪胎組成。

吊盤采用6臺JZ-25/1300型鑿井絞車懸吊。為保護穩(wěn)繩，穩(wěn)繩滑套采用尼龍結(jié)構(gòu)，減輕滑套對鋼絲繩的磨損。同時加強鋼絲繩的檢查工作，并指定專人進行定期檢查。

2.2 提升設(shè)備選擇

采用兩套獨立的單鉤吊桶提升，主副提均選用2JKZ-4.0×2.65/15型礦井提升機，配備5m3吊桶提升。提升絞車技術(shù)參數(shù)及提升能力見表1。

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3 鑿巖與裝巖設(shè)備

吊盤上安裝二臺液壓泵站，為液壓抓巖機、液壓傘鉆及液壓邁步式模板提供動力。

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3.1 鑿巖設(shè)備

采用國產(chǎn)YSJZ-4.8新型傘鉆，配備HYD-200型鑿巖機。傘鉆主要技術(shù)參數(shù)見表2。

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3.2 裝巖設(shè)備

井筒內(nèi)布置一臺HZY-1.0型中心回轉(zhuǎn)抓巖機，配備1.0m3抓斗，抓巖機生產(chǎn)能力為70～80m3/h。中心回轉(zhuǎn)抓巖機主要技術(shù)參數(shù)如表3。

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抓巖機采用一臺JZ-16/1000型鑿井絞車保護懸吊。

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模板采用液壓邁步式整體模板一套，高度4.2m，在模板合適位置，每一模上均勻布置6個邁步機構(gòu)模盒，作為邁步機構(gòu)卡槽，為保證試驗工作的順利進行，仍設(shè)置三根懸吊繩作為模板安全保護繩，平時保持不受力狀態(tài)。邁步環(huán)位置設(shè)置在吊盤上層盤以上4～8m位置。下層盤距工作面24m。

邁步式模板工作原理如圖4。

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混凝土澆筑方法同常規(guī)整體模板。

4 施工工藝

4.1 外壁施工

①掘進。

表土層中采用HZY-1.0型中心回轉(zhuǎn)抓巖機配合小型挖掘機直接破土裝罐為主，人工鐵鍬、風鎬掘進刷幫為輔。未凍砂土層以機械抓土為主，先抓取中間罐窩，再抓四周土層，最后人工刷幫至設(shè)計尺寸，粘土層中采用人工風鎬掘進，大抓裝罐。掘進采用G-11型風鎬和YT27風鉆改造的風錘，風鎬釬為扁鏟形和普通形兩種，未凍土層或凍結(jié)粘土層使用扁鏟型風鎬釬，其它使用普通型。

②永久支護。

井筒外壁為鋼筋砼支護。均采用3.8m高單縫液壓伸縮移動式整體金屬模板砌壁，三掘一砌。

③內(nèi)壁套筑施工。

凍結(jié)段整體澆注段施工完畢后，進行內(nèi)壁套筑。采用平行作業(yè)方式施工，鋼筋綁扎、立模板、澆灌砼、拆模平行作業(yè)。在吊盤上層盤上綁鋼筋，下層盤上立模澆灌，在臨時盤上拆模板。采用15套1.0m高組合式金屬模板砌筑。

當外壁砌筑到整體澆注段上部位置時，拆除整體活動金屬模板升井，按設(shè)計要求掘出內(nèi)外壁整體澆注段，掘進過程中增設(shè)錨網(wǎng)噴臨時支護。當井筒掘進到整體澆注段下部位置時，停止掘進，按設(shè)計要求綁扎鋼筋，豎筋采用直螺紋連接方式，環(huán)筋采用綁扎方式，搭接長度不小于35d。然后組立一套組合式內(nèi)模鋼模板，按相對標高和井筒中心線進行操平找正。砼澆注時要對稱均勻下灰，每澆注一套模板高度后，接長鋼筋，綁扎環(huán)筋。將模板上沿的砼清理干凈，再組立一套模板，待夠12m高時，將工作面組裝好的臨時盤用四根鋼絲繩吊掛在下層吊盤上，用以拆模和灑水養(yǎng)護井壁。如此循環(huán)上升，直至設(shè)計位置。

4.2 基巖段施工

4.2.1 掘進

采用國產(chǎn)YSJZ-4.8型傘鉆鑿巖，深孔光面光底爆破，水膠炸藥，藥卷規(guī)格為Φ45×500mm，B32mm中空六角鋼成品釬桿，Φ51mm十字形鉆頭，周邊眼選用Φ35×500mm，井筒揭煤時改用3#煤礦許用炸藥。

綜合考慮各項因素，包括傘鉆的技術(shù)特征等，井筒模板高度定為4.2m，確定炮眼深度5.0m。

4.2.2 裝巖

為保證液壓抓巖機裝巖的效率，采用CX55鉤機配合中轉(zhuǎn)出渣，充分發(fā)揮其裝巖能力，盡量縮短提升休止時間，最大限度的發(fā)揮提升能力。抓巖機抓巖的順序為：抓出水窩-抓出罐窩-抓取邊緣矸石-抓井筒中間巖石。

4.2.3 打灰

攪拌采用強制式砼攪拌機、分次投料工藝拌合砼，先拌合砂漿，再投入粗骨料即分次投料法，該方法具有混合料均勻、砼強度高的優(yōu)勢。振搗成型工藝采用的是行星式高頻振動器，它是一種國內(nèi)先進的工藝，既能振動粗、細骨料，也能振實水泥顆粒。

5 防治水施工方案和技術(shù)措施

實測井筒涌水量16m3/h，在施工時根據(jù)實際情況須堅持“有疑必探，先探后掘”的原則，實施“截、導、排、堵、注”的綜合治水方案，立足打干井，保證井筒正常順利施工。

①截水：在井筒基巖段施工過程中，對于井壁分散淋水，應(yīng)在工作面上方設(shè)臨時截水槽，收集淋水導入吊盤水箱中經(jīng)臥泵排出井外。（建議用①、②代替）

②導水：對于井壁上的大于0.5m3/h的集中出水點，安設(shè)導水管，將水導到截水槽內(nèi)，適時進行壁后注漿堵水。

③排水：用風泵將工作面涌水排至吊盤上的水箱內(nèi)，使用上層吊盤上安設(shè)的D50-90×12的臥泵將水排至地面。

④注漿：則當井筒施工至距含水層頂板上方10m位置時，停止井筒掘進工作，完成已掘井筒永久支護，砌筑砼止?jié){墊，埋設(shè)孔口管。使用潛孔鉆機打鉆探水，探水深度超過含水層底板10m。注漿時使用2TGZ-60/120型雙液注漿泵，漿液以單液水泥漿為主，先稀后濃，注漿終壓為靜水壓力的2～2.5倍。如漿液注入量過大再考慮使用雙液漿。

6 通風系統(tǒng)

井筒各選用四臺2×45kW對旋式風機，兩臺備用、兩臺運轉(zhuǎn)，四臺風機實現(xiàn)自動切換。井筒內(nèi)布置兩趟Φ1000mm玻璃鋼風筒，在井壁每50m處安裝一組錨栓（Φ38圓鋼）進行風筒的固定。

7 勞動組織及循環(huán)作業(yè)方式

采用綜合施工隊形式組建勞動組織，按專業(yè)化班組配備，實行四個專業(yè)化班制開展井下作業(yè)，實行“三·八”制作業(yè)開展地面輔助人員工作?，F(xiàn)場勞動組織設(shè)立多個專業(yè)分組，包括水泵、壓風、傘鉆、大抓等，各個小組各司其職，確保職責范圍內(nèi)設(shè)備和人員無異常。此外，為確保安全順利施工，要求項目部管理人員實行安全帶班制度。

8 主要安全技術(shù)措施

①由于井筒施工環(huán)節(jié)多，工序轉(zhuǎn)換頻繁，崗位工種較多，存在多種安全不利因素，因此安全管理工作尤為重要。為加強職工安全意識，提高施工人員素質(zhì)，安全培訓工作相當重要，因此安全管理需要以人為本，狠抓培訓。

②為避免跑模，應(yīng)保證對稱、均勻澆注混凝土。

③若澆筑混凝土時采用了砼，必須確保其輸送泵管路綁扎牢固，且安排專人負責看護，一旦發(fā)現(xiàn)異常及時應(yīng)對，要求澆筑過程中禁止周邊站人。

④為避免出現(xiàn)安全事故，拆模人員在井筒及巷道拆模時應(yīng)萬分小心；拆模后，對井壁和巷道采取養(yǎng)護措施。

⑤為避免出現(xiàn)安全事故，由班長統(tǒng)一指揮進行操作，必須保證工作臺架設(shè)牢固可靠。

9 優(yōu)化施工工藝與結(jié)語

①井筒采用邁步式大模板施工，利用大模板作為工作盤。保證了澆筑的整體性，確保了工程質(zhì)量。（建議用①、②代替）

②利用液壓散鉆大抓提高了工作效率，減少了井下噪音降低15～20%，粉塵濃度大大降低，改變了工作面的施工環(huán)境，從而保證了施工隊伍的穩(wěn)定，提高了工作效率，減少了礦井安全事故，實現(xiàn)了高效安全生產(chǎn)。

③采用CX55鉤機配合中轉(zhuǎn)出渣，大大減少了裝載硐室的人工出渣量，縮短了工期，減少了工人的勞動強度。

④由于液壓設(shè)備比氣動鑿井設(shè)備減少電機功率572kW，按每天工作8h，1.2元/（kW·h）計，平均每月節(jié)省費用16萬元左右。

⑤采用溜灰管澆筑混凝土，確保了澆筑的連續(xù)性，同時混凝土直接送到了工作面，減少了職工的勞動強度。

通過施工方案，科學的勞動組織，利用液壓設(shè)備改進了施工工藝，基巖段施工平均每月成井達到118m水平，最高單月掘進達到160m，比計劃提前93天，工程質(zhì)量達到設(shè)計要求，并實現(xiàn)安全生產(chǎn)，為礦早日生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

參考文獻：

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[3]王雨寒.千米深井“三液聯(lián)動”掘砌新裝備的研制[J].建井技術(shù).