萬(wàn)福礦井副井井筒掘砌技術(shù)探討

張遷 于玉田 高祥

摘 要：萬(wàn)福礦井副井井筒直徑7.0m，井深894.368m，凍結(jié)深度840m，其中井筒實(shí)際揭露穿過(guò)表土層厚度為754.96m，井筒表土最大荒斷面118m2，是目前世界上穿過(guò)表土層最深的井筒，建井難度為世界之最。外壁崛砌一次性穿越超大井徑超深厚表土層754.96m，刷新了該領(lǐng)域的世界紀(jì)錄，并獲得大世界基尼斯之最的認(rèn)證。

關(guān)鍵詞：外壁；段高；掘砌

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.053

萬(wàn)福礦井位于菏澤市巨野縣城西南約30km處，距菏澤45km，面積129.86k㎡，礦井采用立井開(kāi)拓方式，布設(shè)一主、一副、一風(fēng)三個(gè)井筒；礦井設(shè)計(jì)成產(chǎn)能力1.80Mt/a。全區(qū)共獲得各類煤炭資源量309.24Mt，礦井可采儲(chǔ)量為169.03 Mt。

萬(wàn)福礦井副井井筒于2015年6月21日至23日施工臨時(shí)鎖口，6月24日至30日進(jìn)行試挖施工至井深27.5m；7月1日，副井正式開(kāi)始進(jìn)行外壁掘砌施工，于2016年5月9日掘砌完成，累計(jì)用時(shí)313天，外壁掘砌深度815m。

1 外壁掘砌

1.1 表土段的施工

井筒開(kāi)挖前，凍結(jié)段必須具備開(kāi)挖條件，如下：

（1）井筒中的水文觀測(cè)孔內(nèi)的水位先緩升，再下降，然后逐漸上升，最后迅速上升并通過(guò)孔口溢出。（2）通過(guò)分析測(cè)溫孔、水文孔情況，凍結(jié)壁的發(fā)展厚度已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。（3）經(jīng)過(guò)井筒試挖，可以證明凍結(jié)壁已實(shí)際形成，而且與觀測(cè)結(jié)果一致。（4）采用的鑿井設(shè)備等設(shè)施已調(diào)試安裝完畢。（5）各種施工用的材料和人員配備完成。（6）充分論證凍結(jié)壁厚度、強(qiáng)度，結(jié)合類似地層施工經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)合理定出開(kāi)挖的時(shí)間。

要進(jìn)行井筒的開(kāi)挖，除了滿足以上敘述的條件外，還要進(jìn)行綜合考慮，保障井筒能夠滿足進(jìn)行連續(xù)施工的條件。具體地的來(lái)說(shuō)是：根據(jù)掘砌井筒的速度和相對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)時(shí)凍土的發(fā)展情況來(lái)分析、預(yù)測(cè)，盡最大限度的保障不同時(shí)期凍結(jié)壁的厚度、強(qiáng)度及與井幫的距離，使之都能夠滿足井筒連續(xù)施工的安全需要。

采用機(jī)械化施工方法進(jìn)行施工時(shí)，適合采用中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)配合電動(dòng)挖掘機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)，模板采用整體金屬形式。井壁需要的混凝土由地面的攪拌站進(jìn)行配制，在封口盤形成之前，通過(guò)溜槽進(jìn)行入模施工；等到封口盤形成后，使用底卸式的吊桶進(jìn)行下料，通過(guò)井口搭建的皮帶機(jī)將混凝土通過(guò)攪拌機(jī)輸送至吊桶內(nèi)，由此實(shí)現(xiàn)了井口“不摘鉤”進(jìn)行下料，通過(guò)底卸式吊桶的輸送，將混凝土下放至井下吊盤的分灰器進(jìn)行入模施工，入?；炷廉?dāng)采用振動(dòng)棒進(jìn)行分層密實(shí)震搗；試挖段深度以30米左右為宜。

1.2 基巖段施工

（1）掘進(jìn)。井筒基巖段施工時(shí)，適合用立井機(jī)械化快速施工法，利用鉆爆法進(jìn)行掘進(jìn)，采用FJD-6A型傘鉆搭配YGZ-70型鑿巖機(jī)鑿巖，所采用的爆破材料為煤礦許用的抗凍水膠炸藥以及毫秒延期電雷管。采用光面、光底、弱震、弱沖深孔爆破技術(shù)。（2）裝巖排矸。采用電動(dòng)挖掘機(jī)配合中心回轉(zhuǎn)裝巖機(jī)進(jìn)行裝罐出矸，之后挖掘機(jī)進(jìn)行清底工作。一般情況是先利用兩套單鉤提升，矸石上井后通過(guò)溜矸槽直接溜入地面，然后再由自卸式汽車排入工廣指定場(chǎng)地。（3）砌壁。凍結(jié)段外壁砌筑壁時(shí)，適合用整體金屬下行刃腳模板，模板是由直模以及刃腳通過(guò)螺栓鏈接形成一個(gè)整體，模板由地面穩(wěn)車懸吊。模板的段高應(yīng)該綜合考慮凍結(jié)情況以及圍巖的穩(wěn)定性，采用2.5/4.0m施工段高砌壁。

2 技術(shù)支持

為了更好的掌握井壁受力、變形情況，并科學(xué)的指導(dǎo)井筒進(jìn)行掘砌工作，建設(shè)單位與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)巖土工程所合作，開(kāi)展了凍結(jié)表土段信息化施工監(jiān)測(cè)研究。

2.1 井筒工作面溫度及變形監(jiān)測(cè)

（1）監(jiān)測(cè)內(nèi)容。1）溫度監(jiān)測(cè)：包括井底溫度，井幫溫度、空氣溫度；2）變形監(jiān)測(cè)：包括外壁收斂，井幫位移、井底位移；3）井內(nèi)凍土發(fā)展厚度。

（2）監(jiān)測(cè)目的。通過(guò)開(kāi)展本項(xiàng)監(jiān)測(cè)，可以初步分析凍結(jié)壁與井筒外層井壁的安全性。在此監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)下開(kāi)展凍結(jié)溫度場(chǎng)、凍結(jié)壁受力與變形反演、預(yù)測(cè)，還可以指導(dǎo)深部地層的井筒掘砌施工。

2.2 傳感器埋設(shè)

副井井筒外壁共設(shè)置7層壓力傳感器，層位分別為2015年8月16日安裝第一層：67模（218m—221.6m）；2015年10月5日安裝第二層：108模（351.8m—354.3m）；2016年1月9日安裝第三層：192模（568m—571m）；1月21日安裝第四層：202模（598m—601m）；2月25日安裝第五層：218模（646m—649m）；3月14日安裝第六層：233模（691m—694m）；3月31日安裝第七層：244模（724m—727m）。

3 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

在保證質(zhì)量安全的前提下，為加快外壁掘砌施工進(jìn)度，建設(shè)單位及施工單位各方在不同階段采用了一系列措施，有很多方面值得借鑒，先總結(jié)一下。

（1）井筒開(kāi)挖時(shí)間不能過(guò)早，要積極聽(tīng)取凍結(jié)單位的意見(jiàn)，不能盲目搶工期。（2）井筒320m內(nèi)外壁以上應(yīng)采用雙層鋼筋，鋼筋標(biāo)號(hào)可適當(dāng)降低，總鋼筋量增加有限，井壁混凝土受力比單層鋼筋好很多，井壁0-100m砼標(biāo)號(hào)由C30變?yōu)镃40，加強(qiáng)砼強(qiáng)度。（3）在保證混凝土初凝強(qiáng)度達(dá)到的前提下，加快施工速度，減少空幫時(shí)間。（4）混凝土脫模時(shí)間要根據(jù)同等條件下養(yǎng)護(hù)的試塊監(jiān)測(cè)強(qiáng)度確定。（5）盡量采用短掘快支的方法，段高采用2.5m。（6）變徑過(guò)程中要加強(qiáng)支護(hù)，可以采用小壁座進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，加快工序轉(zhuǎn)換速度，減少空幫時(shí)間。（7）選擇較大直徑的滾筒及配套提升設(shè)備，選用大吊桶進(jìn)行提升。

4 前瞻

萬(wàn)福礦井副井井筒外壁已于2016年5月9日掘砌完成，與周邊相鄰礦井井筒外壁掘砌相比，實(shí)現(xiàn)了一次性外壁掘砌到底的可喜成果，避免了二次套壁，減少了內(nèi)層井壁冷接茬，對(duì)以后的井筒安全及防水具有重要的意義。萬(wàn)福副井井筒的掘砌對(duì)以后巨厚表土層井筒的施工，具有很高的指導(dǎo)價(jià)值，是建井技術(shù)發(fā)展的里程碑工程。

參考文獻(xiàn)：

[1]任彥龍，楊維好，王衍森.某礦井凍結(jié)溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬[J].西部探礦工程，2003（03）：89-90.

[2]崔廣心，楊維好，呂恒林.深厚表土層中的凍結(jié)壁和井壁[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1998.

[3]崔云龍.簡(jiǎn)明建井工程手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.

作者簡(jiǎn)介：張遷（1982-），男，山東東平人，本科，助理工程師，從事礦建、安全工作.