福城煤礦副井井筒延伸施工技術(shù)研究

李明明

（山東華新建筑工程集團有限責任公司，山東 泰安 271219）

1 工程概況

福城煤礦井田面積約49.26 km2，采用立井開拓，原設(shè)計副井井筒深540 m，凈直徑7.5 m，井底車場水平+740 m，已于2015年5月10日竣工。在礦井開拓之初，采用主井進風、副井回風方式通風，隨著南翼副井和風井貫通，風井已經(jīng)投入投用，為了簡化井下通風系統(tǒng)，現(xiàn)副井井口已進行了封堵，井下貫通巷內(nèi)設(shè)置了兩道聯(lián)鎖風門。地面原鑿井設(shè)施均已拆除。井底水窩內(nèi)積水至井底車場水平，深度40 m。延深施工需要重新布置鑿井設(shè)施，并啟封副井井口，排除井底積水，拆除+740 m水平以下已裝備的構(gòu)配件等工作。

延深工程量共計220 m (+740～+520 m)，延深后井筒總深度760 m。副井延深段井筒凈直徑7.5 m，凈斷面44.16 m2。施工的探測鉆孔發(fā)現(xiàn)延伸段巖層賦存穩(wěn)定，巖層巖性參數(shù)見表1；探測過程中未發(fā)現(xiàn)有斷層破碎帶、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造，延伸段水文地質(zhì)簡單，涌水量在4 m3/h以內(nèi)。

表1 副井井筒延伸段巖層巖性

2 井筒延伸施工技術(shù)

2.1 總體施工布置

為了實現(xiàn)福城煤礦副井井筒延深段安全、快速、優(yōu)質(zhì)、高效施工的目標，將新工藝、新技術(shù)以及新材料、新設(shè)備應(yīng)用到延伸掘進中［1］。

（1）新工藝

①立井快速施工機械化作業(yè)線：井筒施工用傘鉆（FJD-6A型）鑿巖，抓巖機（HZ-6 型）出矸；金屬大模板（MJY3.7/7.5 型）砌壁。

②快速裝矸工藝：HZ-6 型抓巖機、耙矸機相互配合實現(xiàn)井底矸石快速裝罐、出矸。

（2）新技術(shù)

采用深孔光面爆破技術(shù)，混凝土自動攪拌下料系統(tǒng)；絞車、穩(wěn)車電控采用PLC控制等新技術(shù)［2-3］。

（3）新材料、新設(shè)備

為避免井筒支護混凝土出現(xiàn)裂縫，在混凝土中采用新型減水劑、防裂密實劑等新材料；為提高支護效率，使用液壓大模板等新設(shè)備。具體井筒施工中使用的機械設(shè)備及規(guī)格見表2。

表2 井筒施工機械設(shè)備

2.2 延伸段井筒施工工藝

（1）井筒掘進

①鑿眼設(shè)備、爆破器材

單臺傘鉆（FJD-6A型）上配備6 臺導軌式鑿巖機（YGZ70 型），配備鉆頭直徑為Ф42 mm。

爆破材料為T220 水膠炸藥，技術(shù)參數(shù)為：規(guī)格Ф35 mm×400 mm（0.5 kg），爆速3 700～4 000 m/s，猛度16～20 mm，密度1.2～1.3 g/cm3。掘進穿煤時將T220 水膠炸藥改用T320 型安全型水膠炸藥。爆破電纜選用MY0.66/1.14 kV-3×25+1×16 橡套電纜。

②光面爆破布置

a、炮眼深度

根據(jù)傘鉆、支護模板參數(shù)并盡量避免井壁接茬，將循環(huán)進尺設(shè)計為3.7 m。井筒掘進采用一掘一砌方式，為給砌筑預(yù)留一定操作空間，將炮眼深度確定為4.1 m。

b、炮眼布置形式

根據(jù)以往施工經(jīng)驗以及相關(guān)研究成果［4-6］，確定的炮眼布置形式為：采用直眼掏槽法破巖，具體布置掏槽眼6 個；輔助掏槽及輔助眼92 個；周邊眼50 個，共142 個炮眼。具體炮眼布置形式見圖1、炮眼參數(shù)見表3。爆破孔內(nèi)炸藥為反向裝藥結(jié)構(gòu)，起爆順槽依次為掏槽眼、輔助眼、周邊眼。

表3 炮眼參數(shù)

圖1 炮眼布置

（2）裝巖及提升

依據(jù)光面爆破孔布置參數(shù)，爆破后產(chǎn)生約400 m3的松散矸石量，使用的抓巖機（HZ-6 型）運量為50 m3/h，可滿足施工需要。

充分利用抓巖機的裝巖能力和人工風鎬刷幫，確保抓巖機最大程度的合理化使用。抓巖機的工作順序：挖出罐窩- 清理周邊矸石、扒矸成堆-刷幫、清底。

2.3 永久支護工藝

副井延深段永久支護采用C40 素混凝土支護，厚度600 mm。金屬模板由地面四臺單16T穩(wěn)車懸吊實行集中控制。

模板中僅有一條伸縮縫，通過多個液壓油缸同時內(nèi)收以及模板自身重量實現(xiàn)脫模。脫模后模板下移到指定位置，依靠液壓油缸同時外放，將模板恢復(fù)到原有設(shè)計尺寸，固定牢固后即可澆筑混凝土。

（1）混凝土的澆灌

在副井井口北側(cè)設(shè)混凝土攪拌站，布置兩臺JS-1500 型大容量攪拌機，配一臺PLD-2400 型自動計量上料系統(tǒng)。在混凝土澆灌前使用風鎬對接茬處進行清刷打毛處理。采用2 個TDX-2 型底卸式吊桶下放混凝土，澆筑時混凝土垂直入模，均勻下料，分層澆筑，單層厚度控制在300～400 mm，并用ZN-70 型振搗器震搗，以便消滅蜂窩、麻面等。

3 應(yīng)用效果分析

施工時對采用的爆破方案應(yīng)用效果進行考察，具體結(jié)果見表4。掘進時施工的炮眼綜合利用率達到90%、循環(huán)進尺量達到3.7 m，取得較好的破巖效果。破巖后采用的矸石提升系統(tǒng)提升了矸石外運效率并降低作業(yè)人員勞動強度；使用MJY-3.7/7.5 型整體液壓金屬模板提高了混凝土灌注效率以及一次支護范圍，提高了圍巖支護效率。現(xiàn)場統(tǒng)計井筒掘進進尺可達到90 m/月，同時未監(jiān)測到井筒變形。在副井井筒延伸掘進施工中采用的掘進技術(shù)實現(xiàn)了井筒高效、安全、快速施工目的。

表4 爆破效果

4 結(jié)語

1）采用先進的機械設(shè)備以及合理的施工方案是實現(xiàn)井筒快速、安全延伸掘進的關(guān)鍵。采用機械化鑿巖、光面爆破破巖以及MJY-3.7/7.5 型整體液壓金屬模板支護圍巖，不僅提高井筒掘進效率而且顯著降低作業(yè)人員勞動強；采用耙裝機將矸石扒至井筒內(nèi)，用HZ-6 型抓巖機裝罐出矸，提升了矸石外運效率。傳統(tǒng)的小模版、耙渣機等施工方式井筒掘進進尺一般在50 m/月以內(nèi)，而文中所提的井筒施工技術(shù)在井筒支護、矸石外運等方面綜合自動化效率均得以提升，井筒掘進進尺達90 m/月。

2）依據(jù)福城煤礦副井延伸實際情況，對副井筒延伸施工過程中使用的機械設(shè)備、破巖以及支護方案等進行設(shè)計?，F(xiàn)場應(yīng)用后，副井筒循環(huán)進尺量達到3.7 m，炮眼綜合利用率達到90%，副井筒耗時74 d即可完成延伸工作。