深立井安全快速施工技術探討

李士棟，朱學軍

(1.肥城礦業集團單縣能源有限責任公司，山東 單縣 274300；2.山東科技大學，山東 泰安 271019)

1 工程概述

陳蠻莊煤礦主井井筒凈徑φ5.0m，井深952.5m，其中凍結段621m，復合井壁，采用雙層鋼筋混凝土支護，壁厚為800～2000mm，混凝土標號C30～C70；基巖段335.5m，井壁壁厚為500mm、550mm，采用素混凝土支護，638～952.5m混凝土標號為C40。其中617～638m為井筒加強段，采用雙層鋼筋混凝土支護，井壁壁厚為1100mm，混凝土標號為C70。

井筒穿過的地層有第四系、上第三系、二疊系。第四系松散層未固結，主要為軟塑性黏土、砂質黏土及松散的粉砂、細砂，黏土可塑性強。二疊系揭露石盒子組、山西組地層以粉砂巖、砂巖、泥巖、雜色泥巖和煤組成。二疊系基巖段總厚348.76m，其中砂巖厚度113.90m，占33%；粉砂巖厚度61.37m，占18%；泥巖厚度平均168.93m，占48%；煤層厚度5.95m，占1.7%。

井筒穿過的含水層，主要由表土段含水砂層和二疊系砂巖含水層組成。井筒表土段采用凍結法施工，因此對其含水層情況不再贅述。井筒基巖段有兩個含水層段,分別為:井深642.25～664.25m段,巖石以粗砂巖為主,離風氧化帶較近,屬奎山砂巖含水層,涌水量14m3/h，現已安全通過; 井深750.40～758.40m段,巖石以細砂巖為主,次為粉砂巖,屬奎山砂巖含水層,涌水量26m3/h。詳見表1。

表1 含水層劃分情況

2 施工機械化配套方案

根據井筒的技術特征及工程、水文地質，為加快井筒施工速度，井筒施工采用短段掘砌，四班制滾班作業。采用鉆爆法掘進，傘鉆鉆眼、中深孔爆破，中心回轉式抓巖機裝巖出矸，防爆液壓挖掘機輔助清底，兩套單鉤提升，整體金屬模板砌壁，底卸式吊桶下放混凝土。井筒穿過含水層、斷層破碎帶前進行打鉆探水、預注漿，確保施工安全。詳見表2。

表2 主井施工機械化配套方案

3 施工工藝

3.1 采用“四新”技術，加快施工速度

新工藝。基巖段施工采用FJD-6A型傘鉆打眼，HZ-4抓巖機抓巖；MJY型整體金屬大模板、大吊桶、大絞車、座鉤式自動翻矸、自卸汽車排矸等配套的機械化作業新工藝。

新技術。采用深孔光面、光底、減震弱沖5m深孔爆破。MK-4型潛孔鉆機鉆眼探水(鉆眼速度每小時2m)，注漿封水，新型鑿井專用風機通風排煙，新型煤礦通訊與信號裝置通訊指揮聯絡調度等新技術。

新材料、新設備。基巖段采用防爆挖掘機輔助清底，電磁雷管，新型抗凍早強劑，高照度DGC175/127型隔爆投光燈、鑿井專用風機、傘鉆、大抓、中心回轉式抓巖機、大模板等新材料新設備。

3.2 施工方法

根據巖石條件和設計特征，結合以往類似施工經驗，為加快工程進度，保證施工安全，基巖段決定采用機械化短段掘砌混合作業法施工。即采用SJZ-5.5型傘鉆配5臺YGZ-70鑿巖機鑿巖，HZ-6A型中心回轉式抓巖機出矸，兩套單鉤提升，MJY型液壓金屬模板砌壁，裝載機配自卸汽車排矸。

3.2.1 鑿巖爆破

SJZ-5.5型傘鉆配5臺YGZ-70鑿巖機鑿巖，直徑φ25mm、長4700mm的釬桿，φ55mm柱齒形釬頭鉆眼；直眼分段擠壓式掏槽，炮眼深為4000mm，打眼人員定人、定鉆、定眼位、定時間、定質量、定數量，分72°扇形區間操作，5臺鉆同時打眼；放小炮，鉆眼使用YT-29鑿巖機配B25mm中空六角鋼成品釬桿，ф42mm“一”字型合金鉆頭鉆眼，工作面多臺風鉆同時作業。嚴格按爆破圖表(合理選擇爆破方式)進行操作；采用T220水膠炸藥，規格φ45mm×300mm×0.658kg、φ35mm×300mm×0.385kg，雷管均選用6m長腳線，段別分別為1ms、3ms、5ms、7ms、9ms延期電磁雷管，隔段使用。放炮母線選用MY3×25+1×10電纜，吊盤以下至工作面選用4mm2銅芯母線電纜起爆，使用井上380V交流電源，起爆使用井上380V交流電起爆。采用光面、光底、減震、緩沖擊深孔爆破新技術，并根據工作面巖石軟硬程度及過煤層時，及時調整爆破參數，提高爆破效率。詳見表3、表4。

表3 主井井筒基巖段爆破參數表

表4 主井井筒基巖段預期爆破效果表

3.2.2 抓巖排矸

采用HZ-6A型中心回轉式抓巖機裝巖，主提選用4.0m3吊桶，副提選用1.5m3吊桶出矸，采用人工座鉤式翻矸，矸石經溜槽卸倒地面，經裝載機裝入自卸車排矸至指定矸石場地。

3.2.3 砌壁

砌壁采用MJY型液壓金屬模板，高3.8m，45°斜面刃角模板固定在模板下方，掘進鋼筋工序合格后，整體下放模板。下放模板要專人指揮，通過電話機向地面集中控制操作室發出指令。由地面值班電工操縱三臺模板懸吊穩車。下放模板前，觀察檢查模板繩狀況和模板受阻情況。下放過程做到平穩、慢速、同步。模板下放到底后，開動風動液壓脫模機使大模板全圓張開達到設計周長(大模板上有限位裝置)。下放井筒中心線，丈量模板半徑，通過三根大模繩的升降調整模板的平面位置，使模板半徑達到設計要求。地面和井下都要安排人一直觀察模板懸吊繩的受力狀況。找線調整模板繩時，盡量做到只松不起或多松少起，或即起即松，特別要避免單獨過度地起提某一根大模繩。大模板找線完畢，經驗收合格后，還要檢查底口是否有漏灰地方，上端接茬口高度是否合適。澆注前模板，要擦油或涂脫模劑。模板的限位頂絲旋緊，高壓油管和閉鎖收拾整齊，用塑料布蓋好。

混凝土由井口集中攪拌站提供，采用DX-2.4/1.6m3底卸式吊桶下料至吊盤,吊盤上鋪設分灰器,混凝土經分灰器和溜灰管對稱均勻入模板內。混凝土在分灰器中實現二次攪拌，對稱澆筑，每層澆筑厚度不超過300mm，振動棒振動范圍500mm，應準備4臺插入式振動棒，3臺同時振搗，1臺備用。振搗要充分而不過分，肉眼觀察以混凝土面基本流平、灰漿均勻飽滿，沒有明顯氣泡逸出為準。

3.3 井筒通過不穩定巖層及破碎帶的施工

井筒掘砌過不穩定巖層，為確保安全快速施工，采取如下技術措施：

(1)掘進時，根據圍巖破碎的程度，采取減小周邊眼圈徑進行放炮，周邊眼距井筒荒徑不小于300mm，并嚴格控制裝藥量，以減少對圍巖的震動，剩余部分采用人工風鎬刷幫。

(2)在破碎帶施工時，可視情況增加錨網噴一層支護，錨桿采用強力樹脂金屬錨桿，規格：Ф18mm×2000mm，間排距800mm×800mm。采用Ф6.5mm鋼筋網，網格尺寸為150mm×150mm。噴射混凝土厚度70mm。

(3)極不穩定巖層段、煤層段，采用型鋼支架、背板臨時支護，支架為29U型鋼加工而成，背板為50mm厚混凝土板，支架間距700～800mm。

3.4 井筒綜合防治水

工作面預注漿是以封堵灰巖孔隙、裂隙水為目的，采用人工砌筑混凝土止漿墊，預埋無縫鋼管作注漿孔口管，利用ZDY4000-S型液壓鉆機在工作面施工注漿孔。注漿站設在地面，從井口至工作面，接兩路Ф32mm高壓膠管作為輸漿管路，將地面攪拌好的水泥漿液壓入注漿孔含水層裂隙中，用來封堵裂隙水。

(1)探水注漿孔的施工：注漿鉆孔采用ZDY4000-S型液壓鉆機，分別配φ50mm鉆桿及φ75/127mm三芯鉆頭施工，地面通過供水管直接供水打鉆作循環水。在打鉆前，要在φ108mm孔口管上安設4″高壓球閥，以防鉆孔時含水層突水造成淹井事故。

打鉆施工是在打鉆平臺上進行的，打鉆平臺距止漿墊3m左右，工作盤與工作面止漿墊之間用馬腿支撐，在工作盤上安裝鉆機，打鉆人員在工作盤上操作。鉆進過程中，若鉆孔涌水量超過5m3/h，或因巖石破碎打不下去時，停鉆注漿，否則一直鉆進直至終孔，終孔時要核實鉆具長度，確保鉆孔深度符合設計要求。

(2)注漿前的準備工作：注漿站布置在井口正西方向，儲漿池1個(3m3)，在儲漿池東側安裝1臺XPB-90E型注漿泵，并設置清水池、水泥漿攪拌系統。地面注水泥漿利用兩路φ32mm×6mm高壓膠管作輸漿管路，為確保安全、牢固、穩定，采用大抓繩懸吊入井，接頭銷子必須牢固，用卡子固定在鋼絲繩上，井口上注漿泵與高壓膠管連接，工作面孔口管上混合器與軟高壓膠管直接連接。

(3)注漿作業流程：漿液經攪拌系統攪拌后，經注漿泵、輸漿管和注漿孔口管進入受注巖層。

(4)注漿作業程序：當注漿孔鉆到既定深度后，先用清水沖孔(破碎帶不沖)直到流清水后進行注漿作業。注漿作業程序如下：接通輸漿管路 → 壓水試驗 → 注漿 → 定量壓清水 → 沖洗輸漿管路 →拆洗注漿泵 → 掃孔或鉆進。

(5)注漿標準：一是各注漿孔的注漿壓力達到設計終壓值，注入量小于30～40L/min，穩定20min以上。二是注漿結束時，漿液的水灰比不低于1∶1(即1∶1漿液或更稀)。三是漿液的注入量基本達到設計要求。四是注漿孔結束后，施工單位、監理單位、建設單位匯同有關專家，根據注漿記錄綜合評定注漿結論，確定注漿是否結束。

(6)注漿過程中的質量檢查：注漿施工是隱蔽性工程，施工過程中的技術資料以及出現的與注漿相關的現象，都是評價注漿質量的重要依據；必須及時進行整理、統計和分析各孔的注漿參數、注入漿量和材料等，以便了解各孔間參數的變化，從而采取相應的措施；對于返漿和竄漿情況都要做好記錄，查出原因，避免再次發生。

4 施工輔助系統

主井施工利用ⅣG型鑿井井架，布置兩套單鉤提升：主提升采用2JKZ-3.6/12.96鑿井專用絞車配一套單鉤4.0 m3吊桶、副提升采用JK-2.5/20絞車配一套單鉤1.5 m3吊桶提升。基巖段施工期間，井口設置10kV/6kV臨時配電所一座，壓風由礦壓風機房接入主井井口，經φ160mm高分子高強聚乙烯塑料壓風管至吊盤上，由地面2臺16T穩車懸吊。選用兩臺2×30kW(一臺備用)對旋式風機做壓入式通風，膠制風筒直徑800mm。增設一臺80DG-50×12型高揚程臥泵，在上層吊盤設一3m3水箱，迎頭風泵排至水箱，臥泵從水箱排至地面(由供水管作排水管排至地面)，布置簡單，不需增加穩車鋼絲繩。簡化了井筒施工布置，加大了提升安全空間。

5 施工組織管理

(1) 成立由項目經理、機電經理組成的快速掘砌現場領導小組。每周召開兩次生產調度會，每天召開一次生產平衡會，及時解決生產中存在的問題，確保人、財、物的供應。全面加強掘進、機電、運輸系統的組織和管理。以抓正規循環為中心，狠抓掘進、裝巖、提升、砌壁和運輸等主要工序的配合和工作，使整個生產系統協調一致。

(2) 積極開展多種競賽活動，充分發揮經濟杠桿的作用。按分計酬，多勞多得，實行小指標獎，訂出每小班基本工作量，對當班超出基本工作量部分拿出現金當班兌現。組織班與班開展對口勞動競賽，鼓勵上班為下班創造條件，最大程度調動職工積極性。

(3) 對鑿井設施，實行定人定機維修保養制度。使設備維持在良好的待命狀態。

掘進各班組負責各工序的施工，定量限時，“滾班制”作業，嚴格按循環圖表要求控制作業時間，保證正規循環作業。地面輔助工，實行“三八”制作業，與掘進班組配合施工，保證井下掘進工作的順利進行。

6 結 語

(1) 通過采用“四新”新技術、新工藝、新材料、新設備，確保工程施工的每一個階段、每一個環節、每一道工序都處于受控狀態，確保工程質量。做到了優質、快速、高效施工。在井筒施工條件差，井壁支護結構復雜的情況下，主井井筒施工創出了月成井134m的好成績。

(2) 根據井筒的技術特征及工程、水文地質，井筒施工采用短段掘砌、四班制滾班作業。采用“四大一深”工藝進行施工，即“大絞車”、“大吊桶”、“大抓巖機”、“大模板”和“中深孔爆破”等配套的立井施工機械化作業線，加快了井筒施工速度。

(3) 通過基巖段的施工，總結出了“探、注、封、排、截”等一套深立井井筒綜合防治水施工工藝，有效控制了工作面水害的發生，確保了井筒的施工進度和質量。

(4)加強了通過不穩定巖層及破碎帶的施工技術措施，根據圍巖破碎的程度，采取減小周邊眼圈徑進行放炮，可視情況增加錨網噴一層支護和采用型鋼支架、背板等臨時支護，確保了井筒的安全快速施工。

(5)科學的施工組織與管理，通過采用先進的施工技術、合理的施工工藝、可靠的機械化配套裝備以及精心的組織和科學的管理。在施工中，組織多工序平行交叉作業，減少輔助作業時間，提高工作效率，充分調動職工的積極性，實現優質高效的工作目標，為保證了各項工程、各個工序按工期要求，有條不紊的進行提供了保障。

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