超大荒斷面凍結斜井井筒快速施工及應用

徐成亮

(山東礦業管理技術服務集團有限公司,山東泰安 271000)

超大荒斷面凍結斜井井筒快速施工及應用

徐成亮

(山東礦業管理技術服務集團有限公司,山東泰安 271000)

近年來,采用凍結法施工的深井越來越多,凍結壁設計強度也越來越高,該技術成為井筒通過含水不穩定層的有效手段,在立井凍結段施工時,充分體現了其優越性。但是,斜井井筒凍結施工在礦井建設中還沒有很成熟經驗及規范,斜井井筒凍結施工,井筒支護是關鍵工作,工藝復雜,施工速度比較慢,建井成本比較高。隨著市場競爭及提高經濟效益的要求,加快凍結斜井施工速度,是縮短礦井建設工期的關鍵,特別是凍結井增加了凍結工期和費用,再加上超大荒斷面,大傾斜角,加快施工速度尤其重要。

礦井建設 凍結斜井 快速施工及應用

1 前言

福城煤礦新副斜井井筒設計長度1266.9m，設計傾角23°，軌面標高+1241.994m，井筒施工完粘土段累計至斜長232.375m，本冷凍段長度268.712m、巷道沿粘土段井筒方向延伸，底板標高+1151.994m～+1047m(對應地面垂深為90m～194.994m)，凈斷面積15.7m2，凈寬4.6m，凈高3.9m。該斜井凍結段巖層特征屬于第三系的粘土層。此段主要性質為：粘土、砂質粘土及細沙，淺紅及棕紅色，結構松散，局部夾細砂層。

針對大斷面大傾角凍結斜井井筒施工，我們應用先進的施工工藝和技術，安全、優質、快速的完成福城煤礦新副斜井井筒施工。

2 施工技術特點

(1)根據凍結斜井井簡斷面、凍結長度及地質條件來合理的配置機械化裝備，特別是采用電動耙碴機出矸，工作面刷幫清底，節省了大量人工；解決了因斷面大，矸石量大，傾斜角大，裝載困難，出矸時間長的問題，提高工效近4倍。

(2)解決了斜井施工，工作面迎頭鉆超前炮眼與出矸作業平行交叉施工，縮短了循環周期，有利于實現正規循環作業。實現了凍結斜井井筒快速施工。

(3)井筒開鑿后立即進行25U型可縮性金屬支架及背網噴臨時支護，減少了巖層的暴露時間，確保了施工安全。實現了井筒澆注混凝土永久支護與迎頭掘進平行交叉施工，反拱施工與井筒混凝土平行交叉施工，合茬口注漿、壁后注漿與井筒平行交叉施工，縮短了循環作業時間，增強了企業的競爭力。

(4)解決了凍結管路鹽水回收，掘后揭露的凍結管恢復利用，反拱施工底板澆注合茬口的處理，拱頂合茬口的處理，加強了混凝土強度控制。各工種實現專業化，按“滾班制”作業，充分調動了人的主觀能動性。掘進段長15-30m，砌砼段長10～20m，有利于交叉平行作業循環的實施，充分發揮機械化裝備的優勢。

3 施工操作要點

(1)最合理的超大荒斷面凍結井機械化快速施工綜合配套設備和方案。要確保超大荒斷面凍結井斜井快速施工得以實現，前提條件之一就是要配備足夠的裝矸和提升能力來滿足快速施工的需要。若采用傳統的人工裝矸顯然已不能滿足快速施工的條件。采用ZWY-220煤礦用挖掘裝載機出矸刷幫和JKZ－2.0大絞車配以6m3前傾式箕斗提升，很好地解決了超大荒斷面凍結井出矸時間太長，制約提高成井速度的問題。整體碹弓子模板和自動計量、自動攪拌、自動下料的砼攪拌系統；澆注用水采用蒸汽加熱技術，保證混凝土入模溫度；絞車電控用PLC控制等新技術形成了機械化快速施工綜合配套的施工方法，實現超大斷面快速施工的目的。當斜井井筒凈直徑＞5.5m，且井筒深度較淺時宜布置單鉤提升；當井筒深度較深時只要施工斷面允許盡可能布置雙鉤提升或鋪設一條皮帶，皮帶機型選型應根據井筒直徑、深度等綜合確定。

(2)最優出矸與排矸設備的配套。凍結斜井快速施工每一循環中，出矸時間往往占30%～40%，如何縮短出矸占用的時間是快速施工得以實現的重要因素。目前國內凍結斜井快速施工出矸一般均優選綜掘機，但當井筒傾斜角大于23°，超大荒斷面時，綜掘機的運行就受到了限制，只要施工斷面許可應優先考慮采用耙碴機出矸。

在荒斷面大于30m3、凍結斜井深大于100m施工時，選用耙碴機出矸，使出矸速度提高了近一倍，小班出矸時間縮短了2h左右，僅此一項整個凍結井筒出矸時間就節省了240h，工人勞動強度也降低了50%以上，同時也提高了清底、刷幫質量，為后續工作創造了良好的條件。

(3)最優打眼爆破設備及技術。凍結斜井施工速度與爆破效果有直接聯系，而爆破效果由打眼設備及技術所決定。凍結斜井打眼宜優選高強風煤鉆，爆破技術宜采用深淺孔光面爆破技術，T220型水膠炸藥，5段毫秒延期電雷管串聯方式。

(4)最優砌壁模板及下料工藝相配套。砌壁模板是凍結斜井快速施工具有工藝特征的關鍵設備，模板性能好壞直接影響到施工速度的快慢及質量的好壞。目前，斜井快速施工模板一般均采用鋼碹弓子小塊金屬模板，該模板具有脫模方便、剛度大、變形小、立模方便等優點，一般在地面試組裝，拆開后下至工作面現場組裝，模板根據井簡掘進長度來確定，段長一般為9～16.5m，砌壁混凝土一般由混凝土集中攪拌站提供，強制式攪拌機拌料，側卸式混凝土輸送車或混凝土攪拌輸送車下料。

(5)地面排矸能力要與裝巖、提升能力相適應。根據斜井快速施工經驗總結，地面排矸能力應以不影響裝巖、提升來配置，一般采用落地矸石自卸汽車及裝載機集中排矸。

4 材料設備及組織管理

4.1 材料設備

(1)澆筑混凝土選用早期強度高的混凝土配合比，以適應掘進速度快的特點。

(2)根據凍結井筒荒斷面大的特征，結合立井機械化配套中鑿巖、裝巖、支護、提升和運輸各個環節相互匹配的要求，使設備綜合能力最大限度得到發揮，取得快速、經濟施工的效果。

(3)我們在凍結井井筒施工的成熟經驗基礎上，對超大凍結井筒荒斷面快速施工進行了綜合機械化配套進行設備選型。

(4)井筒布置1套單鉤提升系統，選用JKZ-2.0型提升機配PLC電控系統，提6m3前傾式箕斗。 一臺電動耙碴機，井筒另外布置一趟Φ108壓風管、供水管、排水管，一趟Φ600風筒，動力電纜，照明、通訊、信號、通信電纜、監控電纜。

4.2 勞動組織管理

(1)項目部設經理1人，副經理3人，另設工程技術部，經營后勤部，機電管理部，安全生產調度室等。

(2)勞動組織采用綜合施工隊形式，按專業化班組配備，井下三個掘進班一個砌壁班實行滾班制作業，地面輔助人員“三八”制作

業。井筒凍結段掘砌施工時期，直接工采用專業工種“滾班”制度，循環進尺1.2m，循環時間12小時，循環率90%。

5 質量安全控制與環保措施

5.1 質量控制措施

(1)嚴格控制掘進斷面，采用光面爆破，做到不欠挖、超挖不大于技術規范規定。

(2)砌壁施工：斷面尺寸必須符合設計要求；砌壁所用原材料的質量合格施工用機具、模板等必須經過檢查確認完好方可使用。混凝土應分層對稱澆筑，每層澆筑高度不大于400mm，且連續灌筑。

5.2 安全控制措施

(1)施工中嚴格按《煤礦安全規程》和《煤礦建設安全規定》執行。加強安全技術管理，嚴格執行一工程一措施制度，認真編制單位工程施工組織設計或技術安全措施，優化施工方案，選擇技術先進、經濟合理、安全可靠的施工方法。

(2)向全體施工人員傳達技術安全措施，并對工程特征、技術要求、施工程序、操作要求、質量標準以及安全注意事項等進行傳達交底。

(3)加強井邦和頂板管理，防止出現片幫和冒頂，按規程及時措施。挖掘機司機應操作熟練，施工中嚴禁人員進入設備旋轉半徑范圍，以免傷人。通風機必須滿足挖掘機作業期間工作面排煙和人員需要。

5.3 環保控制措施

(1)嚴格按照環境管理標準體系要求開展日常的各項工作。 建立環境保護管理體系，制定可行的環境管理目標，健全管理制度，加大考核力度。井筒加強通風系統管理，保證工作面有足夠的新風。

(2)作業人員必須佩帶合格的勞保用品，降低粉塵和噪音對人體的危害。打眼時要避開凍結管，避免凍結管受到破壞，造成鹽水泄露。

6 效益分析

超大斷面凍結井凍結段斜井機械化快速施工工法，是在特厚粘土層斜井機械化快速施工基礎上優化而形成的，目前國內最合理的機械化快速施工綜合配套的施工方法。其實質就是在保證工程質量的前提下，充分利用機械設備的高性能，尤其是大膽采用電運耙碴機，經過嚴格的管理來縮短井筒建設工期，其直接效益就是節省施工輔助費用，使礦井提前投產，間接效益就是積累了施工經驗，提高了企業的知名度，帶動了整個斜井井筒建井技術向前發展。

福城煤礦新副斜井超大斷面大傾斜角凍結段快速施工，利用斜井機械化快速施工工法創凍結斜井井筒施工記錄，且工程質量為全優工程，全員人均效率高，機械化程度高，施工設備完好率達100%。全凍結段井筒杜絕了一切輕傷以上的事故。同時，斜井井筒連續快速施工也為施工單位積累了豐富的施工經驗，增強了企業的信譽，這種無形的效益也極為可觀。

7 結語

我們通過對凍結斜井井筒機械化快速施工進行了研究與應用，在福城新副斜井的施工中成熟地利用了超大荒斷面凍結斜井井筒機械化配套作業線，井筒凍結段自2012年2月6日正式開工，平均月成井34.8m。創同行業超大荒斷面、大傾斜角凍結斜井井筒快速施工新記錄。

由此可見，福城新副斜井超大斷面大傾斜角凍結井井筒機械化快速施工是成功的，創出了我國同行業超大斷面凍結井斜井井筒施工最好水平，為超大斷面大傾斜角凍結斜井井筒快速施工技術研究起到了一定的促進作用。

[1]《礦山井巷工程施工及驗收規范》GBJ,213-90.

[2]《煤礦井巷工程質量檢驗評定標準》MT,5009-94.

徐成亮(1972—),男,山東礦業管理集團總經理助理,生產技術部部長,高級工程師,1996年畢業于山東礦業學院,一直從事礦山建設及技術管理工作。