全深凍結立井相關硐室開口施工關鍵技術

李佳

摘要：本文主要通過對全深凍結井筒相關硐室施工進行方案確定以及采用的一系列技術，保證了井筒與相關硐室同時施工的安全。

Abstract： This paper focuses on the deep frozen shaft related chamber construction project identification and a series of technology adoption， to ensure the safety of wellbore and related chamber construction at the same time.

關鍵詞：全深凍結；硐室；開口施工

Key words： deep freezing；chamber；opening construction

中圖分類號：TD265 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）22-0103-03

0 引言

由于井筒現多采用全井深凍結，且全井深凍結井筒大多是內外壁雙層井壁支護，施工與井筒相關硐室帶來了一定的難度。目前，國內外對全深凍結立井相關硐室施工主要有以下兩種方案：一是與井筒同步施工，井筒掘進到相關位置時，停止向下掘進，施工硐室；二是井筒外壁施工到硐室位置預留出硐室口澆素砼，施工到底后，砌筑內壁到硐室位置預留出硐室口澆素砼，內壁施工完后，再進行硐室施工。

該項目主要目的就在于對全深凍結立井相關硐室開口施工關鍵技術的確定，滿足實際生產和安全的需要。

1 工程概況

雅店礦井隸屬于陜西彬縣煤炭有限責任公司，礦井位于彬長礦區北部東側。礦井為低瓦斯礦井。副立井井筒井口設計標高+878.3m，井筒凈直徑8.5m，井筒深度469.7m；凍結深度480m，井底車場連接處（馬頭門）設計凈底板標高為：+425.800m（即井深-452.5m），馬頭門呈東西方向（礦井設計方向）雙面開口，方位角a=257°30′00″。按照施工合同，東、西馬頭門施工長度均為11.25m（從井筒中心計），斷面形狀為直墻半圓拱形，其中半圓拱部分凈半徑3800mm，掘進荒半徑為4400mm，凈寬7600mm，掘進寬度8800mm，墻高4200～1600mm。馬頭門支護方式為錨網索噴+雙層鋼筋混凝土支護，其中錨網索噴厚度100mm。鋼筋混凝土支護厚度為500mm。

2 地質水文概況

井筒穿過含水層巖性主要為粗、中、細粒砂巖，含水層富水性弱。井田的直接充水含水層和主要充水含水層，為弱充水層。經計算，副立井井筒涌水量約為394.59m3/h。

雅店副立井井筒根據地表出露及鉆孔揭露，地層由新至老依次有：第四系全新統沖積層（Q4），白堊系下統華池組（k1h）、洛河組（K1l）、宜君組（K1y），侏羅系中統安定組（J2a）、直羅組（J2z），延安組（J2y），侏羅系下統富縣組（J1f），三疊系上統胡家村組（T3h）。硐室穿過的巖石為中粒砂巖、細粒砂巖、煤、砂質泥巖。

3 施工方案的確定

在施工之初，對項目存在的技術方案和安全問題進行全面研究分析，雅店副井采用全井凍結的施工方法，針對安全快速施工井筒內相關硐室，提出了三種施工方案：

一是與井筒同步施工，井筒掘進到相關位置時，停止向下掘進，施工硐室；該方案施工速度快，也不增加破壁成本，但井筒采用全深凍結，施工硐室時要割除凍結管，破壞凍結壁，有可能凍結壁出水，而且如果施工速度慢時，下部未施工的凍結井筒有可能解凍出水，因而對整個井筒施工工期造成影響，風險主要是涌水的影響。

二是井筒外壁施工到硐室位置預留出硐室口澆素砼，施工到底后，砌筑內壁到硐室位置預留出硐室口充填低標號混凝土，內壁施工完后，再進行硐室施工；此方案先用低標號砼支護再破除增加了成本，但是保證了井壁整體性，節省硐室出渣的時間，縮短了凍結工期。

三是井筒外壁施工到硐室位置預留出硐室口澆素砼，施工到底后，砌筑內壁到硐室位置充填沙袋預留出硐室口，內壁施工完后，再進行硐室施工；此方案即保證了井壁整體性，又減少了破除內壁工序。

綜合考慮各種方案的優缺點及風險，決定采用第三種方案：井筒外壁掘砌期間硐室開口按設計外壁厚度正常掘進，硐室開口處澆筑素混凝土，套壁時充填沙袋預留出硐室口，井筒與硐室相貫線處模板、碹胎提前準備。但此方案是停止凍結后施工硐室，存在一定風險，密切掌握硐室所處巖層含水情況，內壁砌筑完落盤時需對出水點進行壁間、壁后進行注漿。優點是降低了施工成本，加快了施工速度，施工質量得到了保證。

4 具體施工方案

4.1 探注施工

①硐室及凍結管環形空間探水、注漿、加固：利用井筒外壁作為止漿墻，根據凍結管實測布置圖和凍結管偏斜度在硐室輪廓線上打眼，采用風動潛孔鉆機配Φ130mm鉆頭鉆進3.5m后，用壓風吹凈孔內巖粉，1：1砂漿加固孔口管，外露井壁50mm，埋設14根Φ108mm×6mm×3.0m孔口管（孔距2000mm）。配Φ50mm鉆桿、75mm鉆頭施工，眼深根據凍結管位確定（眼深到超過凍結管位100mm即可），對鉆孔進行涌水量觀測，有水立即進行注漿，無水繼續鉆進至終孔，進行凍結管環形空間注漿加固。

②預埋環形注漿管：硐室澆筑混凝土時，在硐室荒徑與井筒外壁之間預埋一根環形注漿管，硐室澆筑完混凝土后，及時對環形注漿管進行注漿加固，防止井筒壁間出水。環形注漿管由塑料花管和穿井壁鋼管組成，塑料花管：用？準25×2.3mmPE-RT地板輻射采暖管制成，每隔15cm在管壁上打4個？準8mm十字花孔，然后用膠帶將十字花孔覆蓋住。穿井壁鋼管：采用？準20×3.0mm無縫鋼管。注漿系統引出井壁用的高壓膠管的公稱壓力為16MPa，通徑為10mm，引出井筒內壁長度不小于0.5m。塑料花管和穿井壁鋼管連接采用套接固定方式，即穿井壁鋼管套入塑料花管一定長度，然后綁扎牢固。穿井壁鋼管和高壓膠管之間采用快速接頭連接，即：穿井壁鋼管與快速接頭焊接在一起，高壓膠管再與快速接頭連接；或者采用螺紋連接，但要保證其密封性。

4.2 硐室開口施工

①掘進：待硐室及凍結管環形空間探注施工完成后，開始對硐室進行鉆爆施工。硐室掘進方式為上、下臺階式施工，先炮掘上臺階，然后下臺階起底。割除凍結管時，將管內凍結鹽水放入吊桶排至地面，并及時封堵。②出矸：爆破后將矸石攉到井筒內，硐室施工完后抓巖機裝巖吊桶出矸。③支護：鉆爆后及時進行錨網噴臨時支護，待硐室掘進結束后，利用溜灰管和混凝土輸送泵下灰，整體金屬模板配合組合模板、木模板聯合永久支護。

硐室施工期間增加臨時盤，臨時盤上加裝折頁板防護開門墜人，臨時盤下加裝尼龍網防止人員墜入井底。

4.3 涌水防治措施

硐室注漿施工期間采用二級排水即：工作面→吊盤→地面。

①吊盤上布置兩臺DC50-50×12型高揚程臥泵（一臺運轉，一臺備用，遇到突發情況具備兩臺同時運轉的能力）。排水能力為40m3/h。②吊盤水箱至地面排水管路采用一趟Ф108mm無縫鋼管，采用一臺2JZ-10/600A型鑿井絞車懸吊。③工作面至吊盤水箱采用兩臺QKS50-400-120kW礦用排沙潛水電泵，單臺流量50m3/h潛水泵，通過3'膠管排水。④如因井下涌水量變大而兩臺臥泵能力達不到施工所需求，則增加吊桶排水，排水量40m3/h。

5 勞動組織

硐室施工中，勞動組織采用綜合施工隊形式，按專業化班組配備，井下實行四個專業化班制作業，地面輔助人員“三·八”制作業。現場勞動組織設立大抓、傘鉆、壓風、水泵、運轉包機組，進行設備的動態檢修，確保設備完好運行。項目部管理人員實行安全帶班制度，確保安全順利施工。

6 創新點及實施效果

6.1 技術創新點

①井筒外壁施工到硐室（馬頭門）位置預留出硐室口澆素砼技術。

井筒外壁施工到馬頭門位置時候，由工程技術人員放線畫出馬頭門輪廓線，井筒正常鋼筋綁扎（井筒與硐室連接處預留鋼筋），整體金屬模板按設計標號（C70）澆筑混凝土。

②砌筑內壁到硐室（馬頭門）位置充填沙袋預留出硐室口技術。

外壁到底、水窩施工完成后，開始進行內壁套筑，砌筑到硐室位置時，由工程技術人員畫出馬頭門輪廓線，井筒正常鋼筋綁扎（井筒與硐室連接處預留鋼筋），利用組合模板按設計標號進行澆筑混凝土，硐室位置澆筑時用木模板隔開，用沙袋充填，既保證了井壁的整體性，又在施工硐室（馬頭門）時省時省力。

③利用外壁作為止漿墻對硐室（馬頭門）圍巖進行探水、注漿、加固技術。

井筒工程全部施工完成后，凍結結束。開始落盤進行硐室（馬頭門）施工，開口前利用外壁作為止漿墻對硐室及凍結管環形空間進行探水、注漿、加固。

④預埋環形注漿管注漿加固技術。

硐室澆筑混凝土時在硐室荒徑與井筒外壁之間預埋一根環形注漿管，硐室混凝土澆筑完后及時對環形注漿管進行注漿加固，防止井筒壁間出水。

6.2 實施效果

雅店煤礦副立井井筒施工采用該技術后施工工期提前了21天，采用此技術確保了安全生產，且提高了立井井筒施工速度，縮短了建設周期。

參考文獻：

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