福城煤礦副井井筒延伸施工技術研究

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，風井已經投入投用，為了簡化井下通風系統，現副井井口已進行了封堵，井下貫通巷內設置了兩道聯鎖風門。地面原鑿井設施均已拆除。井底水窩內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。施工的探測鉆孔發現延伸段巖層賦存穩定，巖層巖性參數見表1；探測過程中未發現有斷層破碎帶、褶曲等地質構造，延伸段水文地質簡單，涌水量在4 m3/h以內。

表1 副井井筒延伸段巖層巖性

2 井筒延伸施工技術

2.1 總體施工布置

為了實現福城煤礦副井井筒延深段安全、快速、優質、高效施工的目標，將新工藝、新技術以及新材料、新設備應用到延伸掘進中［1］。

（1）新工藝

①立井快速施工機械化作業線：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井底矸石快速裝罐、出矸。

（2）新技術

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

（3）新材料、新設備

為避免井筒支護混凝土出現裂縫，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備。具體井筒施工中使用的機械設備及規格見表2。

表2 井筒施工機械設備

2.2 延伸段井筒施工工藝

（1）井筒掘進

①鑿眼設備、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，技術參數為：規格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

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

b、炮眼布置形式

根據以往施工經驗以及相關研究成果［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、炮眼參數見表3。爆破孔內炸藥為反向裝藥結構，起爆順槽依次為掏槽眼、輔助眼、周邊眼。

表3 炮眼參數

圖1 炮眼布置

（2）裝巖及提升

依據光面爆破孔布置參數，爆破后產生約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收以及模板自身重量實現脫模。脫模后模板下移到指定位置，依靠液壓油缸同時外放，將模板恢復到原有設計尺寸，固定牢固后即可澆筑混凝土。

（1）混凝土的澆灌

在副井井口北側設混凝土攪拌站，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。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 應用效果分析

施工時對采用的爆破方案應用效果進行考察，具體結果見表4。掘進時施工的炮眼綜合利用率達到90%、循環進尺量達到3.7 m，取得較好的破巖效果。破巖后采用的矸石提升系統提升了矸石外運效率并降低作業人員勞動強度；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。現場統計井筒掘進進尺可達到90 m/月，同時未監測到井筒變形。在副井井筒延伸掘進施工中采用的掘進技術實現了井筒高效、安全、快速施工目的。

表4 爆破效果

4 結語

1）采用先進的機械設備以及合理的施工方案是實現井筒快速、安全延伸掘進的關鍵。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人員勞動強；采用耙裝機將矸石扒至井筒內，用HZ-6 型抓巖機裝罐出矸，提升了矸石外運效率。傳統的小模版、耙渣機等施工方式井筒掘進進尺一般在50 m/月以內，而文中所提的井筒施工技術在井筒支護、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備、破巖以及支護方案等進行設計。現場應用后，副井筒循環進尺量達到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。