立井井筒快速施工工藝及支護(hù)技術(shù)

王 浩

（山西潞安礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司古城煤礦，山西 長治 046000）

1 概述

山西潞安礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司古城煤礦采用斜立混合分區(qū)開拓方式，主斜井、副立井已施工到位，回風(fēng)立井開始掘進(jìn)施工。由于回風(fēng)立井掘進(jìn)深度大，為了解決傳統(tǒng)掘進(jìn)工藝存在施工效率低、安全系數(shù)低、排矸難度大等技術(shù)難題，決定對回風(fēng)立井施工工藝及圍巖支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化[1-6]。

2 井筒長段掘砌施工工藝

2.1 井筒掘進(jìn)設(shè)備配置

1）配備雙鉤提升系統(tǒng)，主要是雙筒提升機(jī)，滾筒直徑為5.0 m，提升電機(jī)功率為2400 kW，最大提升深度為1900 m，提升鋼絲繩直徑為52 mm。

2）在井口處安裝一臺(tái)雙筒穩(wěn)車懸吊井筒內(nèi)吊盤，雙筒穩(wěn)車滾筒直徑為4.0 m，通過滑輪組和4根穩(wěn)繩對吊盤懸吊和吊桶提升。井筒施工期間共計(jì)布置5 個(gè)吊盤，如圖1 所示，吊盤間距為5.0 m，最下一層吊盤距井筒掘進(jìn)面間距小于25 m。

圖1 回風(fēng)立井井筒施工系統(tǒng)示意圖

3）最下層吊盤中部安裝一臺(tái)中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)用于出矸，上層吊盤為保護(hù)盤，中部3 層吊盤為支護(hù)工作盤，其中第一、第三、第五吊盤采用液壓千斤及卡固裝置與井筒壁進(jìn)行固定。

回風(fēng)立井井筒施工系統(tǒng)示意圖如圖1。

2.2 井筒開口段施工

1）井筒40 m 范圍內(nèi)表土層、基巖段采用臨時(shí)小井架與小絞車相互配合進(jìn)行施工，其中表土層主要采用人工以及挖掘機(jī)施工，基巖段采用全斷面爆破施工。炮眼深度為1.6 m，單茬掘進(jìn)深度為1.2～1.4 m，爆破后采用絞車連接吊桶排矸。

2）開口段施工完后，在井口施工風(fēng)筒、排水管路、溜灰管等出口，確保風(fēng)筒及各種管路能夠進(jìn)入工作面。當(dāng)井筒開口掘進(jìn)15 m 后形成封口盤。

2.3 井筒長段掘砌施工

當(dāng)井筒開口段施工完且形成通風(fēng)、排水系統(tǒng)后，對井筒采用長段掘砌傘狀鉆孔爆破施工工藝。

1）首先采用液壓傘鉆鑿巖配合六角中空合金鋼釬桿以及柱齒合金釬頭進(jìn)行鉆孔施工。鉆孔平面成圓環(huán)狀，共計(jì)布置4 排圓環(huán)鉆孔，排距為1.0 m，其中第一排為掏槽孔，第二、三排為輔助孔，第四排為周邊孔。

2）掏槽孔共計(jì)4 個(gè)，孔深為4.0 m，圓環(huán)直徑為1.0 m，鉆孔向圓環(huán)中心以60°偏角布置；第二排布置10 個(gè)鉆孔，第三排布置12 個(gè)鉆孔，孔深為3.2 m，鉆孔向圓環(huán)中心偏角為75°；第四排布置15個(gè)鉆孔，鉆孔向圓孔中心布置夾角為87°，鉆孔剖面為傘狀。

3）傘狀鉆孔施工完后，對掏槽孔鉆孔采用分段裝藥，共分為三段，每段裝藥量為0.6 kg；其他鉆孔采用長段裝藥，裝藥量為2.4 kg。鉆孔用水炮泥進(jìn)行封孔，封孔長度不低于1.5 m。

4）裝藥完成后進(jìn)行全斷面爆破，爆破后用中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)將矸石裝入吊桶內(nèi)，然后采用提升系統(tǒng)及時(shí)排矸。為實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)與支護(hù)同步施工，采用長掘進(jìn)短砌筑施工方法，掘砌錯(cuò)距為25 m。

3 井筒支護(hù)工藝

為了防止井筒施工過程中筒壁矸石片落，對筒壁采用分次雙層復(fù)合支護(hù)工藝。

3.1 臨時(shí)支護(hù)

1）立井井筒每掘進(jìn)2.0 m 進(jìn)行支護(hù)，井筒完整段采用“單錨桿+鋼筋網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)。錨桿長度為2.0 m，直徑為20 mm，錨桿采用端頭錨固方式，每排布置10 根，布置排距為1.0 m。鋼筋網(wǎng)由直徑為6 mm 圓鋼編制而成，每片鋼筋網(wǎng)長度為2.0 m，寬度為1.0 m，鋼筋網(wǎng)扎制成弧形。

2）當(dāng)井筒過斷層等構(gòu)造區(qū)域且筒壁破碎時(shí)，對筒壁圍巖采取注漿錨桿支護(hù)，注漿錨桿長度為2.5 m，直徑為30 mm。注漿錨桿先用樹脂進(jìn)行錨固，然后對桿體注入聚氨酯與催化劑混合的有機(jī)化學(xué)材料，注漿后對破碎圍巖裂隙進(jìn)行粘接、填充，同時(shí)起到堵水作用。

3.2 二次支護(hù)

臨時(shí)支護(hù)完后，對筒壁采取二次澆注支護(hù)，采用分段式金屬模板砌筑工藝。

1）每個(gè)循環(huán)砌筑高度為6.0 m，采用分層式模板安裝及澆注，模板采用“T”型鋼制模板。每個(gè)循環(huán)安裝三層，第一層模板高度為1.0 m，第二層模板高度為3.0 m，第三層模板高度為2.0 m。

2）T 型模板主要由刃腳、托架以及護(hù)壁模板等部分組成。模板采用從下往上的安裝順序，安裝時(shí)先安裝下部1 m 的模板，將模板托架與吊盤固定裝置進(jìn)行固定，將模板刃腳與筒壁上的固定裝置進(jìn)行連接安裝，使下層模板與筒壁之間形成澆筑空間。

3）第一層模板安裝后對支模區(qū)進(jìn)行混凝土澆筑，混凝土經(jīng)攪拌站攪拌后通過安裝在筒壁的溜灰管進(jìn)入澆筑區(qū)，混凝土主要采用水泥、沙子、石子以1:1:2 攪拌而成。混凝土澆筑時(shí)采用振動(dòng)泵振動(dòng)嚴(yán)實(shí)，模板澆筑時(shí)將螺母盒安裝至筒壁上，便于后期設(shè)備安裝。

4）當(dāng)?shù)谝粚幽０灏惭b后利用吊盤提升架將第二層模板（高度為3.0 m）吊裝至第一層模板上口位置，并對接嚴(yán)實(shí)且井下固定，然后澆筑第二層模板區(qū)。以此類推直至三層模板全部澆筑到位。

4 應(yīng)用效果

1）提高了井筒施工效率。古城煤礦回風(fēng)立井采用傘狀鉆孔爆破施工工藝時(shí)單茬掘進(jìn)深度為3.0～3.2 m，與傳統(tǒng)光面爆破施工相比，單茬掘進(jìn)提高2.0 m左右，全天可提高進(jìn)度5 m，大大提高了井筒施工效率。

2）提高了排矸效率。回風(fēng)立井在施工過程中安裝了一臺(tái)大功率雙筒提升機(jī)和一臺(tái)中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)進(jìn)行聯(lián)合排矸，排矸速度快，排矸自動(dòng)化水平高。現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，井筒每掘進(jìn)一茬產(chǎn)生的矸石量為235 m3，排矸時(shí)間為2.0 h，排矸效率高。

3）提高了筒壁圍巖穩(wěn)定性。對井筒筒壁采用分次支護(hù)方式進(jìn)行加固，初次支護(hù)控制筒壁圍巖垮落，二次支護(hù)實(shí)現(xiàn)圍巖全斷面注漿封堵，使圍巖與澆注體鑲嵌為一體，提高筒壁整體穩(wěn)定性。

4）簡化了施工工序。回風(fēng)立井采用長段掘砌施工工藝，實(shí)現(xiàn)了立井掘進(jìn)與筒壁支護(hù)平行作業(yè)，簡化了施工工序，提高了施工效率。

5 結(jié)語

古城煤礦對回風(fēng)立井施工及支護(hù)工藝技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提出了長段掘砌施工工藝、分段式金屬模板砌筑支護(hù)技術(shù)。通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，解決了深井施工效率低、施工難度大、排矸速度慢等技術(shù)難題，提高了筒壁圍巖支護(hù)效果。同時(shí)，通過大功率雙筒提升機(jī)、回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)、吊裝盤等設(shè)備配合施工，提高了井筒施工自動(dòng)化水平，降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，取得了顯著應(yīng)用成效。