超大荒断面冻结斜井井筒快速施工及应用

徐成亮

(山东矿业管理技术服务集团有限公司,山东泰安 271000)

超大荒断面冻结斜井井筒快速施工及应用

徐成亮

(山东矿业管理技术服务集团有限公司,山东泰安 271000)

近年来,采用冻结法施工的深井越来越多,冻结壁设计强度也越来越高,该技术成为井筒通过含水不稳定层的有效手段,在立井冻结段施工时,充分体现了其优越性。但是,斜井井筒冻结施工在矿井建设中还没有很成熟经验及规范,斜井井筒冻结施工,井筒支护是关键工作,工艺复杂,施工速度比较慢,建井成本比较高。随着市场竞争及提高经济效益的要求,加快冻结斜井施工速度,是缩短矿井建设工期的关键,特别是冻结井增加了冻结工期和费用,再加上超大荒断面,大倾斜角,加快施工速度尤其重要。

矿井建设 冻结斜井 快速施工及应用

1 前言

福城煤矿新副斜井井筒设计长度1266.9m，设计倾角23°，轨面标高+1241.994m，井筒施工完粘土段累计至斜长232.375m，本冷冻段长度268.712m、巷道沿粘土段井筒方向延伸，底板标高+1151.994m～+1047m(对应地面垂深为90m～194.994m)，净断面积15.7m2，净宽4.6m，净高3.9m。该斜井冻结段岩层特征属于第三系的粘土层。此段主要性质为：粘土、砂质粘土及细沙，浅红及棕红色，结构松散，局部夹细砂层。

针对大断面大倾角冻结斜井井筒施工，我们应用先进的施工工艺和技术，安全、优质、快速的完成福城煤矿新副斜井井筒施工。

2 施工技术特点

(1)根据冻结斜井井简断面、冻结长度及地质条件来合理的配置机械化装备，特别是采用电动耙碴机出矸，工作面刷帮清底，节省了大量人工；解决了因断面大，矸石量大，倾斜角大，装载困难，出矸时间长的问题，提高工效近4倍。

(2)解决了斜井施工，工作面迎头钻超前炮眼与出矸作业平行交叉施工，缩短了循环周期，有利于实现正规循环作业。实现了冻结斜井井筒快速施工。

(3)井筒开凿后立即进行25U型可缩性金属支架及背网喷临时支护，减少了岩层的暴露时间，确保了施工安全。实现了井筒浇注混凝土永久支护与迎头掘进平行交叉施工，反拱施工与井筒混凝土平行交叉施工，合茬口注浆、壁后注浆与井筒平行交叉施工，缩短了循环作业时间，增强了企业的竞争力。

(4)解决了冻结管路盐水回收，掘后揭露的冻结管恢复利用，反拱施工底板浇注合茬口的处理，拱顶合茬口的处理，加强了混凝土强度控制。各工种实现专业化，按“滚班制”作业，充分调动了人的主观能动性。掘进段长15-30m，砌砼段长10～20m，有利于交叉平行作业循环的实施，充分发挥机械化装备的优势。

3 施工操作要点

(1)最合理的超大荒断面冻结井机械化快速施工综合配套设备和方案。要确保超大荒断面冻结井斜井快速施工得以实现，前提条件之一就是要配备足够的装矸和提升能力来满足快速施工的需要。若采用传统的人工装矸显然已不能满足快速施工的条件。采用ZWY-220煤矿用挖掘装载机出矸刷帮和JKZ－2.0大绞车配以6m3前倾式箕斗提升，很好地解决了超大荒断面冻结井出矸时间太长，制约提高成井速度的问题。整体碹弓子模板和自动计量、自动搅拌、自动下料的砼搅拌系统；浇注用水采用蒸汽加热技术，保证混凝土入模温度；绞车电控用PLC控制等新技术形成了机械化快速施工综合配套的施工方法，实现超大断面快速施工的目的。当斜井井筒净直径＞5.5m，且井筒深度较浅时宜布置单钩提升；当井筒深度较深时只要施工断面允许尽可能布置双钩提升或铺设一条皮带，皮带机型选型应根据井筒直径、深度等综合确定。

(2)最优出矸与排矸设备的配套。冻结斜井快速施工每一循环中，出矸时间往往占30%～40%，如何缩短出矸占用的时间是快速施工得以实现的重要因素。目前国内冻结斜井快速施工出矸一般均优选综掘机，但当井筒倾斜角大于23°，超大荒断面时，综掘机的运行就受到了限制，只要施工断面许可应优先考虑采用耙碴机出矸。

在荒断面大于30m3、冻结斜井深大于100m施工时，选用耙碴机出矸，使出矸速度提高了近一倍，小班出矸时间缩短了2h左右，仅此一项整个冻结井筒出矸时间就节省了240h，工人劳动强度也降低了50%以上，同时也提高了清底、刷帮质量，为后续工作创造了良好的条件。

(3)最优打眼爆破设备及技术。冻结斜井施工速度与爆破效果有直接联系，而爆破效果由打眼设备及技术所决定。冻结斜井打眼宜优选高强风煤钻，爆破技术宜采用深浅孔光面爆破技术，T220型水胶炸药，5段毫秒延期电雷管串联方式。

(4)最优砌壁模板及下料工艺相配套。砌壁模板是冻结斜井快速施工具有工艺特征的关键设备，模板性能好坏直接影响到施工速度的快慢及质量的好坏。目前，斜井快速施工模板一般均采用钢碹弓子小块金属模板，该模板具有脱模方便、刚度大、变形小、立模方便等优点，一般在地面试组装，拆开后下至工作面现场组装，模板根据井简掘进长度来确定，段长一般为9～16.5m，砌壁混凝土一般由混凝土集中搅拌站提供，强制式搅拌机拌料，侧卸式混凝土输送车或混凝土搅拌输送车下料。

(5)地面排矸能力要与装岩、提升能力相适应。根据斜井快速施工经验总结，地面排矸能力应以不影响装岩、提升来配置，一般采用落地矸石自卸汽车及装载机集中排矸。

4 材料设备及组织管理

4.1 材料设备

(1)浇筑混凝土选用早期强度高的混凝土配合比，以适应掘进速度快的特点。

(2)根据冻结井筒荒断面大的特征，结合立井机械化配套中凿岩、装岩、支护、提升和运输各个环节相互匹配的要求，使设备综合能力最大限度得到发挥，取得快速、经济施工的效果。

(3)我们在冻结井井筒施工的成熟经验基础上，对超大冻结井筒荒断面快速施工进行了综合机械化配套进行设备选型。

(4)井筒布置1套单钩提升系统，选用JKZ-2.0型提升机配PLC电控系统，提6m3前倾式箕斗。 一台电动耙碴机，井筒另外布置一趟Φ108压风管、供水管、排水管，一趟Φ600风筒，动力电缆，照明、通讯、信号、通信电缆、监控电缆。

4.2 劳动组织管理

(1)项目部设经理1人，副经理3人，另设工程技术部，经营后勤部，机电管理部，安全生产调度室等。

(2)劳动组织采用综合施工队形式，按专业化班组配备，井下三个掘进班一个砌壁班实行滚班制作业，地面辅助人员“三八”制作

业。井筒冻结段掘砌施工时期，直接工采用专业工种“滚班”制度，循环进尺1.2m，循环时间12小时，循环率90%。

5 质量安全控制与环保措施

5.1 质量控制措施

(1)严格控制掘进断面，采用光面爆破，做到不欠挖、超挖不大于技术规范规定。

(2)砌壁施工：断面尺寸必须符合设计要求；砌壁所用原材料的质量合格施工用机具、模板等必须经过检查确认完好方可使用。混凝土应分层对称浇筑，每层浇筑高度不大于400mm，且连续灌筑。

5.2 安全控制措施

(1)施工中严格按《煤矿安全规程》和《煤矿建设安全规定》执行。加强安全技术管理，严格执行一工程一措施制度，认真编制单位工程施工组织设计或技术安全措施，优化施工方案，选择技术先进、经济合理、安全可靠的施工方法。

(2)向全体施工人员传达技术安全措施，并对工程特征、技术要求、施工程序、操作要求、质量标准以及安全注意事项等进行传达交底。

(3)加强井邦和顶板管理，防止出现片帮和冒顶，按规程及时措施。挖掘机司机应操作熟练，施工中严禁人员进入设备旋转半径范围，以免伤人。通风机必须满足挖掘机作业期间工作面排烟和人员需要。

5.3 环保控制措施

(1)严格按照环境管理标准体系要求开展日常的各项工作。 建立环境保护管理体系，制定可行的环境管理目标，健全管理制度，加大考核力度。井筒加强通风系统管理，保证工作面有足够的新风。

(2)作业人员必须佩带合格的劳保用品，降低粉尘和噪音对人体的危害。打眼时要避开冻结管，避免冻结管受到破坏，造成盐水泄露。

6 效益分析

超大断面冻结井冻结段斜井机械化快速施工工法，是在特厚粘土层斜井机械化快速施工基础上优化而形成的，目前国内最合理的机械化快速施工综合配套的施工方法。其实质就是在保证工程质量的前提下，充分利用机械设备的高性能，尤其是大胆采用电运耙碴机，经过严格的管理来缩短井筒建设工期，其直接效益就是节省施工辅助费用，使矿井提前投产，间接效益就是积累了施工经验，提高了企业的知名度，带动了整个斜井井筒建井技术向前发展。

福城煤矿新副斜井超大断面大倾斜角冻结段快速施工，利用斜井机械化快速施工工法创冻结斜井井筒施工记录，且工程质量为全优工程，全员人均效率高，机械化程度高，施工设备完好率达100%。全冻结段井筒杜绝了一切轻伤以上的事故。同时，斜井井筒连续快速施工也为施工单位积累了丰富的施工经验，增强了企业的信誉，这种无形的效益也极为可观。

7 结语

我们通过对冻结斜井井筒机械化快速施工进行了研究与应用，在福城新副斜井的施工中成熟地利用了超大荒断面冻结斜井井筒机械化配套作业线，井筒冻结段自2012年2月6日正式开工，平均月成井34.8m。创同行业超大荒断面、大倾斜角冻结斜井井筒快速施工新记录。

由此可见，福城新副斜井超大断面大倾斜角冻结井井筒机械化快速施工是成功的，创出了我国同行业超大断面冻结井斜井井筒施工最好水平，为超大断面大倾斜角冻结斜井井筒快速施工技术研究起到了一定的促进作用。

[1]《矿山井巷工程施工及验收规范》GBJ,213-90.

[2]《煤矿井巷工程质量检验评定标准》MT,5009-94.

徐成亮(1972—),男,山东矿业管理集团总经理助理,生产技术部部长,高级工程师,1996年毕业于山东矿业学院,一直从事矿山建设及技术管理工作。