千米立井安全高效建井技术

摘 要：文章以潘一东井第二副井施工为例，通过对第二副井采用地面预注浆、表土冻结、深孔爆破等技术，强化机械化配套，实现了井筒快速、优质、安全施工，为千米深井建井积累了经验。

关键词：千米立井；建井技术；预注浆

1 工程概况

潘一东井第二副井服务矿井第二水平，设计深度1034.2m，表土深203.6m。其中冻结段井壁为内外层复合井壁，钢筋砼支护，砼强度C30～C60，外壁550mm，内壁600mm；基岩段为单层井壁，素砼支护，砼强度C30～C50，-700m以上厚600mm，以下厚700mm，破碎带和过煤层段井壁厚度900mm。

2 地面预注浆

根据第二副井井检查孔简易水文观测结果及检查孔岩芯来看，裂隙绝大部分为开式，未充填，导水及赋水性较强。故合理选择注浆圈径、注浆量、注浆段高和注浆压力，是本次注浆的关键。

2.1 注浆参数设计

第二副井内圈直孔注浆和外圈Y孔注浆。内圈布置注浆孔8个；外圈“Y”孔自300m左右起定向钻进分叉成8个。内圈直孔注浆起止深度为227.00～512.00m；外圈“Y”型分支孔注漿起止深度为502.00～1045.2m，“Y”型分支孔注浆段与内圈孔注浆段重合10m。根据含水层深度及厚度，内圈孔段高为60～77m、外圈孔段高不超过为100m为宜。本次注浆段高依据第二副井检查孔揭露的含水层位置及厚度情况，段高划分为10个注浆段，段高60～98m。

为保证注浆质量，即在井筒周围形成有效的堵水帷幕，浆液有效扩散半径应相应增大，必须提高注浆压力。岩帽段注浆压力为1.5～2.0倍的静水压力。内圈孔基岩各段注浆终压取2～2.2倍的静水压力。外圈孔基岩各段注浆终压取2倍的静水压力。注浆压力根据实际情况可有所调整。

2.2 实际注浆情况及注浆效果

本次注浆实际注浆量38938m3，是原施工组织设计注入量31604m3的123.21%，设计每米注入量38.63m3，实际每米注入量47.59m3。本次注浆通过压水试验来预计井筒剩余涌水量为0.895m3/h，井筒实际涌水量为3.6m3/h，达到预想效果，实现了打干井的目标。

3 井筒冻结

冻结法施工首先考虑的是井筒掘砌安全问题，其次要实现上部片帮量少、下部少挖冻土，提高综合成井速度。故在保证冻结壁强度、厚度的技术原则下，实现井筒施工综合效益最大化的目标。

3.1 冻结设计

冻结壁厚度计算普遍采用多姆克公式，计算为4.1m。设测温孔4个。T1、T4深276m；T2、T3深204m。设计布置水文孔三个，报导层位为赋水砂层：浅孔W1孔深48m、报导层位22～46m；深孔W2孔深72m，报导层位52～70m；W3深度188m，报导层位163～186m。

3.2 钻孔施工

按设计钻孔质量要求：所有钻孔向井中方向偏斜最大值不得超过300mm；表土层偏率不大于0.2‰，最大孔底距不大于1.6m；基岩段偏率不大于0.3‰，相邻两深孔最大孔底距不超过3.5m。经检测，表土段相邻两孔最大水平间距为1546mm，在Z33～Z34之间，其次为1523mm，在Z2～Z3之间；基岩段相邻两深孔最大孔间距

3196mm，在Z41～Z43之间；其次为3041mm，在Z17～Z19之间。综上所述，最大孔间距均小于施工组织设计要求，造孔质量优良。

3.3 冻结设备配置及运转

经计算，第二副井冻结需冷量174.64×104Kcal/h，结合淮南矿区冻结经验，冻结站采用高效螺杆压缩机组制冷，装机制冷量大于需冷量的4倍以上。故冻结站共配备6台25型压缩机、2台20型压缩机，采用串联双级方式运作，装机制冷量721.2×104Kcal/h。

3.4 冻结效果

开机送冷至交圈冒水共52天，冻结第54天试挖，验证冻结壁强度、厚度均达到设计要求后，井筒于冻结第58天正式开挖。实际揭露，井筒浅部主要为粘土地层，井帮温度相对下部砂性地层温度高，到累深80m后井帮温度达0℃，向下冻土进帮，在188m处冻土最大进井帮700mm。至冻结表土段施工完毕时，井帮温度达-7℃，开挖过程中无断管、无井壁压坏、无漏水，井筒一次性顺利通过冻结段。

4 井筒施工技术

（1）表土段。掘进设备采用2台小松PC60型挖掘机，人工辅助掘进，先挖井筒净径以内部分，人工辅助逐段刷帮，挖掘机配合2台HZ-6中心回转抓岩机装罐出矸。施工前制定切实可行的防片帮措施，指导施工。

（2）基岩段。基岩段采用钻爆法掘进，采用FJD-6G型伞钻配YGZ-70型凿岩机配B25×5000mm六角中空合金钢钎、Φ55mm十字型合金钻头凿岩，冻结基岩段爆破材料采用三级煤矿许用防冻炸药和抗杂散秒延期电雷管，基岩段（冻结基岩以下50m起）采用三级煤矿许用含水炸药，抗杂毫秒延期铁质脚线（揭煤期间用铜质）电雷管，雷管脚线长度6.5m。采用2台HZ-6中心回转抓岩机装罐出矸。挖掘机清理净底。通过以上机械化配套，围绕着井筒掘进，形成了“两掘、两装、两提”同时作业的方法，提高了掘进速度。

5 井筒快速掘砌关键技术

5.1 加强注浆

通过地面预注浆，切实解决基岩段含水层出水问题。对破碎带、断层、煤层、井筒连接处等部位，进行加强注浆，一方面进行围岩加固，另一方面防止破碎带、断层导水。基岩第一含水层采取及注又冻的措施，安全通过第一含水层。

5.2 加强冻结监控和分析

测温系统采用多路数字温度监测仪对冻结壁温度场进行实时监测，同时在各个冻结器设置温度传感器，监测所有冻结器去回路温度情况，分析对比单孔盐水流量是否达设计要求。认真分析和总结了潘一东风井、主井和副井冻结工程的不足，第二副井中将22～46m表土含水层作为报导层位，能准确的判断浅部冻结壁发展情况。

5.3 优选凿井设备

在立井机械化配套方面，构建 “四大一挖”凿井设备系统，即“大绞车”、“大吊桶”、“大抓岩机”、“大模板”和小型挖掘机，围绕着井筒掘进，形成了“两掘、两装、两提”同时作业的方法，提高了掘进速度。结合良好的冻结效果和基岩段光面爆破技术，掘进平均段高循环时间16小时，成井4m，井筒掘进速度快。

6 结束语

潘一东矿第二副井通过采用地面预注浆、表土冻结、深孔爆破等技术，强化机械化配套，实现了井筒快速、优质、安全施工，为千米深井建井积累了经验：

（1）冻结站装机制冷能力不小于井筒需冷量的4倍，主孔间距1.2m、辅孔间距在2.6m左右、圈距在2.0m左右、内圈孔距离井筒最大掘进荒径1.4左右，能为井筒冻结快速交圈冒水及较快达到设计强度和厚度提供保障，实现少挖冻土的目标。同时加强对含水层报导，采取分层报导的方法，每层配独立的报导水文孔，确保层位报导的准确性。

（2）立井掘砌施工中采用“四大一挖”机械配置，即：大绞车（滚筒直径3.0m以上）、大吊桶（4m3以上）、大模板（4m以上）、大抓岩机（0.6m3）、挖掘机等综合机械化配套设备，形成了“两掘、两装、两提”同时作业的方法，能实现了立井冻结冲积层的快速掘砌。在基岩段使用钻爆法掘进时，保证大绞车（滚筒直径3.0m以上）、大吊桶（4m3以上）、大模板（4m以上）、大抓岩机（0.6m3）、挖掘机配合清理的机械化配套，能实现深井基岩快速掘砌。

作者简介：罗星刚（1983-），男，四川苍溪人，2007年河北工程大学采矿工程专业毕业，现工作于淮南矿业集团潘一矿东井，一直从事采矿技术与管理工作。