侯祖健 羊群山 何杰兵

1 工程概況

內蒙古銀宏能源開發(fā)有限責任公司泊江海子煤礦位于鄂爾多斯境內,由煤炭工業(yè)合肥設計研究院設計。井田位于內蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市塔然高勒礦區(qū)的最南部。礦區(qū)內設計有主、副、回風立井,其中副井井筒設計凈直徑10.5 m,深度617.5 m,最大掘進荒徑達到14.6m,屬國內最大立井井筒,設計凍結段支護深度550m。副井利用永久井塔鑿井施工,井塔高度64.7 m,共+15.5 m,+24 m,+32.5 m及+44.9 m四個樓層,鑿井施工平臺利用+15.5 m,+24 m兩樓層,并在+26.2 m利用井塔中央4根矩形布置的大型鋼混立柱自制提升絞車用天輪平臺,根據(jù)設備選型情況,本著安全、簡潔、高效、實用的原則進行選型設計。

2 問題提出

與井架相比較,利用永久井塔鑿井環(huán)境適應性較強,適用于高寒地區(qū)設備的保溫與維護工作,其最明顯的缺陷就是占用籌備期時間長,鑿井設施安裝工序較復雜。由于凍結井筒對工期要求十分嚴格,凍結站開機送冷以后,井塔施工必須在有限的時間內滿足鑿井設備安裝,而往往由于一些工程干擾因素的存在,任務顯得非常緊張。經研究小組認真分析,針對現(xiàn)場條件得出以下幾點由急至緩需要解決的問題:1)提升排矸。兩部提升絞車均無法使用,如何提升,需重點解決,溜矸系統(tǒng)只完成東側主提升一套,為了確保進度,西側溜矸系統(tǒng)必須同步形成。2)掘進方法。時間緊、任務重、井筒鎖口段荒徑達14.4 m,應考慮如何組織設備、人員盡快施工以確保凍結溝槽墻體穩(wěn)定及幫部安全。3)澆筑用模板懸吊及下灰系統(tǒng)。液壓金屬整體大模板設計懸吊繩在+26.2 m平臺,目前無法正常使用,需解決模板懸吊問題。另外,澆筑混凝土時,由于井口封口盤未形成,軌道未鋪設,卸料系統(tǒng)無法使用急須解決。4)安全問題。井塔樓層施工、提升天輪平臺安裝同步進行,對井筒掘砌工作面墜物時有發(fā)生,安全問題須重點解決。

3 解決方案

將永久井塔+32.6m,+24.0m兩樓層通過鋪設鋼梁及50mm厚木板全斷面封閉,四周增設防護欄及防墜網(wǎng),確保兩樓層以下施工安全。+32.6m以上井塔扎筋、支模、澆筑混凝土等工序正常施工,+24.0m同步施工提升絞車用天輪平臺(即自制+26.2 m平臺),天輪梁及提升天輪正常安裝。兩部絞車提升系統(tǒng)未形成前,利用+24.0m平臺已經安裝天輪、鋼梁及地面兩臺25 t穩(wěn)車設置臨時提升排矸系統(tǒng),井筒掘砌同步進行。

3.1 臨時鑿井系統(tǒng)

1)提升排矸。利用+24.0m平臺N2,N3號630工字鋼梁通過φ 40mm鋼絲繩“人”字形懸掛20 t定滑輪,相對標高位置+20.5 m,東西穩(wěn)車群中選定兩臺靠近井筒提升中心線25 t穩(wěn)車,通過φ 38mm鋼絲繩提升5 m3吊桶,迎頭留座底罐,井下摘掛鉤,裝罐不能過滿。利用東側溜矸系統(tǒng)排矸至地面,采用人工、鏟車清理矸土。同時用一天時間將+11.5 m翻矸臺完善,將副鉤溜矸系統(tǒng)形成,施工期間,井下撤人。

2)井筒掘進。采用 2臺 PC60小松挖掘機挖土、鐵鍬修邊,小挖機直接將土運到井口,利用鏟車人工及時清理。采用先挖超前小井,短段臺階式挖掘,最后人工刷幫至設計圈徑,對凍結溝槽墻體進行打點柱支撐。預計施工至3 m深左右,小挖機無法從工作面將土直接拋出時,采用臨時提升排矸方案施工。

3)澆筑用模板懸吊及下灰系統(tǒng)。液壓金屬整體模板高4 m,半徑6.05 m,利用+15.5 m已經安裝完成的天輪平臺設置懸吊,選用該平臺2個模板懸吊天輪、1套壓風管懸吊及導向天輪、1套排水管懸吊及導向天輪共4個懸吊點,相應4臺穩(wěn)車同步升降模板以滿足砌壁使用。井筒掘砌20m前澆筑混凝土使用遠距離輸送泵車直接入模,20m以后下灰系統(tǒng)另制,具體方案:先安裝雙層吊盤,懸吊繩及吊盤高約9 m,其下方模板高 4 m,迎頭4 m掘進段高,通過計算可以安裝封口盤。澆筑混凝土時,在下層吊盤利用溜槽直接入模。

4)安全措施。上下平行作業(yè)期間相互溝通,設專職安檢員每班檢查+32.5 m,+24.0m平臺封閉情況,做好防墜工作。并對提升鋼絲繩及懸吊滑輪進行強度核算:

5 m3吊桶提升矸石時:

其中,Km為裝滿系數(shù),取 Km=0.9;V為吊桶容積,V=5 m3;Qz為鉤頭、滑架、緩沖器重量,Qz=Q1+Q2=2109+1923+245=4277 N;γg為松散矸石容重,取 γg=1600 kg/m3;γs為水容重,取 γs=1000 kg/m3;Ks為巖石松散系數(shù),取Ks=2.0;G為5 m3座鉤式吊桶重量,G=1690 kg。

根據(jù)以上計算結果,5 m3吊桶最大值113560 N,選用18×7+FC-38-1770鋼絲繩,其每米重PSB=5.63 kg/m,鋼絲破斷力總和1075154 N。

鋼絲繩安全系數(shù):Ma=1075154÷113560=9.46,選用 20 t定滑輪,其安全校驗系數(shù)均大于6。

3.2 井塔施工

井塔剪力墻及承重邊柱采用組裝液壓滑模施工,樓板及中間“井”字形支撐立柱采用現(xiàn)支木模板澆筑,每小班鋼管架設工30人,鋼筋工20人,木工 10人,澆筑采用泵送入模,局部泵車大臂無法施工,則利用吊塔懸吊灰槽入模,確保入模溫度不低于15℃,并嚴格控制混凝土初凝時間。

冬季施工,混凝土利用熱水攪拌、輸送車采用裹棉毯保溫,入模裝置全封閉,井塔內每間隔數(shù)米放置一個火爐,井塔四周用厚塑料布封閉,確?；炷聊虠l件,同時要做好冬季防火。井塔+32.6m以上扎筋、支模、澆筑混凝土等工序正常施工時,下層天輪平臺同步安裝,要切實做好墜物防護。

3.3 絞車提升天輪平臺安裝

+26.2 m天輪平臺為自制鑿井平臺,利用 5根H700×30鋼梁焊接于永久井塔中間四根立柱預埋鋼板上,形成平臺框架,其上架設5根Ⅰ63a及2根950×300組合焊鋼梁作為天輪梁。主副提升均選用2JKZ-4.0m/15雙滾筒大絞車,提升天輪直徑3.0m。井塔施工的同時,在+24 m平臺以上東西兩側剪力墻各留有8 m×9 m(高×寬)天輪梁及天輪吊裝用窗口,利用一臺50 t吊車與塔吊配合使用,將各梁及天輪安裝就位。

4 實施效果

至2009年12月30日,井塔施工至40.8 m,副井已完成永久鎖口施工、+24.0m及+26.2 m天輪平臺安裝完畢、兩部4 m大絞車及20部穩(wěn)車均已試驗正常運轉、井筒掘砌32 m,同時完成液壓金屬模板、雙層鑿井吊盤井下組裝、封口盤安裝、井口雙軌道鋪設等重點工序,僅用時24 d。

5 結語

采用井塔施工、鑿井設施安裝、井筒掘砌及井筒凍結交叉平行作業(yè)方式,高效優(yōu)質的施工給了這座有著“全國之最”的礦井井筒掘砌一個好的開端,為井筒掘砌與凍結相匹配贏得了寶貴時間,確保了施工進度,獲得了較大的經濟收益,也為同類工程施工提供了寶貴的經驗價值。

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[2]吳正水,謝東海.深部立井快速施工技術研究[J].中國西部科技,2007(7):25-26.

[3]張世芳,楊小林.深厚表土礦井建設技術[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2002.

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