方體利，牛學(xué)超

（1.中煤第三建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 第七十一工程處，安徽 宿州234000；2.北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京100042）

鑒于目前煤炭建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀，為滿足千米及以上更深煤層開掘的需要，中煤第三建設(shè)集團(tuán)公司71工程處，在立井施工方面不斷探索和研究，與相關(guān)鑿井專業(yè)設(shè)備廠商及科研院所進(jìn)行合作，在千米級及更深深井井筒快速掘砌關(guān)鍵技術(shù)及裝備方面，開展了大量的科研工作，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。近年來，僅71工程處就施工井筒近50個，通過對大直徑深立井井筒施工經(jīng)驗的總結(jié)，逐漸形成了一套成熟的施工機(jī)械化配套方案。下面介紹具有代表性的千米大直徑深立井機(jī)械化配套方案及施工技術(shù)。

1 工程概況

某立井井筒工程，井筒凈徑φ8.6 m，凍結(jié)深度為370 m，井筒全深1038 m。井筒穿過第四系沖積層和煤系地層。其中，沖積層厚度為308 m，風(fēng)化帶厚度為52 m，粘土層層數(shù)多，厚度大。在煤系地層，檢查孔揭露基巖厚度586.35 m，層位為石千峰組底部至11-2煤底。巖性由砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖及泥巖組成，含煤16～18層。根據(jù)勘探資料，新生界地層結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)特征為，新地層劃分為上、中、下三個隔水層組。

井筒圍巖巖組劃分和穩(wěn)定性評價結(jié)果為，極穩(wěn)定巖層30層，穩(wěn)定巖層23層，較穩(wěn)定巖層35層，不穩(wěn)定巖層20層，極不穩(wěn)定巖層40層。本次檢查孔對3個煤層采集4個突出指標(biāo)樣，測試成果突出指標(biāo)K值均小于15，本處煤的堅固性系數(shù)（f）值較大，瓦斯放散初速度 （Δp）為4～6。

2 井筒凍結(jié)段機(jī)械化配套施工工藝

凍結(jié)法是我國施工深厚表土層井筒的主要方法。[2]影響凍結(jié)法施工速度的主要因素，除了凍結(jié)站和凍結(jié)系統(tǒng)的正常和高效工作之外，就是凍結(jié)井筒的掘進(jìn)和支護(hù)工藝。凍結(jié)井筒的掘砌工藝，取決于先進(jìn)施工機(jī)械的應(yīng)用，而合理的機(jī)械化配套是發(fā)揮先進(jìn)施工機(jī)械的保證。[3]

（1）凍土掘進(jìn)及外壁砌筑

在該立井井筒施工過程中，井筒中布置兩臺CX55B凱斯無尾挖掘機(jī)破土，兩臺HZ-6型中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)裝罐，配合人工風(fēng)鎬與風(fēng)鏟破土，鐵鍬裝土。采用2JKZ-4.0/15鑿井專用絞車作為井筒主提升，JKZ-2.8/15.5絞車作為副提升。其中，主提升鑿井絞車為中煤第三建設(shè)集團(tuán)公司與中信重工機(jī)械股份有限公司共同研發(fā)的鑿井專用絞車，其電機(jī)功率為2×1000k W，最大靜張力為25t。主、副提升各配置一套單鉤4.0 m3吊桶。砌壁采用高度為1.5～2.5 m的MJY整體移動金屬模板，配以高度為0.3 m的高環(huán)形斜面接茬模板澆筑混凝土?；炷料路挪捎肈X-3/2.4 m3底卸式吊桶，經(jīng)分灰器澆進(jìn)模板，分層振搗，實行短段掘砌平行混合作業(yè)。

由圖4可知，隨著亞硝酸鹽濃度的增加，魯氏酵母菌的生長受到不同程度的抑制。當(dāng)亞硝酸鹽濃度為0.005%時，魯氏酵母菌的吸光度值驟然下降，生長速度明顯遲緩；亞硝酸鹽濃度達(dá)到0.015%時，魯氏酵母菌仍保持一定程度的生長；當(dāng)亞硝酸鹽濃度升高至0.020%時，吸光度值明顯小于0.6，處于生長滯緩階段。由此說明，魯氏酵母菌具有較高的耐受亞硝酸鹽能力，可作為發(fā)酵香腸的發(fā)酵劑使用。

（2）凍結(jié)基巖段施工

當(dāng)井筒掘進(jìn)進(jìn)入凍結(jié)基巖風(fēng)化帶后，風(fēng)鎬風(fēng)鏟挖掘困難，需采取鉆爆法掘進(jìn)。打眼采用SJZ-6.10新型傘鉆。為防止爆破震動損壞凍結(jié)管，采取了控制裝藥量、淺孔爆破等技術(shù)措施，其中炮眼深度不得大于1.8 m。采用防凍巖石乳化炸藥，1～6段秒延期電雷管，地面380 V電壓起爆的爆破方法。打眼時嚴(yán)格按照爆破圖表認(rèn)真找線，分片包干，定人定鉆，做到 “準(zhǔn)、直、齊”。堅持光面、光底、弱沖、減震爆破技術(shù)。打周邊眼時，要根據(jù)各段凍結(jié)管的偏斜圖合理布置炮孔，確保炮孔與凍結(jié)管的安全距離符合規(guī)范要求。

（3）內(nèi)壁澆筑

為加快內(nèi)壁施工速度，保證井壁整體防水性能，采用液壓滑模砌壁。混凝土由DX-3/2.4 m3底卸式吊桶經(jīng)分灰器直接澆筑入模，分層澆筑、振搗，由下向上連續(xù)澆筑。滑模由22個提升架、44個千斤頂組成。模板外徑為8650～8750 mm，均進(jìn)行了模板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的加強(qiáng)，總重達(dá)到17901kg。

（4）內(nèi)外井壁夾層注漿

為了加強(qiáng)凍結(jié)段復(fù)合井壁的質(zhì)量、提高井壁的防水性能，在內(nèi)層井壁套砌之后，適時進(jìn)行了井壁夾層注漿。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗，一般在凍結(jié)壁夾層解凍時進(jìn)行壁間注漿較為適宜。所以，要適時監(jiān)測凍結(jié)壁解凍情況，把握好最佳注漿時機(jī)。

3 井筒基巖段機(jī)械化配套施工方案

我國的井筒基巖施工，經(jīng)歷過7655鑿巖機(jī)打眼、繩捆模板支護(hù)的年代。改革開放以后，立井井筒機(jī)械化配套快速發(fā)展。20世紀(jì)80～90年代，散鉆和中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)應(yīng)用于立井井筒施工，但是，由于支護(hù)工作占用大量的施工循環(huán)時間，限制了井筒施工速度。煤炭科學(xué)研究總院建井分院的專家，研制并推廣使用MJY型系列多用金屬模板，使立井機(jī)械化配套真正發(fā)揮了各種先進(jìn)施工機(jī)械的功能和威力。

（1）鉆眼爆破

采用1臺改造的SJZ6.10新型傘鉆，配合6臺YGZ-70型鑿巖機(jī)鑿巖。釬桿長度為5500 mm，十字形釬頭直徑為φ55 mm。掏槽方式為直眼分段擠壓式，炮眼深度為5100mm，爆破效率大于90℅，與高度為4.5 m的模板配套，實現(xiàn)循環(huán)進(jìn)尺4.5 m。爆破作業(yè)嚴(yán)格按爆破圖表進(jìn)行操作，打鉆人員定人、定鉆、定眼位、定時間、定質(zhì)量、定數(shù)量，分60°扇形區(qū)間操作，6臺鉆機(jī)同時打眼。采用T220號巖石水膠炸藥，周邊眼藥卷直徑為35mm，其余炮孔藥卷直徑為45 mm；起爆采用抗水、抗雜散電流毫秒電磁雷管，反向耦合連續(xù)裝藥，串并聯(lián)聯(lián)線方式，高頻發(fā)爆器起爆。采用光面、光底、減震、緩沖擊深孔爆破新技術(shù)，并根據(jù)工作面巖石軟硬程度，及時調(diào)整爆破參數(shù)，提高爆破效率。光底爆破技術(shù)要求爆破后工作面實底呈現(xiàn)鍋底形狀。

（2）抓巖排矸

在吊盤下方，布置兩臺HZ-6型中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)抓巖，配合防爆小型挖掘機(jī)清底，提升設(shè)備與凍結(jié)段相同，即主提升采用1臺2JKZ-4.0/15型鑿井專用絞車，副提升采用1臺JKZ-2.8/15.5絞車，各配備一套單鉤4.0 m3吊桶提升。井筒施工至800 m后，副提升更換為3 m3吊桶。循環(huán)出矸量325 m3（實體）條件下，采用該抓巖提升機(jī)械化配套系統(tǒng)，包括清底時間在內(nèi)，循環(huán)出矸時間控制在10 h左右。光底爆破技術(shù)，在縮短清底時間方面起到了重要的作用。

（3）砌壁

采用MJY型整體金屬刃角下行模板砌壁，模板有效高度為4.5 m。為了方便脫模，縮短立模時間，在模板上口設(shè)置8根工字鋼導(dǎo)軌；為了保證接茬嚴(yán)密，在澆灌口上方設(shè)置環(huán)形斜面板。砌壁混凝土由混凝土輸送車從集中攪拌站運至井口，采用DX-3/2.4 m3底卸式吊桶下放至模板。為了提高井壁澆筑質(zhì)量，加快澆筑速度，采用對稱澆筑方式，ZNQ-50型插入式高頻混凝土振搗器振搗混凝土。冬季施工期間，采用熱水拌制混凝土，確保入模溫度不低于15℃。在通過基巖段含水層時，添加防水劑，提高井壁防水性能。

（4）臨時排水方案

井筒施工過程中，對照井檢孔柱狀圖，在接近含水地層時，堅持 “有疑必探、先探后掘”的原則。當(dāng)工作面涌水量小于10 m3/h時，可通過BQE-50/25風(fēng)動潛水泵，將水排至吊桶的方法進(jìn)行排水；工作面涌水量大于10m3/h時，安裝排水系統(tǒng)，迎頭用BQE-50/25風(fēng)動潛水泵，將水排至吊盤水箱，再由臥泵排至地面，并進(jìn)行工作面預(yù)注漿封堵。臥泵選用100DG-100×10型，排水量Q=66 m3/h，揚程H=1104 m，重量為3.5t，電機(jī)功率為440k W，電壓等級為6k V。在上層盤布置臥泵和轉(zhuǎn)水箱，井筒內(nèi)排水管選用Φ159 mm×6 mm的鋼管。

4 臨時改絞機(jī)械化配套方案選擇

以往的礦井建設(shè)，對臨時改絞階段機(jī)械化配套方案重視不夠。目前發(fā)現(xiàn)要縮短建井工期，必須在這個環(huán)節(jié)上實施科學(xué)地機(jī)械化配套方案。下面的配套方案效率，具有創(chuàng)新性和先進(jìn)性的特點。

（1）臨時改絞施工方案

井筒施工完畢，馬頭門施工到一定的長度并完成永久支護(hù)，滿足井底車場施工條件后，即可進(jìn)行臨時改絞工作。臨時改絞主要是將吊桶提升改變?yōu)榕R時罐籠提升，以滿足巷道施工的需要。改絞時，井筒上下均需設(shè)置礦車進(jìn)出平臺，安裝鋼絲繩罐道，采用液壓拉緊裝置固定鋼絲繩。改絞后，要求在井筒內(nèi)布置單層雙車1.5t鑿井罐籠一對，同時安設(shè)防墜器，利用2JKZ-4.0/15鑿井專用絞車提升；井筒中設(shè)置2路Φ1000 mm玻璃鋼風(fēng)筒，采用壓入式通風(fēng)方式；布置2路Φ219 mm×6 mm和Φ159 mm×6 mm無縫鋼管，用作壓風(fēng)及排水管路；另外，設(shè)置Φ89 mm×6 mm供水管一路，MYJV428.7/15 KV 3×95高壓動力電纜兩路。

（2）臨時改絞主提升絞車選型

計劃改絞后，主提升采用2JKZ-4.0/15提升絞車，該絞車卷筒直徑為D=4000 mm，卷筒寬度為BT=2650 mm；雙滾筒，最大靜張力為25t，最大靜張力差為21t。井筒深度為1038 m，提升設(shè)備的重量如表1所示。

表1 改絞設(shè)備重量表

通過計算，井筒臨時改絞，選用2JKZ-4.0/15新型鑿井專用絞車滿足使用要求。改絞后，井筒裝備如表2所示。

表2 改絞后井筒裝備設(shè)備一覽表

5 結(jié) 語

（1）采用先進(jìn)的施工工藝，選用適宜的機(jī)械配套方式，是大直徑深立井安全快速優(yōu)質(zhì)施工的保證。該立井井筒選用先進(jìn)的機(jī)械化配套方案，實現(xiàn)平均成井速度90 m的好成績。

（2）超深井鑿井專用絞車與超深井鑿井井架配合，滿足了井筒提升的需要。配套后的提升系統(tǒng)，滿足了井筒施工過程中采用大量的重大裝備要求，同時也滿足了臨時改絞選用雙1.5t標(biāo)準(zhǔn)礦車提升的要求。

（3）大直徑井筒深孔鑿巖設(shè)備是提高打眼速度的保障。施工中采用了新型液壓傘鉆，垂直炮孔圈徑大于12 m，鑿孔深度大于5 m。

（4）大抓斗雙中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)與工作面清底防爆小挖掘機(jī)配套使用，達(dá)到了快速出矸清底的目的。

（5）新型鑿井吊盤配合大段高 （4.5 m）、高剛度的移動式金屬模板，提高了井筒砌壁效率。