王龍根 陳 杰 李志剛
(山西省長(zhǎng)治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司,山西 長(zhǎng)治046000)
山西省長(zhǎng)治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司副斜井井筒改造前井筒斷面形狀為三心拱形,料石砌碹,凈寬3.1m,凈高2.7m,凈斷面7.77m?。改造后井筒斷面形狀為半圓拱形,凈寬6.0m,凈高4.4m,凈斷面面積22.5m?。工程量391.5m,其中表土段236.6m,采用鋼筋混凝土澆筑,支護(hù)厚度450mm,基巖段156.9m采用錨噴支護(hù),支護(hù)厚度 150mm。斜井坡度為-20°15′。
(1)管棚布設(shè)范圍:巷道拱極線以上180°范圍,共計(jì)39根。
(2)管棚布設(shè)方案:鋼管中心間距為300mm,管棚范圍線距離擴(kuò)刷范圍法線距離為300mm。
(3)管棚材料選擇:管棚采用Φ133mm×6mm無(wú)縫熱軋鋼管,套管采用Φ127mm×8mm無(wú)縫熱軋鋼管。
(4)連接方法:鋼管采用絲扣套管連接,套管長(zhǎng)度為300mm,用Φ127mm×8mm無(wú)縫鋼管加工成300mm長(zhǎng)外車絲扣。Φ133mm鋼管兩端加工150mm長(zhǎng)內(nèi)車絲扣。因管棚打設(shè)距離太長(zhǎng),僅絲扣連接難以承受這么大扭矩。將Φ133mm鋼管縱向割成四塊,每個(gè)絲扣接頭焊接兩塊進(jìn)行加固。
(5)鋼管打設(shè)方位:鋼管沿井筒開挖輪廓線縱向按-20°30′的坡度外插設(shè)置。詳見(jiàn)管棚打設(shè)示意圖1。
圖1
(6)設(shè)備選型:采用HG-200型水平定向鉆機(jī),電機(jī)功率55KW;BW250型注漿機(jī),電機(jī)功率為15KW;Q1393型管螺紋車床,導(dǎo)向定位儀采用國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的SE-200型有線導(dǎo)向儀,該導(dǎo)向儀分有線數(shù)據(jù)探棒、數(shù)據(jù)連接線、手持式遠(yuǎn)程接收器。定位傾角精度為0.3%,傾角分辯率為0.1%。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作的需要,鉆機(jī)鉆孔時(shí)要有一個(gè)空間比井筒開挖輪廓線大的工作室,即長(zhǎng)管棚工作室。它的寬度取決于井筒開挖斷面尺寸、鉆機(jī)尺寸及操作時(shí)所
需空間的大小,而其長(zhǎng)度則主要取決于管節(jié)長(zhǎng)度、鉆機(jī)及鉆桿接長(zhǎng)所需要的最大長(zhǎng)度,同時(shí)還要滿足對(duì)管子進(jìn)行糾偏操作的空間。根據(jù)以上要求,工作室的長(zhǎng)取8m,寬取8.7m。
為準(zhǔn)確控制長(zhǎng)管棚的方向和坡度,在平整好的工作室場(chǎng)地上,采用32號(hào)工字鋼作為水平方向移動(dòng)的滑道,在滑道平臺(tái)上豎立四根6m高的18號(hào)工字鋼,每根工字鋼上端掛一個(gè)3t的手動(dòng)葫蘆,在四根工字鋼中間制作操作臺(tái),用手動(dòng)葫蘆控制操作平臺(tái)的高度。見(jiàn)工作室及導(dǎo)向架設(shè)計(jì)圖2。
圖2
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件采水循環(huán)導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法一次打設(shè)到位。
水循環(huán)導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法就是將管棚鋼管作為鉆桿,在第一節(jié)管棚鋼管前端安裝帶有導(dǎo)向探棒的楔形板鉆頭。首先采用水平定向鉆機(jī)將裝有楔形板鉆頭的管棚鋼管打入土中,然后通過(guò)絲扣連接,將其它管棚鋼管與前一節(jié)管棚鋼管連接,依次打入土中,并跟蹤測(cè)鉆進(jìn)方向,控制管棚鋪設(shè)軌跡,直到達(dá)到管棚設(shè)計(jì)長(zhǎng)度終孔,最后進(jìn)行封孔注漿而成管棚。楔形板鉆頭如圖3。
圖3
導(dǎo)向過(guò)程如下:
如圖3所示:鉆頭內(nèi)裝有特制的傳感器,傳感器直接由15V直流供電。顯示屏顯示鉆頭的傾角(水平角度)、面向角(導(dǎo)向板的方向:導(dǎo)向板朝上即為12點(diǎn),如同鐘面)。打設(shè)角度如果偏下,可以把鉆頭調(diào)到12點(diǎn),即導(dǎo)向板朝上,直接頂進(jìn),此時(shí)由于導(dǎo)向板底板斜面面積大。受到一個(gè)向上的力,鉆頭軌跡就會(huì)朝上運(yùn)動(dòng)。同理在6點(diǎn)糾偏可以使鉆頭軌跡朝下,9點(diǎn)、3點(diǎn)分別是為左、右糾偏方向。如果角度合適,鉆機(jī)會(huì)勻速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn),此時(shí)鉆桿軌跡是平直的。所以導(dǎo)向鉆頭是上下糾偏的關(guān)鍵。至于左右偏差根據(jù)傳感器尾端的發(fā)光裝置來(lái)定,通過(guò)儀器測(cè)量參數(shù)來(lái)糾偏。
管棚施工前,斜井明槽段已開挖完畢。在明槽段標(biāo)定出管棚工作室的范圍,在擴(kuò)刷過(guò)程中,兩幫?及迎臉部分用錨網(wǎng)噴臨時(shí)支護(hù),防止遇水垮塌。將四周表土擴(kuò)刷至設(shè)計(jì)的尺寸。平整好場(chǎng)地先用板材將地板平臺(tái)操平找正,同時(shí)在管棚工作室旁邊設(shè)置一個(gè)泥漿存放池,內(nèi)設(shè)置一臺(tái)泥漿泵,打設(shè)管棚所產(chǎn)生的泥漿由泥漿泵經(jīng)管道排到地面指定位置。
鉆機(jī)機(jī)架安裝前,根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙測(cè)量放出隧道軸線、里程線和管棚中心位置,并做好相應(yīng)標(biāo)志,標(biāo)出孔號(hào)。
鋼墊板規(guī)格:長(zhǎng)×寬=250mm×250mm;脹管螺栓直徑:Φ16mm;鋼墊板與基礎(chǔ)固定要牢,強(qiáng)度要高;H型鋼軌找平誤差<3mm;底盤對(duì)角線找方誤差±3mm;斜拉筋需繃緊,交叉拉力基本相等;四柱對(duì)角誤差±5mm;升降系統(tǒng):卡瓦等上緊,加強(qiáng)整體性;所有螺母必須擰緊,發(fā)現(xiàn)溢扣者必須換掉;絲杠、頂杠要頂緊、有效,安裝要牢固,確保不因震動(dòng)而松動(dòng)或脫落。
根據(jù)測(cè)量放線標(biāo)志出的管棚孔位及施工方案設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整鉆機(jī)位置和鉆機(jī)角度,對(duì)好孔位??孜徽`差控制在50mm以內(nèi)。
安裝楔形板鉆頭,控制鉆頭進(jìn)孔角度。導(dǎo)向鉆進(jìn)前應(yīng)對(duì)鉆機(jī)定位情況、方位、傾角情況,孔口管對(duì)中情況,沖洗液流通以及導(dǎo)向儀顯示情況進(jìn)行全面復(fù)檢,確認(rèn)正常后進(jìn)行試鉆;鉆進(jìn)前須先開泵,待沖洗液流通正常后,方可鉆進(jìn);鉆進(jìn)時(shí),泵壓應(yīng)控制在0.4MPa-0.8MPa,泵量為20-50L/min為宜。保持中低壓力,勻速中速鉆進(jìn);現(xiàn)場(chǎng)須及時(shí)進(jìn)行導(dǎo)向數(shù)據(jù)記錄和鉆具前端長(zhǎng)度及每次加管長(zhǎng)度詳細(xì)記錄;鉆進(jìn)過(guò)程中機(jī)手必須及時(shí)做好施工記錄,并對(duì)異常情況要詳細(xì)記錄。
每根管在下坑前必須進(jìn)行質(zhì)量檢查。管材不得有彎曲,絲扣四周壁厚均勻,絲扣完好合格。管材內(nèi)的鐵屑、贓物及銹皮等必須清除干凈。下坑時(shí)避免與硬物相碰,以免損傷管扣;連接的電線應(yīng)選用導(dǎo)電性能好,外殼絕緣性能好且耐磨的電線。接頭處要用兩層熱縮套管套好,用熱吹風(fēng)機(jī)吹烤貼牢;回次加時(shí)必須準(zhǔn)確丈量鋼管長(zhǎng)度,連接管棚鋼管時(shí)應(yīng)將絲扣擰到位,并做好記錄。
管棚打設(shè)到位后,采用10mm厚鋼板進(jìn)行封孔,并在封孔板上安裝注漿閥門。每根管棚打設(shè)完成后要及時(shí)對(duì)管內(nèi)和管外壁進(jìn)行注漿,防止地表沉降。注漿采用BW250注漿泵將1:1水泥漿液注入孔內(nèi),注漿壓力達(dá)到1.0MPa-1.5MPa穩(wěn)定20分鐘后停止注漿。注漿三小時(shí)后根據(jù)實(shí)際注漿情況確定是否需要再次補(bǔ)注漿。
經(jīng)坊煤礦副斜井表土段施工采用大直徑管棚超前支護(hù)的方法取得良好的效果,順利通過(guò)2.9m長(zhǎng)流砂層和兩處充填段。生產(chǎn)調(diào)度樓靠近井筒一側(cè)平均下沉18mm,職工宿舍路靠近井筒一側(cè)平均下沉6mm。達(dá)到了設(shè)計(jì)院給出的樓體沉降范圍。
實(shí)踐證明,采用大直徑管棚及注漿超前支護(hù)的方法,在處理斜井表土段復(fù)雜地質(zhì)條件下施工是有效的,對(duì)于煤礦斜井表土段施工安全具有足夠的可靠性和適用性。
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