郭巖松

（晉城宏圣建筑工程有限公司，山西 晉城 048000）

煤礦管道井是專門用來鋪設(shè)瓦斯抽采、排水、供風(fēng)等管道的井筒，擔(dān)負(fù)著井下瓦斯抽采、應(yīng)急排水和壓風(fēng)供氧等重要任務(wù)，對(duì)煤礦安全高效生產(chǎn)至關(guān)重要。目前管道井主要施工方法有普通鑿井法、凍結(jié)法、反井法等[1-4]，綜合考慮礦井地質(zhì)條件和生產(chǎn)建設(shè)情況等因素，礦井選擇安全、經(jīng)濟(jì)、高效的反井鉆機(jī)一次鉆成大直徑井筒工藝施工上莊管道井。

1 概況

寺河礦分東、西兩個(gè)獨(dú)立井區(qū)，礦井為斜立井綜合開拓方式，綜合機(jī)械化開采，采用軌道運(yùn)輸提升和無軌膠輪車輔助運(yùn)輸方式。礦井東井區(qū)主采3#煤層，為高突礦井。為提升礦井瓦斯抽采能力和防水抗災(zāi)能力，設(shè)計(jì)在上莊風(fēng)井場地內(nèi)施工管道井，安裝瓦斯抽采管路和應(yīng)急排水管路，主要用于東區(qū)瓦斯抽采和應(yīng)急排水。井筒設(shè)計(jì)凈徑為4000mm，井筒深度為231.5m。建成后井筒內(nèi)安裝三趟瓦斯抽放管路和兩趟應(yīng)急排水管路，瓦斯抽放管路的直徑分別為1020mm、820mm、720mm，應(yīng)急排水管路直徑325mm，所有管路均采用Q325A螺旋焊管。

2 施工工藝

對(duì)比各種施工工藝，決定在管道井施工中采用反井鉆機(jī)（ZFY2.5/400)掘進(jìn)，一次擴(kuò)孔4200mm成井。表土段采用砼支護(hù)，厚度500mm，砼強(qiáng)度C30，設(shè)計(jì)凈直徑為4200mm；基巖段采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，噴射砼厚度100mm，噴射砼強(qiáng)度C20。

管道井工程施工共分為五個(gè)階段：表土層開挖階段、導(dǎo)孔施工階段、擴(kuò)孔施工階段、井筒錨網(wǎng)噴支護(hù)階段、井筒管路安裝階段。

2.1 表土層開挖階段

由于反井鉆機(jī)在打鉆過程中需大量用水且壓力較高，表土段土質(zhì)較軟，遇水塌陷，容易發(fā)生整體塌陷掩埋鉆機(jī)，需將表土層挖除，挖到穩(wěn)定巖層并進(jìn)行C20砼充填。

人工開挖圓形立井。0～2m開挖直徑為8400mm，用4200mm鋼模板支模，用C30砼灌注，厚度2000mm；3～15m開挖直徑為5200mm，用4200mm鋼模板支模，用C30砼灌注，厚度500mm。0～6m開挖使用挖掘機(jī)開挖主體，人工挖邊角；7～15m開挖采用風(fēng)鎬支挖，提升采用1m3吊桶，配套25T吊車使用，采用汽車排矸。當(dāng)施工到15m時(shí)，在井底打探眼，穩(wěn)定基巖層再往下30m，為加快施工進(jìn)度，采用表土周圍預(yù)注漿。施工完畢后，進(jìn)行現(xiàn)場驗(yàn)收，將工具全部運(yùn)出井筒，將井底的浮土浮矸全部清理干凈，井筒全部用砼充填，砼強(qiáng)度為C20。

施工要點(diǎn)：（1）管道井表土段開挖后，需防止雨季管道井造成灌水、淹井事故或碎石、土塊掉入井底，在管道井井口用砼澆筑一圈防水圈，防水圈高出地面300mm；（2）表土段施工超過6m時(shí)，采用風(fēng)機(jī)對(duì)工作面進(jìn)行供風(fēng)，保證工作面風(fēng)量充足。

2.2 導(dǎo)孔施工階段

2.2.1 鉆前準(zhǔn)備工作

施工采用ZFY2.5/400型煤礦用反井鉆機(jī)一套。首先安裝鉆機(jī)底座，鉆機(jī)底座要用水平尺調(diào)平，保證底座軸線穿過鉆孔中心線，再把鉆機(jī)中心線與鉆孔中心調(diào)到一條直線上，用24根地錨分八組固定鉆機(jī)底座，每組3根地錨。安裝TBW-850/5A型泥漿泵一臺(tái)，在井口旁提前挖好的水池旁邊合適位置安裝泥漿泵并接電，把水池水蓄滿。在鉆機(jī)周圍均勻分部安裝照明裝置6處。搭設(shè)簡易棚，安放開關(guān)等電氣設(shè)備及放控制臺(tái)、液壓泵、液壓箱。安裝鉆機(jī)接液壓泵，安裝冷卻水循環(huán)水箱，連接鉆機(jī)和泥漿泵，液壓箱加液壓油，安裝第一根鉆桿及直徑295mm導(dǎo)孔鉆頭試鉆。

2.2.2 管道井導(dǎo)孔施工

按測量人員所放管道井中心線進(jìn)行鉆孔，先由上至下施工直徑295mm的導(dǎo)孔，導(dǎo)孔施工完成后開始在井下硐室安裝擴(kuò)孔鉆頭，鉆頭安裝完畢后，準(zhǔn)備由下至上進(jìn)行擴(kuò)孔施工直徑4200mm的鉆孔。

施工要點(diǎn)：（1）鉆機(jī)調(diào)平要用水平尺和重垂線，保證鉆機(jī)打出來鉆孔和設(shè)計(jì)相同。前期打鉆要慢，避免剛開始鉆進(jìn)時(shí)鉆頭發(fā)生偏離；（2）泥漿池沉淀物多，泥漿泵吸水困難時(shí)必須清理沉淀物或更換泥漿池中的水；（3）在短時(shí)間停鉆或者短時(shí)間檢修泥漿泵時(shí)必須提鉆桿20～30m，以免沉淀物沉積抱死鉆桿，較長時(shí)間停鉆時(shí)必須提起鉆桿50m以上，停鉆后必須提鉆桿100m以上；（4）施工導(dǎo)孔過程中，要根據(jù)鉆進(jìn)深度及時(shí)調(diào)整下推壓力，鉆井深度越深鉆桿自重也增大，減少下推壓力，防止鉆機(jī)打鉆過快，使鉆頭偏離設(shè)計(jì)位置；（5）施工導(dǎo)孔過程中扭矩要保證在8～10MP以內(nèi)，當(dāng)扭矩超過10MP時(shí)，查明原因是卡鉆還是給進(jìn)過快，然后調(diào)整給進(jìn)速度或把鉆桿上提一下再繼續(xù)給進(jìn)下鉆，防止由于扭矩過大，出現(xiàn)鉆桿斷裂現(xiàn)象。

2.3 擴(kuò)孔施工階段

反井施工最核心工序就是自下而上反向擴(kuò)孔。當(dāng)擴(kuò)孔鉆頭更換完畢，且井下排矸系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒，就開始沿上一階段施工好的導(dǎo)孔自下而上擴(kuò)孔，擴(kuò)孔鉆屑依靠自重下落，再由排矸系統(tǒng)運(yùn)走。

施工要點(diǎn)：（1）鉆機(jī)開鉆前先開泥漿泵，停了鉆機(jī)后才能停泥漿泵。（2）施工擴(kuò)孔過程中要根據(jù)鉆進(jìn)深度及時(shí)調(diào)整上提壓力，上提距離越長鉆桿自重越輕。要及時(shí)減少上提壓力，防止鉆機(jī)打鉆過快，出現(xiàn)卡鉆。（3）施工擴(kuò)孔過程中扭矩要保證在10～15MP以內(nèi)，當(dāng)扭矩超過15MP時(shí)，查明原因是卡鉆還是給進(jìn)過快，然后調(diào)整給進(jìn)速度或把鉆桿下放一下再繼續(xù)給進(jìn)鉆進(jìn)。防止由于扭矩過大，出現(xiàn)鉆桿斷裂現(xiàn)象。（4）井下出矸有一部耙矸機(jī)、一部帶式輸送機(jī)、一部管板輸送機(jī)，從管道井底運(yùn)至風(fēng)門外，后由鏟車出矸。由于出矸路線較長，鏟車出矸跟不上導(dǎo)致反井鉆機(jī)經(jīng)常停鉆，建議運(yùn)輸距離較長的直接全部上系統(tǒng)，這樣不會(huì)長時(shí)間影響反井鉆機(jī)停鉆。（5）反井施工中，滾刀與巖石摩擦產(chǎn)生熱量，需在井上加靜壓水對(duì)其降溫，反井鉆鉆下的巖粉遇水，形成淤泥。在管道井底適當(dāng)位置建足夠容量的沉淀池和處理系統(tǒng)，把水和泥漿沉淀并及時(shí)處理。

2.4 井筒錨網(wǎng)噴支護(hù)階段

首先安裝好穩(wěn)車系統(tǒng)和絞車系統(tǒng)，試運(yùn)轉(zhuǎn)完成后安裝井架，之后施工用水、電接入施工現(xiàn)場，準(zhǔn)備就緒后開始井筒錨網(wǎng)噴支護(hù)。

采用“錨桿掛網(wǎng)噴射砼”的聯(lián)合支護(hù)方案進(jìn)行井筒永久支護(hù)。設(shè)計(jì)錨桿為Φ20-M22-2000mm螺紋鋼樹脂錨桿，間排距為800×800mm，三花布置，樹脂錨固劑規(guī)格為MSK2335、MSZ2360兩種，每個(gè)錨桿孔分別放一個(gè)MSK2335和MSZ2360樹脂錨固劑；網(wǎng)片采用Φ6.0mm（2000×1000mm）圓鋼焊接成鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)眼規(guī)格為100×100mm，網(wǎng)片搭接長度100mm，噴射砼厚度100mm，砼強(qiáng)度為C20，永久支護(hù)后該段成型半徑r=2.0m。根據(jù)吊盤深度，錨網(wǎng)每2m一支護(hù)，待錨網(wǎng)支護(hù)6m后，進(jìn)行噴射混凝土支護(hù)，噴射混凝土支護(hù)作業(yè)定為6m循環(huán)一次。

施工要點(diǎn)：（1）兩人及兩人以上作業(yè)時(shí)，所有人員必須密切配合，協(xié)調(diào)作業(yè)，確保安全。（2）絞車司機(jī)必須精力集中，聽清信號(hào)，確認(rèn)安全后方可開車。（3）當(dāng)遇到停車信號(hào)、行進(jìn)中的鋼絲繩跳動(dòng)、突然停電、基礎(chǔ)螺栓松動(dòng)、跑偏、咬繩等情況時(shí)，要立即停車，查明原因進(jìn)行處理，防止出現(xiàn)更大事故。（4）根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室配比試驗(yàn)，嚴(yán)格按通知單的配比進(jìn)行混凝土攪拌。（5）吊盤上使用的工具，應(yīng)用繩子拴在手上。入井時(shí)，小型材料、工器具必須裝入專門的工具包中并封好包口防止工具墜落井底。（6）出現(xiàn)巖石松軟、片幫時(shí)，必須根據(jù)巖石情況及時(shí)縮小循環(huán)進(jìn)度并及時(shí)支護(hù)，幫要緊跟到工作面，嚴(yán)禁出現(xiàn)空幫、空班支護(hù)。

2.5 管路安裝階段

沿用井筒支護(hù)時(shí)的主提升絞車、天輪平臺(tái)、吊盤、封口盤、地面穩(wěn)車等相關(guān)設(shè)施，自下而上一次性安裝瓦斯管路、應(yīng)急排水管路。按照井筒安裝施工放線圖，在井筒內(nèi)由上至下設(shè)置4條Φ1.5mm的鋼絲線，作為井筒裝備安裝方向基準(zhǔn)線使用，由井口至井底敷設(shè)檢驗(yàn)合格的通尺，作為井筒安裝的高度基準(zhǔn)使用。利用吊盤由井底至井口逐層放線、鉆孔、安裝管路托架、管路等。

施工要點(diǎn)：（1）夜間施工井口必須設(shè)置照明系統(tǒng)，吊盤上用照明必須符合井下防爆要求。（2）吊盤上作業(yè)人員必須系好安全帶，且生根牢固。（3）管路安裝每次一根，依次安裝，嚴(yán)禁上下分段平行作業(yè)。管路安裝期間，井底下方停止一切與安裝無關(guān)的作業(yè)。（4）在下放管路和托架時(shí)，必須使用專用卡具，用索具卸扣連接鋼絲繩套并加設(shè)保護(hù)繩，不得直接用鋼絲繩捆綁下放。（5）由于場地有限，管路不能一次性運(yùn)輸?shù)轿唬诎惭b管路過程中由于管路供應(yīng)不及時(shí)，停工2d。建議在安裝前做好計(jì)劃（雨季、冬季施工考慮天氣影響，避免材料無法運(yùn)達(dá)），避免材料供應(yīng)不足引起的窩工和設(shè)備閑置。（6）前期管路安裝過程中，由于法蘭平行度不達(dá)標(biāo)，造成5層以后管路安裝貼到井壁，增加了施工難度又增加了矯正工序，后和焊接管路廠家聯(lián)系，確保法蘭的平行度。建議每批管路到場后進(jìn)行抽查。

3 結(jié)語

采用反井鉆機(jī)進(jìn)行施工上莊管道井，施工過程中未發(fā)生人員傷亡事故，施工進(jìn)度比普通鑿井法工期縮短了3個(gè)月，井筒施工質(zhì)量和管路安裝質(zhì)量與其他井筒工程相比也有顯著提升。經(jīng)核算節(jié)省資金1000多萬元，實(shí)現(xiàn)了安全、快速、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)建井。目前，寺河礦上莊管道井已投入正常使用，未出現(xiàn)影響礦井生產(chǎn)和安全的問題。