李 勇

八礦二號(hào)井井田位于河南省平頂山礦區(qū)東南隅，天安股份八礦井田最東端，礦井隸屬平頂山天安礦產(chǎn)股份有限公司。八礦二號(hào)井東靠許平南高速公路，西距許南公路3.5公里，距平頂山火車(chē)站約7公里，向西至寶豐火車(chē)站35公里，與焦枝線相連。以平頂山市為樞紐，公路溝通附近各縣市，并與四通八達(dá)的公路網(wǎng)相連，交通極為便利。

八礦二號(hào)回風(fēng)井處于李口向斜和白石溝背斜交合地帶的東側(cè)，屬單斜構(gòu)造，地層走向：中西部290°～295°；東部300°～320°；地層傾角6°～22°，斷層附近有些地方達(dá)30°以上。根據(jù)井檢孔及井筒落底層位顯示，設(shè)計(jì)馬頭門(mén)布置在己組礦層底板灰?guī)r中，由于灰?guī)r埋藏較淺，灰?guī)r露頭容易與第四系底部卵石連通，灰?guī)r裂隙發(fā)育有不均一性，出現(xiàn)灰?guī)r水水壓較大，水量也偏大。

八礦二號(hào)井回風(fēng)井井中坐標(biāo)為：X=3734545.473，Y=38451035.263，中心自然地坪標(biāo)高為：+75.6m。回風(fēng)井風(fēng)硐中心線方位角：83.81°，采用AD12/900型鉆機(jī)施工，井筒凈直徑為Φ6.0m，鉆井直徑Ф8.7m,鉆井深度為480.2m，支護(hù)采用預(yù)制鋼筋混凝土沉井井壁。 八礦井田內(nèi)第四系覆蓋層較厚，地層由老到新為石炭系太原組、二疊系山西組、第四系地層。第四系地層為粘土夾鈣核，砂層，卵石，石炭系地層主要有石灰?guī)r、泥巖、砂泥巖、砂巖及礦層。（見(jiàn)表1地質(zhì)分析表）

表1 地質(zhì)分析表

鉆井施工井筒深、井徑大，地質(zhì)復(fù)雜，鉆井井深設(shè)計(jì)為480.2m，根據(jù)實(shí)際揭露礦層中的巖性，進(jìn)入穩(wěn)定基巖不少于10m。為保證井壁強(qiáng)度，54～93#井壁采用雙層金屬?gòu)?fù)合井壁（內(nèi)層鋼板厚度σ14mm，外層鋼板厚度σ10mm，中間為鋼筋砼，井壁厚度700mm，見(jiàn)圖1）。

圖1 雙層金屬井壁支護(hù)圖

八礦二號(hào)井回風(fēng)井二期施工首先要施工井底連接處，-391m回風(fēng)大巷井底連接處為直墻半圓拱型斷面，開(kāi)口處凈高4.8m，凈寬4.8m，掘進(jìn)深度5m；設(shè)計(jì)方位角為289°，開(kāi)口處掘進(jìn)斷面S掘=28.3m2，S凈=20.57m2。掘進(jìn)工程量289.5m3，襯砌混凝土81.43m3。馬頭門(mén)采用錨網(wǎng)索（噴）+雙層鋼筋混凝土復(fù)合支護(hù)，總支護(hù)厚度580mm，錨網(wǎng)噴80mm，鋼筋混凝土500mm。支護(hù)參數(shù)：錨桿采用22×2400mm高強(qiáng)樹(shù)脂錨桿，間排距700×700mm，每孔3卷Z2335樹(shù)脂藥，鋼筋網(wǎng)采用A6mm鋼筋焊接而成，網(wǎng)格80×80mm，網(wǎng)搭接100mm，錨索17.8mm×7.5m，布置于拱部，間排距1400×1400mm，5-5-5布置，噴C20混凝土厚度80 mm作為一次支護(hù)；永久支護(hù)鋼筋混凝土厚度500mm，縱筋、豎筋采用HRB500鋼筋，C20@300×300mm，聯(lián)系筋（拉筋）采用HPB300鋼筋，A10@600×600mm，鋼筋保護(hù)層厚度70mm，馬頭門(mén)的內(nèi)外側(cè)縱向鋼筋必須與井壁內(nèi)外側(cè)鋼板進(jìn)行焊接，焊接段長(zhǎng)度不低于300mm，襯砌混凝土強(qiáng)度為C50。

1 施工方案

八礦二號(hào)井回風(fēng)井井筒凈直徑6.0m，深度480.2m，采用鉆井法施工完成后，需安裝一套馬頭門(mén)施工的提升系統(tǒng)。提升系統(tǒng)兼顧二期工程施工改絞選用，提升機(jī)為選用2JKZ－3.5/15.5型礦井提升機(jī)，井架為Ⅴ型鋼管井架，提升吊桶選用3m3座鉤式吊桶出渣（選用3m3吊桶是因?yàn)轳R頭門(mén)施工時(shí)出渣量不大，且要兼顧方便人員、氣瓶等物品頻繁上下），提升用鋼絲繩采用18×7-Φ39-170-重要-不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，安裝臨時(shí)吊盤(pán)。出渣選用MWY6-0.3礦用液壓挖掘機(jī)。溜灰管采用Φ159×6無(wú)縫鋼管（排水管）兼作溜灰管下混凝土。當(dāng)井筒涌水量小于10m3時(shí)，工作面的水用風(fēng)動(dòng)隔膜泵抽至吊桶內(nèi)，由吊桶提升排至地面。排水管作溜灰管。當(dāng)井筒涌水量小于10m3時(shí)，用D46-12×5臥泵排水，用2m3底卸式吊桶向井下混凝土。

八礦二號(hào)井回風(fēng)井二期施工井筒與-391m回風(fēng)大巷井底連接處（馬頭門(mén)）為直墻半圓拱型斷面，開(kāi)口處凈高4.8m，凈寬4.8m，掘進(jìn)深度5 m；設(shè)計(jì)方位角為289°，測(cè)量人員按馬頭門(mén)設(shè)計(jì)導(dǎo)入高程，給出中線、腰線，畫(huà)出馬頭門(mén)輪廓線后，將吊盤(pán)落至與馬頭門(mén)平齊的位置，將氣割用的氧氣-乙炔瓶組用吊桶運(yùn)送至吊盤(pán)。作業(yè)人員將氣瓶從吊桶里卸到吊盤(pán)上，氧氣瓶與乙炔瓶保持足夠的安全間距且有專(zhuān)人看護(hù)。經(jīng)過(guò)培訓(xùn)合格的并取得特種作業(yè)資格證的氣割工用氣割割炬依次分片切割破除井壁內(nèi)層鋼板。打眼放震動(dòng)炮爆破破除中間的鋼筋混凝土砼，用礦液壓挖掘機(jī)二次破碎井壁間混凝土并完成向吊桶里裝渣。金屬井壁內(nèi)層氣割爆破完成后，然后在兩側(cè)馬頭門(mén)分別氣割破除一塊井壁外層鋼板，用3.5m長(zhǎng)鉆桿馬頭門(mén)沿輪廓方向及掘進(jìn)方向打眼檢查壁后充填、封水情況，如壁后充填不密實(shí)，有涌水情況，則需注漿堵水，如無(wú)涌水滲水情況，則分片切割破除井壁外層鋼板，鋼板破除完后，正常鉆孔、爆破，錨網(wǎng)噴支護(hù)，出渣。當(dāng)兩側(cè)各施工50m后，再按設(shè)計(jì)進(jìn)行綁扎鋼筋、支模，對(duì)連接處兩側(cè)5m馬頭門(mén)部位進(jìn)行綁扎鋼筋、支模板、進(jìn)行混凝土襯砌永久支護(hù)。

附設(shè)備明細(xì)表。

表2 應(yīng)用設(shè)備明細(xì)

21 局扇 2×30kw 臺(tái) 2 完好22 攪拌站 JS-1000、PL-1600套 1 計(jì)量齊全23 電焊機(jī) 17KVA 臺(tái) 2 完好24 園盤(pán)鋸 臺(tái) 1 防護(hù)完好25 信號(hào)照明綜保 4KVA 臺(tái) 3 完好26 單級(jí)泵 15KW 臺(tái) 3 完好27 臥泵 D46-12×5 臺(tái) 2 一用一備28 汽絞車(chē) 0.11 臺(tái) 1 完好29 溜矸倉(cāng) 套 1 非標(biāo)自制30 自卸車(chē) 10t 臺(tái) 2 場(chǎng)地排渣31 裝載機(jī) ZL50 臺(tái) 1 多用途32 皮卡車(chē) 臺(tái) 1 材料采購(gòu)33 全站儀 套 2 測(cè)量

2 施工方法

馬頭門(mén)施工需要破除的井壁為第90、91節(jié)鋼筋混凝土預(yù)制井壁，為C70雙層鋼板復(fù)合井壁，內(nèi)層鋼板厚度σ14mm，外層鋼板厚度σ10mm，井壁厚度700mm，每節(jié)高度4000mm。由上而下按輪廓線分片施工，兩側(cè)連接處同時(shí)進(jìn)行。

按照兼顧二期改絞要求，將2JKZ－3.5/15.5型礦井提升機(jī)、Ⅴ型鋼管井架（含天輪平臺(tái)布置、二層臺(tái)布置、翻矸系統(tǒng)、井口封口盤(pán)、吊盤(pán)等）、穩(wěn)車(chē)、空壓機(jī)、攪拌站等按照平面布置圖安裝到位后，首先將吊盤(pán)下盤(pán)落至與馬頭門(mén)底板平齊，測(cè)量工程師將高程、方位點(diǎn)導(dǎo)入井下，并配合施工工程師用反光漆畫(huà)出馬頭門(mén)輪廓線。專(zhuān)業(yè)氣割工選用G01-100型割炬配3#割嘴，由拱基線向拱頂氣割。根據(jù)圖示，混凝土與鋼板之間密實(shí)，無(wú)縫隙。氣割時(shí)，將割嘴與鋼板平面平行略向下傾斜，使氧化物熔渣液順?shù)摪辶飨拢苊飧钭齑怪鼻懈顣r(shí)氧化物熔渣液不能吹出造成回火。

按照輪廓線將金屬井壁切割開(kāi)后，在內(nèi)層金屬井壁馬頭門(mén)輪廓線內(nèi)氣割出若干個(gè)“窗口”，外層“窗口”距輪廓線500mm，“窗口”間距600m，并將輪廓線內(nèi)金屬井壁沿“窗口”分塊切割。在已割除鋼板的“窗口”處用YT28風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)在裸露的混凝土井壁上鉆孔，深度以打到距內(nèi)層鋼板50mm為宜，單孔裝藥長(zhǎng)度150mm，裝藥位于洞口300mm以?xún)?nèi)，炮泥封堵剩余炮孔長(zhǎng)度，采用毫秒延期雷管，分3段由里向外順序起爆，吊盤(pán)起升至距爆點(diǎn)20m高（先將吊盤(pán)起升到20m高度，再安排裝藥），作業(yè)人員撤離到地面安全地帶后，爆破員在地面啟動(dòng)爆破電源引爆雷管炸藥。利用爆炸的威力將鋼板與混凝土振動(dòng)分離，利于下一步的氣割作業(yè)。爆破后，開(kāi)啟局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)30分鐘后，作業(yè)人員下至吊盤(pán)處，先灑水降塵。待工作面空氣及爆破揚(yáng)塵達(dá)到良好條件后進(jìn)行下一步的作業(yè)。灑水也有為鋼板降溫的作用，防止鋼板井壁溫度過(guò)高，燙傷作業(yè)人員。

內(nèi)層金屬井壁鋼板受到爆破沖擊波以后，會(huì)翻卷、脫離混凝土，有利于氣割作業(yè)。割除翻卷的鋼板后（割除的鋼板及時(shí)裝入吊桶，提升至地面），將電動(dòng)挖掘機(jī)下放至井底，先換上液壓破碎錘，清除井壁已經(jīng)松動(dòng)的混凝土及鋼筋骨架，待松動(dòng)的混凝土和骨架骨架清理完畢后，換上挖斗，將混凝土塊裝入吊桶內(nèi)，提升至地面。經(jīng)過(guò)多次氣割、爆破作業(yè)、出渣作業(yè)后，露出外層金屬井壁（外圓筒鋼板）。在兩側(cè)馬頭門(mén)分別畫(huà)出輪廓線后。切割破除井壁外層鋼板，能夠下注漿封口管即可。先打設(shè)直徑Ф159mm的無(wú)縫鋼管作為注漿封口管，再用3.5m長(zhǎng)鉆桿沿輪廓方向及掘進(jìn)方向打眼檢查壁后充填、封水情況，如壁后充填不密實(shí)，有涌水情況，則需注漿堵水，無(wú)涌水滲水情況，則分片切割破除井壁外層鋼板，鋼板破除完后，正常鉆孔、爆破，錨網(wǎng)噴支護(hù)，出渣。

割除鋼板后的“馬頭門(mén)”施工屬于通用的施工方法，按照馬頭門(mén)穩(wěn)定性控制機(jī)理研究，馬頭門(mén)斷面礦物成分差別較大，采用抗讓結(jié)合的支護(hù)方案，即在錨網(wǎng)噴支護(hù)的基礎(chǔ)上，對(duì)應(yīng)力集中程度最大或巖性差的部位應(yīng)采取補(bǔ)打錨索的辦法予以補(bǔ)強(qiáng)，并根據(jù)礦壓觀測(cè)情況采用二次錨注加固?？棺尳Y(jié)合允許圍巖有一定的變形，釋放部分變形能后，然后進(jìn)行加固，可以充分發(fā)揮圍巖自載能力，提高馬頭門(mén)及其圍巖的整體穩(wěn)定性，從而確保馬頭門(mén)處于穩(wěn)定狀態(tài)。錨桿和錨索共同深入圍巖中，擴(kuò)大了支護(hù)范圍，錨桿和錨索應(yīng)力疊加，提供了極大的軸向力與切向力，提高不連續(xù)面的抗剪強(qiáng)度，阻止不連續(xù)面的產(chǎn)生、移動(dòng)與滑動(dòng)。通過(guò)提高結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度來(lái)提高節(jié)理巖體的整體強(qiáng)度、完整性與穩(wěn)定性。

錨注加固將錨噴支護(hù)與注漿加固技術(shù)結(jié)合起來(lái)，采用注漿錨桿來(lái)實(shí)現(xiàn)錨、注合一，對(duì)巷道破碎圍巖進(jìn)行主動(dòng)加固與支護(hù)。錨注加固形成加固拱結(jié)構(gòu)，改善了破碎圍巖的物理和力學(xué)性質(zhì)，巖體的黏聚力和內(nèi)摩擦角得到了較大幅度的提高，從而提高了破裂巖體的承載能力。錨注支護(hù)充分發(fā)揮注漿圍巖的自承載能力，為巷道深部破碎圍巖提供變形性能好、高抗力的結(jié)構(gòu)性約束，使巷道變形得到控制，保證巷道圍巖整體穩(wěn)定。注漿加固巷道技術(shù)是利用漿液來(lái)充填和加固圍巖的裂隙面，提高巖體強(qiáng)度提供更好的圍巖條件，改善圍巖的巖性和應(yīng)力分布，大幅縮小圍巖變形，減輕支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的外載壓力，改善支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況，大幅度提高圍巖穩(wěn)定性，以充分發(fā)揮巖體的承載能力。注漿加固可以起到壁后充填加固的作用，注漿充填層變形能力較大，可吸收圍巖部分變形能及減小變形量，減少支護(hù)及圍巖變形的劇烈程度。

錨桿、錨索和錨注支護(hù)的作用互補(bǔ)的，可以單獨(dú)使用也可以聯(lián)合使用。由多種加固技術(shù)聯(lián)合形成的支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠有效改善破碎圍巖的物理與力學(xué)狀態(tài)，形成多層組合拱結(jié)構(gòu)。聯(lián)合加困形成的拱結(jié)構(gòu)具有較好的整體性、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)性、較高的承載力和較強(qiáng)的讓壓和抗變形能力有效阻止了圍巖深部塑性區(qū)的發(fā)展，為深部破裂巖體提供徑向約束，為深部破裂巖體應(yīng)力強(qiáng)化創(chuàng)造了條件。

馬頭門(mén)掘進(jìn)完成后，盡快進(jìn)行鋼筋混凝土澆筑。碹骨拱架采用16#槽鋼加工，模板用10#槽鋼代替。木工用圓盤(pán)鋸加工所需的堵頭板、楔塊等。混凝土入模后用風(fēng)動(dòng)振搗器搗振均勻。

3 安全工作重點(diǎn)

雙層金屬井壁施工馬頭門(mén)的難點(diǎn)和安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)都在雙層金屬井壁的氣割、爆破拆除和井筒內(nèi)挖掘機(jī)上下的吊裝作業(yè)，吊盤(pán)的頻繁起落及防止突涌水。

氣割過(guò)程中，嚴(yán)格制定氣割作業(yè)施工組織設(shè)計(jì)并經(jīng)過(guò)批準(zhǔn)，每次都要使用合格的割炬、火焰止回閥以及氧氣、乙炔氣帶。乙炔瓶需要安排專(zhuān)人看守，不能有乙炔氣體泄漏。氣割工必須是經(jīng)過(guò)培訓(xùn)并考試合格，取得特種作業(yè)許可證的專(zhuān)業(yè)氣割人員。氣割工作業(yè)前要穿戴好防護(hù)服，戴好防護(hù)目鏡和防護(hù)手套。氣割作業(yè)中氣割工要防止鋼液熔濺物流淌或飛濺到衣物里。同時(shí)還要防止混凝土經(jīng)過(guò)高溫后的飛濺和爆裂傷人。安全保護(hù)人員密切注意氣割工作，發(fā)現(xiàn)回火，漏氣等現(xiàn)象發(fā)生，立即關(guān)閉乙炔閥門(mén)。同時(shí)準(zhǔn)備好滅火器備用，一旦發(fā)生火災(zāi)，立即撲滅。

金屬井壁間的爆破要控制炸藥的裝藥量，做到少裝藥，爆破效果起到讓鋼板井壁與結(jié)構(gòu)鋼筋、混凝土分離，利于切割即可，同時(shí)考慮降低爆破對(duì)井壁馬頭門(mén)輪廓位置混凝土強(qiáng)度影響。防止裝藥過(guò)多，爆轟效果過(guò)大，破壞井筒內(nèi)設(shè)施。每次爆破后要進(jìn)行詳細(xì)的安全檢查，防止有殘藥殘管存留。一旦發(fā)現(xiàn)有殘管殘藥，立即按照盲炮處理措施進(jìn)行處理。每次下放火工品，都要嚴(yán)格執(zhí)行“管藥分離”的原則入井并嚴(yán)格執(zhí)行《礦安全工程》等相關(guān)規(guī)程規(guī)定。

每次上下挖掘機(jī)前要認(rèn)真檢查吊裝用的鋼絲繩繩扣，不得有彎曲、銹蝕、斷絲斷股超限的情況出現(xiàn)，保證符合《礦安全工程》鋼絲繩繩扣的要求。鋼絲繩繩扣每次打設(shè)好后要先試吊一下，確認(rèn)平穩(wěn)，重心均衡后方可井筒內(nèi)上下吊裝挖掘機(jī)作業(yè)，提升速度要緩慢勻速。經(jīng)過(guò)吊盤(pán)、井蓋門(mén)時(shí)，要有人觀察。挖掘機(jī)經(jīng)過(guò)封口盤(pán)、吊盤(pán)喇叭口時(shí)，信號(hào)工要目接目送，絞車(chē)工操作提升機(jī)要?jiǎng)蛩倬徛ㄟ^(guò)。提升鉤頭，提升鋼絲繩要每日認(rèn)真檢查，安全狀態(tài)必須符合《礦安全工程》相關(guān)規(guī)定要求。

內(nèi)層金屬井壁及鋼筋混凝土清理完畢后，在外層金屬井壁割出“窗口”。按照探水注漿措施要求進(jìn)行探水作業(yè)，出現(xiàn)異常涌水后，要及時(shí)停止鉆探作業(yè)，注漿堵水。達(dá)到探水、注漿效果，經(jīng)鉆探驗(yàn)證沒(méi)有突水涌水風(fēng)險(xiǎn)后，按照割除內(nèi)層金屬井壁的方法割除外層金屬井壁。探水作業(yè)前，孔口管一定要埋設(shè)牢固，安裝的閥門(mén)要達(dá)到耐壓等級(jí)，防止一旦突涌水無(wú)法正常堵水注漿。打探水鉆孔的作業(yè)人員要注意觀察鉆進(jìn)及涌水情況，發(fā)現(xiàn)異常立即停鉆進(jìn)行檢查分析，排除風(fēng)險(xiǎn)后方可進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。

由于馬頭門(mén)開(kāi)口施工時(shí)需要吊盤(pán)頻繁起落，起落吊盤(pán)時(shí)，吊盤(pán)上除信號(hào)工、安全觀察員外其他作業(yè)人員應(yīng)該升井。每次起落吊盤(pán)前對(duì)穩(wěn)車(chē)各個(gè)部位進(jìn)行詳細(xì)的排查作業(yè)。穩(wěn)車(chē)的安全閘制動(dòng)可靠靈活，各部位緊固螺栓要無(wú)松動(dòng)退扣，蝸輪蝸齒無(wú)異常的磨損。穩(wěn)繩排列整齊，無(wú)松圈散亂排列現(xiàn)象；穩(wěn)繩輪轉(zhuǎn)動(dòng)正常。吊盤(pán)起落到位以后要將吊盤(pán)調(diào)整平衡后進(jìn)行固定。每次起落吊盤(pán)后要通知絞車(chē)房，讓絞車(chē)工重新標(biāo)定吊盤(pán)的位置。

4 結(jié)論

國(guó)內(nèi)鉆井法施工較少，雙層金屬井壁施工馬頭門(mén)施工也不多見(jiàn)，雙層金屬鋼筋混凝土預(yù)制沉井井壁開(kāi)鑿馬頭門(mén)施工存在可燃?xì)怏w燃燒、火工品管理、立井提升吊掛管理等多處安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和難點(diǎn)，查找國(guó)內(nèi)外資料，關(guān)于此類(lèi)工程的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)較少，在此將八礦二號(hào)井回風(fēng)井雙層金屬井壁施工馬頭門(mén)的施工方法總結(jié)出來(lái)，與大家一起交流，希望能在以后的類(lèi)似工程施工中有所幫助。