深立井安全快速施工技术探讨

李士栋，朱学军

(1.肥城矿业集团单县能源有限责任公司，山东 单县 274300；2.山东科技大学，山东 泰安 271019)

1 工程概述

陈蛮庄煤矿主井井筒净径φ5.0m，井深952.5m，其中冻结段621m，复合井壁，采用双层钢筋混凝土支护，壁厚为800～2000mm，混凝土标号C30～C70；基岩段335.5m，井壁壁厚为500mm、550mm，采用素混凝土支护，638～952.5m混凝土标号为C40。其中617～638m为井筒加强段，采用双层钢筋混凝土支护，井壁壁厚为1100mm，混凝土标号为C70。

井筒穿过的地层有第四系、上第三系、二叠系。第四系松散层未固结，主要为软塑性黏土、砂质黏土及松散的粉砂、细砂，黏土可塑性强。二叠系揭露石盒子组、山西组地层以粉砂岩、砂岩、泥岩、杂色泥岩和煤组成。二叠系基岩段总厚348.76m，其中砂岩厚度113.90m，占33%；粉砂岩厚度61.37m，占18%；泥岩厚度平均168.93m，占48%；煤层厚度5.95m，占1.7%。

井筒穿过的含水层，主要由表土段含水砂层和二叠系砂岩含水层组成。井筒表土段采用冻结法施工，因此对其含水层情况不再赘述。井筒基岩段有两个含水层段,分别为:井深642.25～664.25m段,岩石以粗砂岩为主,离风氧化带较近,属奎山砂岩含水层,涌水量14m3/h，现已安全通过; 井深750.40～758.40m段,岩石以细砂岩为主,次为粉砂岩,属奎山砂岩含水层,涌水量26m3/h。详见表1。

表1 含水层划分情况

2 施工机械化配套方案

根据井筒的技术特征及工程、水文地质，为加快井筒施工速度，井筒施工采用短段掘砌，四班制滚班作业。采用钻爆法掘进，伞钻钻眼、中深孔爆破，中心回转式抓岩机装岩出矸，防爆液压挖掘机辅助清底，两套单钩提升，整体金属模板砌壁，底卸式吊桶下放混凝土。井筒穿过含水层、断层破碎带前进行打钻探水、预注浆，确保施工安全。详见表2。

表2 主井施工机械化配套方案

3 施工工艺

3.1 采用“四新”技术，加快施工速度

新工艺。基岩段施工采用FJD-6A型伞钻打眼，HZ-4抓岩机抓岩；MJY型整体金属大模板、大吊桶、大绞车、座钩式自动翻矸、自卸汽车排矸等配套的机械化作业新工艺。

新技术。采用深孔光面、光底、减震弱冲5m深孔爆破。MK-4型潜孔钻机钻眼探水(钻眼速度每小时2m)，注浆封水，新型凿井专用风机通风排烟，新型煤矿通讯与信号装置通讯指挥联络调度等新技术。

新材料、新设备。基岩段采用防爆挖掘机辅助清底，电磁雷管，新型抗冻早强剂，高照度DGC175/127型隔爆投光灯、凿井专用风机、伞钻、大抓、中心回转式抓岩机、大模板等新材料新设备。

3.2 施工方法

根据岩石条件和设计特征，结合以往类似施工经验，为加快工程进度，保证施工安全，基岩段决定采用机械化短段掘砌混合作业法施工。即采用SJZ-5.5型伞钻配5台YGZ-70凿岩机凿岩，HZ-6A型中心回转式抓岩机出矸，两套单钩提升，MJY型液压金属模板砌壁，装载机配自卸汽车排矸。

3.2.1 凿岩爆破

SJZ-5.5型伞钻配5台YGZ-70凿岩机凿岩，直径φ25mm、长4700mm的钎杆，φ55mm柱齿形钎头钻眼；直眼分段挤压式掏槽，炮眼深为4000mm，打眼人员定人、定钻、定眼位、定时间、定质量、定数量，分72°扇形区间操作，5台钻同时打眼；放小炮，钻眼使用YT-29凿岩机配B25mm中空六角钢成品钎杆，ф42mm“一”字型合金钻头钻眼，工作面多台风钻同时作业。严格按爆破图表(合理选择爆破方式)进行操作；采用T220水胶炸药，规格φ45mm×300mm×0.658kg、φ35mm×300mm×0.385kg，雷管均选用6m长脚线，段别分别为1ms、3ms、5ms、7ms、9ms延期电磁雷管，隔段使用。放炮母线选用MY3×25+1×10电缆，吊盘以下至工作面选用4mm2铜芯母线电缆起爆，使用井上380V交流电源，起爆使用井上380V交流电起爆。采用光面、光底、减震、缓冲击深孔爆破新技术，并根据工作面岩石软硬程度及过煤层时，及时调整爆破参数，提高爆破效率。详见表3、表4。

表3 主井井筒基岩段爆破参数表

表4 主井井筒基岩段预期爆破效果表

3.2.2 抓岩排矸

采用HZ-6A型中心回转式抓岩机装岩，主提选用4.0m3吊桶，副提选用1.5m3吊桶出矸，采用人工座钩式翻矸，矸石经溜槽卸倒地面，经装载机装入自卸车排矸至指定矸石场地。

3.2.3 砌壁

砌壁采用MJY型液压金属模板，高3.8m，45°斜面刃角模板固定在模板下方，掘进钢筋工序合格后，整体下放模板。下放模板要专人指挥，通过电话机向地面集中控制操作室发出指令。由地面值班电工操纵三台模板悬吊稳车。下放模板前，观察检查模板绳状况和模板受阻情况。下放过程做到平稳、慢速、同步。模板下放到底后，开动风动液压脱模机使大模板全圆张开达到设计周长(大模板上有限位装置)。下放井筒中心线，丈量模板半径，通过三根大模绳的升降调整模板的平面位置，使模板半径达到设计要求。地面和井下都要安排人一直观察模板悬吊绳的受力状况。找线调整模板绳时，尽量做到只松不起或多松少起，或即起即松，特别要避免单独过度地起提某一根大模绳。大模板找线完毕，经验收合格后，还要检查底口是否有漏灰地方，上端接茬口高度是否合适。浇注前模板，要擦油或涂脱模剂。模板的限位顶丝旋紧，高压油管和闭锁收拾整齐，用塑料布盖好。

混凝土由井口集中搅拌站提供，采用DX-2.4/1.6m3底卸式吊桶下料至吊盘,吊盘上铺设分灰器,混凝土经分灰器和溜灰管对称均匀入模板内。混凝土在分灰器中实现二次搅拌，对称浇筑，每层浇筑厚度不超过300mm，振动棒振动范围500mm，应准备4台插入式振动棒，3台同时振捣，1台备用。振捣要充分而不过分，肉眼观察以混凝土面基本流平、灰浆均匀饱满，没有明显气泡逸出为准。

3.3 井筒通过不稳定岩层及破碎带的施工

井筒掘砌过不稳定岩层，为确保安全快速施工，采取如下技术措施：

(1)掘进时，根据围岩破碎的程度，采取减小周边眼圈径进行放炮，周边眼距井筒荒径不小于300mm，并严格控制装药量，以减少对围岩的震动，剩余部分采用人工风镐刷帮。

(2)在破碎带施工时，可视情况增加锚网喷一层支护，锚杆采用强力树脂金属锚杆，规格：Ф18mm×2000mm，间排距800mm×800mm。采用Ф6.5mm钢筋网，网格尺寸为150mm×150mm。喷射混凝土厚度70mm。

(3)极不稳定岩层段、煤层段，采用型钢支架、背板临时支护，支架为29U型钢加工而成，背板为50mm厚混凝土板，支架间距700～800mm。

3.4 井筒综合防治水

工作面预注浆是以封堵灰岩孔隙、裂隙水为目的，采用人工砌筑混凝土止浆垫，预埋无缝钢管作注浆孔口管，利用ZDY4000-S型液压钻机在工作面施工注浆孔。注浆站设在地面，从井口至工作面，接两路Ф32mm高压胶管作为输浆管路，将地面搅拌好的水泥浆液压入注浆孔含水层裂隙中，用来封堵裂隙水。

(1)探水注浆孔的施工：注浆钻孔采用ZDY4000-S型液压钻机，分别配φ50mm钻杆及φ75/127mm三芯钻头施工，地面通过供水管直接供水打钻作循环水。在打钻前，要在φ108mm孔口管上安设4″高压球阀，以防钻孔时含水层突水造成淹井事故。

打钻施工是在打钻平台上进行的，打钻平台距止浆垫3m左右，工作盘与工作面止浆垫之间用马腿支撑，在工作盘上安装钻机，打钻人员在工作盘上操作。钻进过程中，若钻孔涌水量超过5m3/h，或因岩石破碎打不下去时，停钻注浆，否则一直钻进直至终孔，终孔时要核实钻具长度，确保钻孔深度符合设计要求。

(2)注浆前的准备工作：注浆站布置在井口正西方向，储浆池1个(3m3)，在储浆池东侧安装1台XPB-90E型注浆泵，并设置清水池、水泥浆搅拌系统。地面注水泥浆利用两路φ32mm×6mm高压胶管作输浆管路，为确保安全、牢固、稳定，采用大抓绳悬吊入井，接头销子必须牢固，用卡子固定在钢丝绳上，井口上注浆泵与高压胶管连接，工作面孔口管上混合器与软高压胶管直接连接。

(3)注浆作业流程：浆液经搅拌系统搅拌后，经注浆泵、输浆管和注浆孔口管进入受注岩层。

(4)注浆作业程序：当注浆孔钻到既定深度后，先用清水冲孔(破碎带不冲)直到流清水后进行注浆作业。注浆作业程序如下：接通输浆管路 → 压水试验 → 注浆 → 定量压清水 → 冲洗输浆管路 →拆洗注浆泵 → 扫孔或钻进。

(5)注浆标准：一是各注浆孔的注浆压力达到设计终压值，注入量小于30～40L/min，稳定20min以上。二是注浆结束时，浆液的水灰比不低于1∶1(即1∶1浆液或更稀)。三是浆液的注入量基本达到设计要求。四是注浆孔结束后，施工单位、监理单位、建设单位汇同有关专家，根据注浆记录综合评定注浆结论，确定注浆是否结束。

(6)注浆过程中的质量检查：注浆施工是隐蔽性工程，施工过程中的技术资料以及出现的与注浆相关的现象，都是评价注浆质量的重要依据；必须及时进行整理、统计和分析各孔的注浆参数、注入浆量和材料等，以便了解各孔间参数的变化，从而采取相应的措施；对于返浆和窜浆情况都要做好记录，查出原因，避免再次发生。

4 施工辅助系统

主井施工利用ⅣG型凿井井架，布置两套单钩提升：主提升采用2JKZ-3.6/12.96凿井专用绞车配一套单钩4.0 m3吊桶、副提升采用JK-2.5/20绞车配一套单钩1.5 m3吊桶提升。基岩段施工期间，井口设置10kV/6kV临时配电所一座，压风由矿压风机房接入主井井口，经φ160mm高分子高强聚乙烯塑料压风管至吊盘上，由地面2台16T稳车悬吊。选用两台2×30kW(一台备用)对旋式风机做压入式通风，胶制风筒直径800mm。增设一台80DG-50×12型高扬程卧泵，在上层吊盘设一3m3水箱，迎头风泵排至水箱，卧泵从水箱排至地面(由供水管作排水管排至地面)，布置简单，不需增加稳车钢丝绳。简化了井筒施工布置，加大了提升安全空间。

5 施工组织管理

(1) 成立由项目经理、机电经理组成的快速掘砌现场领导小组。每周召开两次生产调度会，每天召开一次生产平衡会，及时解决生产中存在的问题，确保人、财、物的供应。全面加强掘进、机电、运输系统的组织和管理。以抓正规循环为中心，狠抓掘进、装岩、提升、砌壁和运输等主要工序的配合和工作，使整个生产系统协调一致。

(2) 积极开展多种竞赛活动，充分发挥经济杠杆的作用。按分计酬，多劳多得，实行小指标奖，订出每小班基本工作量，对当班超出基本工作量部分拿出现金当班兑现。组织班与班开展对口劳动竞赛，鼓励上班为下班创造条件，最大程度调动职工积极性。

(3) 对凿井设施，实行定人定机维修保养制度。使设备维持在良好的待命状态。

掘进各班组负责各工序的施工，定量限时，“滚班制”作业，严格按循环图表要求控制作业时间，保证正规循环作业。地面辅助工，实行“三八”制作业，与掘进班组配合施工，保证井下掘进工作的顺利进行。

6 结 语

(1) 通过采用“四新”新技术、新工艺、新材料、新设备，确保工程施工的每一个阶段、每一个环节、每一道工序都处于受控状态，确保工程质量。做到了优质、快速、高效施工。在井筒施工条件差，井壁支护结构复杂的情况下，主井井筒施工创出了月成井134m的好成绩。

(2) 根据井筒的技术特征及工程、水文地质，井筒施工采用短段掘砌、四班制滚班作业。采用“四大一深”工艺进行施工，即“大绞车”、“大吊桶”、“大抓岩机”、“大模板”和“中深孔爆破”等配套的立井施工机械化作业线，加快了井筒施工速度。

(3) 通过基岩段的施工，总结出了“探、注、封、排、截”等一套深立井井筒综合防治水施工工艺，有效控制了工作面水害的发生，确保了井筒的施工进度和质量。

(4)加强了通过不稳定岩层及破碎带的施工技术措施，根据围岩破碎的程度，采取减小周边眼圈径进行放炮，可视情况增加锚网喷一层支护和采用型钢支架、背板等临时支护，确保了井筒的安全快速施工。

(5)科学的施工组织与管理，通过采用先进的施工技术、合理的施工工艺、可靠的机械化配套装备以及精心的组织和科学的管理。在施工中，组织多工序平行交叉作业，减少辅助作业时间，提高工作效率，充分调动职工的积极性，实现优质高效的工作目标，为保证了各项工程、各个工序按工期要求，有条不紊的进行提供了保障。

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