立井井窝与井筒注浆及装备平行作业

　　摘　要　对车集煤矿主井-550m水平以下的井窝和箕斗装载硐室的施工与-550m水平以上的壁后注浆及井筒装备采取平行作业的方法进行了总结。实践证明，这种施工方法是缩短建井工期的一种有效途径。

　　关键词　立井井窝　井筒装备　平行作业

1　工程概况

　　永城煤电(集团)公司车集煤矿是一座设计生产能力1.8Mt/a的在建矿井。主井井口标高+34.5m，运输水平标高-550m，净直径5m，井筒全深664.5m(含井窝深80m)。表土层和风化基岩破碎带采用异径差异冻结法施工，冻结深度短腿270m，长腿300m；现浇钢筋混凝土复合双层井壁，外壁厚450mm，内壁厚700mm，内外壁间铺设厚1.5mm塑料板。基岩段为厚500mm的单层混凝土井壁，采用普通法施工。
　　井筒的工程地质和水文地质条件较复杂，自上而下穿过厚244.9m的第四系松散层、厚16.7m的风化基岩带以及厚402.9m的二叠系煤系地层。基岩含水层多，在井筒的中下部(井深421.7～583.5m)连续分布着4个高角度砂岩裂隙含水层组，其中K₆含水层位于井深456～492m(厚36m)。各含水层组预计涌水量为85～155m³/h，含水性强，且层组之间存在一定程度的水力联系。注浆时测得静水压达2～4MPa以上。井窝位于砂岩、煤层以及层理和滑面发育、遇水极易膨胀的泥岩、铝土质泥岩中。

2　施工方案

　　按照矿井施工组织设计，主井井筒采取一次到底的方案。由于井筒地质和水文地质条件复杂，虽然对各含水砂岩层组进行了工作面预注浆，但井筒涌水量仍然超过20m³/h，施工条件随着井筒的延深渐趋恶化，工程进度受到很大影响。当井筒掘进到井深590.5m(-550m水平以下6m)时，已拖延工期达3个月。因此，合理确定井窝和箕斗装载硐室与-550m水平以上的壁后注浆和井筒装备之间的施工顺序是缩短矿井建设工期的主要途径。在充分研究的基础上，提出了井筒施工至井深590.5m后，暂停下掘，改吊桶提升为临时罐笼提升，转入井底车场施工；井窝及箕斗装载硐室留在井筒装备和壁后注浆期间施工，不占用井筒施工期。并对两种方案进行了选择。
　　第1方案，即自上而下一次施工全深。在副井永久提升系统形成后，拆除主井临时提升设施，在-550m水平设置简易凿井设施，并在马头门上口搭设人工保护盘，将井窝和箕斗装载硐室一次掘砌完成。与此同时，在-550m水平以上进行壁后注浆和井筒装备。
　　第2方案，即分段施工。以-573.5m水平为界(给煤机皮带巷底板以上7m)，把井窝分成两段：-556.0～-573.5m为上段，-573.5～-630m为下段。在不停主井提升和-550m水平以上工作的情况下，先施工井窝下段。即在预定的工期内，由-550m水平先施工给煤皮带、通风行人斜巷到-580.5m的给煤皮带机硐室和配煤皮带巷至箕斗装载硐室上部和主井井窝位置。同时，通过清理撒煤斜巷施工到主井-630m部位下方。用钻机钻出φ1.2m导孔后，在上段岩柱保护下进行井窝下段和箕斗装载硐室施工。然后施工井窝上段(图1)。

图1　主井井窝与相关工程关系

1—主井井筒已施工部分；2—临时马头门；3—箕斗装载硐室；
4—清理撒煤硐室；5—措施工程；6—卸载站；7—煤仓；
8—给煤皮带、通风行人斜巷；9—主井井窝；
10—给煤皮带机硐室和配煤皮带巷。

　　方案2是在不停止临时罐笼提升的情况下进行井窝下段施工的，可比第1方案缩短工期3个月。它虽比方案1多安装一次凿井设施，但1套凿井设施可先后用于上下两段施工。
　　由于方案2具有工期短、经济效益好和施工安全等优点而被采用。

3　施工组织

　　各项工程的施工顺序和工期，按照附表的安排组织实施。

4　箕斗装载硐室及井窝施工

4.1　箕斗装载硐室施工
　　箕斗装载硐室体积1 395m³，以配煤皮带巷底板-580.5m水平分成上下两个分段(图2)。先掘进上分段①岩体，然后在①的矸石上打眼放炮掘②岩体，ZYP-17型耙岩机适当出矸后，进行拱部锚喷挂网临时支护；出完剩余矸石后，继续完成剩余部分的锚喷挂网临时支护。再掘进③，④和⑤，⑥岩体并重复①，②的施工方法，完成①～⑥的掘进和锚喷挂网临时支护后再向上掘喷出2m井筒⑦。最后从-580.5m水平开始立模板，进行钢筋混凝土永久支护，将装载硐室上分段与井筒浇筑成整体，并在⑦的适当位置安装下段井窝提升钢梁。完成箕斗装载硐室上分段施工后，在-580.5m井筒中心位置安设LM-120型反井钻机，自-580.5m至-630m钻凿出φ1.2m导孔，为以下施工溜放矸石和排水创造条件。

附表　井窝分段施工顺序与工期安排图表

　　箕斗装载硐室下分段采用下行分层钻爆法扩刷，共分4层，每层高2.5m，按图2的顺序(Ⅰ～Ⅳ)进行。每个分层随井筒掘出断面后，立即进行锚喷挂网临时支护。矸石和工作面涌水由φ1.2m导孔溜放到-636.38m，用ZYP-17型耙斗装岩机将矸石装入1t矿车内，经清理撒煤斜巷提至-550m水平。工作面涌水经清理撒煤斜巷排至永久水仓。工作面有人作业时，用厚4mm钢板制成的φ1.5m保护盘封闭φ1.2m导孔，工作人员佩戴安全带拴在提升钩头上，以防人员坠落。永久支护从操作控制室底板(-590.5m)开始立模向上浇筑完该段钢筋混凝土。混凝土搅拌机安设在配煤皮带巷内，混凝土经过溜槽进入φ159mm混凝土输送管，经活节管入模。

图2　箕斗装载硐室施工示意

4.2　井窝下段施工
　　井深625～664.5m(-590.5～-630m)属井窝下段。施工前，先在-580.5m水平安设钢结构封口盘和凿井设施，配备φ800mm单滚筒绞车和0.5m³吊桶上下人员和物料；11.4kW调度绞车经地轮悬吊φ159mm混凝土输送管；胶皮风筒、压风管、供水管各1趟，均采用细钢丝绳悬吊于封口盘钢梁上。钻爆法扩刷井筒，2～3m短段掘砌。排矸、排水以及混凝土输送方式与箕斗装载硐室下分段相同。

4.3　井窝上段施工
　　井窝上段工程量为17.5m(-556.0～-573.5m)。下掘前应做好以下准备工作：
　　(1)将-550m水平以下6.0m的井窝水排干；
　　(2)修整局部被压坏的-550m水平马头门，并在其上方2m处安设1道人工保护盘和提升天轮梁；
　　(3)在井筒-550m水平安装反井钻机钢结构工作盘，将LM-120型反井钻机通过地脚螺栓固定在工作盘钢梁上，钻φ1.2m导孔与-580.5水平相通；
　　(4)拆除反井钻机后，将反井钻机工作盘改装为封口盘；
　　(5)拆除-580.5m水平凿井设施，并将其安装于-550m水平。
　　井窝上段采用钻爆法施工，2～3m短段掘砌。矸石经φ1.2m导孔下溜至-580.5m水平，由ZYP-17型耙岩机将矸石装入1t矿车，并经给煤皮带通风行人斜巷提至-550m水平。

5　结　语

　　(1)车集煤矿主井采取了井筒掘到-550m运输水平后，转入井底车场和大巷施工，采用井窝和箕斗装载硐室施工与井筒壁后注浆、马头门整修以及井筒装备等工作平行作业、分段施工的方案，缩短井筒工期3个月，可保证矿井按期投产，从而节省了因矿井延期投产增加的贷款利息70万元和其它辅助费90万元。与增加的临时措施费30万元相抵，可节省资金130万元。
　　(2)本方案(文中的方案2)使用的前提是与主井相关连的一些永久巷道工程必须提前掘到设计要求位置。采用本方案时，施工前要认真编制施工组织设计，对工程进行科学的排队。实施阶段要对各项工程及时进行综合平衡，做好工程衔接工作，采取有效措施保证工期、质量和施工安全。
　　(3)采用反井钻机打超前导孔，可以解决排矸和排水问题，简化凿井设施，改善井筒作业条件，加快施工速度。尤其在地质和水文地质条件复杂、涌水量大的立井中应用，效果会更为显著。

作者简介

　　程东全，男，工程师。1989年毕业于焦作矿业学院采矿系，现任永城煤电(集团)公司车集煤矿副矿长。一直从事煤矿基本建设管理工作。已发表论文多篇。