暗立井由地面钻孔输送混凝土的研究与实践

2005/10/18 16:05:47

　　摘　要　通过新集矿混合井由地面钻孔输送混凝土的研究与实践，总结出暗立井施工输送混凝土的新技术。
　　关键词　暗立井　输送混凝土　地面钻孔

　　目前在国内煤矿井筒内悬吊溜灰管输送大流动性混凝土已取得成效，但是，暗立井的混凝土输送仍无好的方法，以致其建井速度慢、工期长。新集矿混合井下段施工时，打破常规，由地面钻孔输送流态混凝土，减少了运输环节，缓解了提升紧张状况，保证了混凝土的拌制、输送、浇筑的连续性及混凝土的质量，加快了施工速度，节省了经费。

1　工程概况

　　新集矿原设计生产能力为0.9Mt/a，为扩建成3Mt/a的矿井，在主井西南侧95m处补建1个混合井。
　　混合井井筒直径7.2m，井口绝对标高为+26.5m，井筒全深502.5m。井筒施工采用上下段立体平行交叉作业方式，即井筒-250m水平以上至地表为上段，采用冻结法和普通法施工；-250m水平以下为下段，包括下段立井、箕斗装载硐室、井底车场部分等。下段立井采用反井导扩孔、普通钻爆法下行刷砌，井底水窝普通法施工。上下段同时凿井，下段立井为暗立井，见附图。下段工程按设计需混凝土4 400m³，如此大量的混凝土能否及时运到工作面是实施上述方案的技术关键。

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附图　混合井分上下段及下段
混凝土输送系统示意
1—凿井生产两用井架；2—搅拌机；3—防堵绞车；
4—混凝土输送管；5—防坠塞；6—导扩孔

2　下段混凝土输送方案的确定

　　混合井下段混凝土输送选择两种方案：
　　第1方案。-250m水平设材料场及搅拌站；
　　第2方案。地面拌制混凝土，由地面钻孔输送混凝土至-250m水平。两方案比较，见附表。

附表　两种方案比较

方　　　案	工期 /月	投　资 /万元	优缺点
1　-250m水平设材料场及搅拌站，增加巷　道工程量75m	2	45	优点：现场拌制缺点：场地大，增加巷道开挖量，粉尘大，占用生产矿井提升时间
2　地面拌制混凝土由地面钻孔输送混凝土　至-250m水平，孔深275m	2	14 (扣除折旧)^*	优点：不占用生产矿井提升时间，输送混凝土效率高，可保证混凝土连续浇筑难点：下料孔要求不漏水，不歪斜，使用时不堵管

　　注：*下料孔后期作为瓦斯抽排管，故下料孔造价折旧50%。
　　经方案比较，第2方案能保证混凝土质量，不占用矿井提升时间，又能连续集中进行混凝土浇筑，并节省投资，所以确定采用第2方案，从地面钻孔输送混凝土。

3　下料孔设计及施工质量标准

3.1　下料孔位置、管径、输送及其它设计要求
　　由于混合井井口南北有稳绞系统，东西有永久建筑，经分析计算不能在井口边，只能在距井口东侧约45m处设下料孔及搅拌站。
　　下料孔管径的选择，考虑到下料孔防堵及后期作为瓦斯抽排管，在钻机提升能力满足要求的前提下，尽量采用较大口径，因此决定采用φ219mm的输送管。
　　下料孔输送混凝土工艺为：地面集中搅拌站拌制混凝土，由下料孔输送混凝土至-250m水平，再由矿车中转到下段井口，然后通过下段井筒内悬吊的溜灰管输送入模，见附图。
　　其它设计要求：地面绝对标高+26m，孔底标高-249m，终孔深275.19m。在新生界松散层及二叠系煤系夹片风化破碎带内用双层套管，外套管用以隔离松散层水，选用φ325mm×10mm无缝钢管，下至170m位置；内套管用以输送混凝土，选用φ219mm×10mm无缝钢管，下至275m位置(-250m水平巷)。
3.2　施工质量标准
　　终孔偏斜度。垂直巷道方向小于5‰，平行巷道方向小于10‰(巷道为-250m水平联络巷)。
　　封闭止水。成孔后管内漏水量要求小于0.005m³/h

4　施工技术措施

4.1　封闭止水
　　为保证下料孔不漏水，除采用外套管隔离松散层水措施外，还采用如下措施，即外、内套管分别在下完最后1根时提离孔底，在套管内下注浆钻杆，钻杆距孔底0.5～1.0m，上部利用注浆接头和套管连在一起，然后利用NBB250/60泥浆泵将搅拌机搅好的水泥砂浆通过钻杆送入孔底，把孔内泥浆置换为水泥砂浆，使得水泥砂浆从套管外壁与孔壁之间、双层套管之间的环状间隙流出，直至充满环状间隙。
4.2　控制钻孔偏斜率主要措施
　　采用CX-S6型高精度测斜仪(顶角精度误差±20″，可达10″，方位角误差小于1°)对钻孔偏斜率跟踪监测。每钻进30m必须测斜1次，超过规定，纠偏后继续钻进。

5　下料孔的使用及混凝土质量保证

5.1　下料孔的使用
　　在下料孔输送混凝土过程中，主要解决两个问题：堵管、坍落度损失。
　　防堵采取主要措施有：
　　(1)采用流态混凝土，坍落度为20～22cm。流态混凝土与过去的大流动性混凝土不同，大流动性混凝土是靠增加单位体积混凝土的用水量及用灰量达到增大坍落度的目的，而获得流态混凝土的主要手段是往混凝土中加流化剂，而且流态混凝土的质量及流动性均比大流动性混凝土好。
　　(2)下送混凝土时，严禁混有粒径超标的大颗粒。
　　(3)确保下料信号畅通，一旦有堵管征兆，及时停止下送，立即处理。
　　(4)下料孔内设1条中间带锤铊的钢丝绳，地面和-250m水平各设1台11.4kW的小绞车牵引，混凝土下送前和下料结束后，上下拉动锤铊不少于3次，使下料孔畅通无阻，而后把锤铊拉到地面。
　　(5)下料孔不用时，必须用专用铁板盖压地面孔口，以防杂物掉入孔内。
　　关于混凝土坍落度损失问题。流态混凝土与普通混凝土一样，也存在坍落度经时损失，即搅拌好的流态混凝土随着时间的延长坍落度逐渐减小。与普通混凝土相比，流态混凝土经时损失大，原因是普通混凝土的单位用水量比流态混凝土大，而且流化剂使水泥颗粒的分散效果随着时间的延长而变差。由于混凝土运输过程中存在坍落度经时损失，必须采取措施减小损失，保证混凝土运输中转至下段井口时具有较好的流动性，否则下段井筒内悬吊的溜灰管易堵管，难以顺利使用。因此，对相关因素进行分析研究后认为：①流态混凝土水泥用量大，则坍落度经时损失小；②实践证明，天津产UNF-2和淮南产NF是理想的流化剂，其中NF减水剂使用时，流态混凝土坍落度经时损失较小；③流化剂掺加时间越迟，流态混凝土坍落度经时损失越大。
　　根据上述分析，采取如下措施减小坍落度损失，即
　　(1)确定流态混凝土配比时，在保证强度、抗渗性等性能的前提下，适当加大水泥用量。
　　(2)流化剂选用NF减水剂。
　　(3)流化剂添加方法采用同时添加法，即在混凝土搅拌过程中加入流化剂S_p，其制备过程如下：
　　C+S+(S_p+W)搅拌1min+G搅拌2min—→流态混凝土
式中：C为水泥；S为细骨料；S_p为流化剂；W为水；G为粗骨料。
　　(4)尽量避免拖延施工或中断施工，缩短混凝土输送时间。
　　经现场实测，采取上述措施后，混凝土送至下段井口时，坍落度可达到15～18cm，流动性较好，能够满足下段井筒内悬吊的溜灰管使用要求。
　　在混合井施工中，下料孔顺利为下段输送了4 585m³流态混凝土，未发生堵管，下段井筒内悬吊的溜灰管也从未发生堵管。
5.2　混凝土质量保证
　　为防止混凝土离析对井壁质量造成不良影响，采取如下措施：
　　(1)严格控制加水。以前在井筒溜灰管输送混凝土过程中，因担心堵管，操作人员往往多加水，造成混凝土粘度降低。为防止这类情况出现，使用混凝土用水计量箱，并实现自动计量。另外，每天24h由甲方技术人员现场跟班监督。
　　(2)设置缓冲器。由于混凝土的离析发生在料束的首尾两段，流态混凝土离析后易于再次混合均匀，不论是振捣还是人工插捣都能达到离析前的状态。因而混凝土入模时，只要能保证前一料束尾段离析的砂浆和后一料束首段离析的骨料在同一位置，即可保证井壁成型后不出现蜂窝麻面。这就要求出料管口变位应在下料过程进行。据此分析，在下料孔及下段井筒内悬吊的溜灰管下口设盲肠式缓冲器，这样可使前一料束尾段离析的砂浆和后一料束首段离析的骨料同时入模，并停留在同一位置。

6　技术优越性及经济效益

　　(1)地面集中设置搅拌站，通过下料孔输送混凝土，不占用生产矿井提升时间，缓解了原矿井提升紧张状况，节省提升直接费用8.2万元。
　　(2)扣除折旧，下料孔实际投资13万元，比方案1巷道定额投资节省32万元。
　　(3)混凝土输送速度快，振捣时间短，下料完毕后搅拌机和管路易于清理等，这些方面都大大加快了筑壁速度。用地面钻孔输送混凝土方案，下段成井速度实际为40.5m/月，工期为6个月；与井下设搅拌站方案相比，缩短工期3.8个月。扣除下段矿车供应紧张的影响因素，实际下段成井速度可达60m/月。
　　(4)保证了混凝土质量。下段下料孔为下段输送流态混凝土4 585m³，下段工程优良率100%。
　　(5)地面钻孔输送混凝土方案保证了混合井分上下段施工方案的顺利实施，大大缩短了建井工期。

7　结　语

　　新集矿混合井下段采用地面钻孔输送混凝土，在施工与使用中顺利解决了不漏水、不堵管、不歪斜三大难题，并保证了井壁质量，从而取得地面钻孔输送混凝土的成功，这在国内还是第一次试验。在暗立井施工中应用该技术，可以在地面拌制混凝土，用管道输送混凝土，实现混凝土拌制、输送、浇筑的连续性，并保证混凝土质量、节省投资、加快施工速度。

作者单位：新集集团总公司，凤台县，232171

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