“三同时”建井新技术在刘庄煤矿的应用

2006/1/4 15:06:10

　摘　要:刘庄煤矿主、副、风井筒施工中应用“三同时”建井新技术,缩短了注浆占用井口和注浆占用井筒掘砌的时间,达到了缩短建井工期的目的,取得了明显的经济和社会效益。
　　关键词:三同时;地面预注浆;S 孔;冻结孔;建井新技术
　刘庄煤矿位于安徽省颍上县境内,设计生产能力3Mt/ a ,立井开拓。工业广场内布置主、副、风3 个井筒(矿井建设过程中生产能力改为8Mt/ a ,井筒增加到6 个) ,井口标高均为+ 27m ,落底水平- 762m ,井筒冻结段均采用双层钢筋混凝土井壁。主、风井注浆均采用两组钻孔施工,第1 组孔为直孔,第2组孔为定向斜孔(以下称S 孔) 。副井分内、外两圈孔施工,内圈直孔6 个,分两组孔(每组孔3 个) 施工;外圈孔4 个,为S 孔。地面预注浆工程施工中,主、风井均采用4 台TSJ21000 型水井钻机钻孔, 副井采用3 台TSJ21000 型水井钻机钻孔。主、副、风井井筒冻结均采用主圈冻结孔和内圈辅助冻结孔相结合的冻结方式。冻结孔施工共布置11 台钻机,其中主井布置3 台DZJ2500/ 1000 型冻注钻机, 副井布置3 台TK3 型钻机、1 台CKb22000M 型钻机,风井布置3 台TSJ21000型水井钻机、1 台CKb22000M型钻机。
1 　冻、注、凿“三同时”施工方案井筒基岩段治水采用地面预注浆方法,应用定向斜孔施工技术,使注浆、冻结、凿井施工在同一时间内实现立体平行交叉作业,达到缩短建井工期的目的。两淮地区井筒基岩段治水一般都采用工作面预注浆方法。国内深井工作面预注浆钻注效率平均约为60m井筒/ 月,立井平均月成井速度约70m。以刘庄煤矿主井(井筒全深794m,注浆基岩段厚511m) 为例,按此进度推算,工作面预注浆需8. 5 个月,凿井需11. 3 个月,则主井建井工期约为19. 8 个月。若采用“三同时”方案,地面预注浆占用井口时间约为3 个月,凿井11. 3 个月,则建井工期约为14. 3 个月。“三同时”方案与工作面预注浆方案相比,增加费用较少,3 个井筒约增加300 万元,但可以缩短建井工期5. 5 个月,综合效益较好。因此,最后确定3 个井筒均采用“三同时”建井方案。
2 　“三同时”施工
2. 1 　“三同时”施工方法
井筒地面预注浆采用直孔与定向孔相结合的方式施工,以减少地面预注浆占用井口的时间。直孔布置在井架范围内,定向孔布置在井架范围外。利用直孔对井筒基岩段上部进行注浆, 注浆结束后让出井盘,进行冻结孔钻进、凿井井架安装、天轮平台安装、翻矸台安装、冻结沟槽开挖、冻结、井筒掘砌等施工。同时在井架范围外施工定向注浆孔,主要是对井筒基岩段下部进行注浆。这样,定向孔注浆与井架安装、冻结施工和井筒掘砌便实现了同一时间内的平行作业。在平面布置上,从内往外依次为井筒、注浆直孔、冻结孔、井架、注浆定向孔。
2. 2 　地面预注浆方法
主、副、风井地面预注浆方法类似。以主井为例,该井第1 组施工4 个直孔,累深0～
273m 下入<168mm×7mm 无缝钢管。钻孔全深580m ,分成5 个段高对273～5 80m 含水基
岩段进行地面预注浆,岩帽段为273～283m。注浆与冻结交叉20m ,以加强此段治水效果。直孔段注浆结束后,让出井盘,在井架外施工第2 组4 个S 孔。先从地面打直孔到70m 深位置,然后开始向下进行定向造斜钻进,定向造斜层选择厚度较大的粘土层、砂质粘土层等。每孔经多次定向(要求钻孔轨迹“渐”变弯曲,避免“突”变弯曲) ,至固管深度27 3m 时,钻孔落点进入设计落点区域内。钻孔固管后,即进入注浆段,接着继续向下进行定向钻进。至孔深400m 时,钻孔落点位于注浆圈(以井中心为圆心,净直径9. 5m) 附近。之后钻孔按直孔段案施工,钻孔偏离注浆圈不得大于6 ‰,且落点分布均匀。S 孔注浆范围为273 ～804m ,对273～580m 强含水层段进行加强注浆。注浆段高划分原则是:首先突出重点含水层,明确重点注浆段;重点注浆段的段高较小,非重点注浆段的段高可适当加大。粘土水泥浆注浆段注浆方式采用分大段下行,大段内分小段高上行的混合方式。
2. 3 　“三同时”施工过程
3 个井筒“三同时”施工过程类似。以主井为例,“三同时”施工过程为: 2002204201 ,
井筒直孔段地面预注浆工程开工; 至6 月24日,完成地面预注浆直孔段的施工,让出井口
位置,纯施工工期80d。由于供电影响,井筒冻结孔工程和定向斜孔注浆工程施工均推迟进行。2002207220 ,井筒冻结孔工程和S 孔注浆工程同时开工;至9 月17 日,冻结孔工程完工, 让出井口位置,进行主井冻结沟槽开挖和冻结施工,以及主井凿井井架、天轮平台、翻矸台的安装,同时在井架外围进行S孔注浆工程的施工。2002210201 井筒开始冻结,11 月15 日冻结壁交圈, 11 月26 日井筒开挖。2002212226 ,S 孔注浆工程完工,即整个主井地面预注浆工程完工。主井地面预注浆工程总工期实际为270d ,比计划工期提前20d ;共施工注浆钻孔8 个,总造孔工程量5536m ,注浆量14197. 46m3 。经压水试验,预计主井基岩段残余水量为2. 99m3/ h。井筒掘砌过程中,通过采取措施,工作面实际淋水量降为6m3/ h ,不影响施工。主井804m(包括10m 延深水窝) 井筒当年开工,当年到底。3 　“三同时”施工遇到的问题及处理方法刘庄矿主、副、风3 个井筒前期S 孔注浆施工过程中,因浆液上窜,不同程度地影响了冻结孔施工,造成冻结孔施工停止或下冻结管受阻。为了解决这一问题,采取了以下处理措施: ①S孔套管下放深度加大,超过注浆岩帽深度; ②岩帽段S 孔注浆压力适当降低; ③下冻结管时,S孔注浆暂停; ④某个孔注浆时,其余注浆孔的止浆塞下到套管底口100m以下位置。采取上述措施后,注浆时浆液不再上窜,保证了各工序正常有序地进行, S 孔注浆工程与井筒冻结孔工程施工基本上实现了平行作业。
4 　工程管理
4. 1 　施工单位的选择
“三同时”方案系井筒施工的总体方案,能否顺利实施,决定着矿井建设的总工期。为了确保该方案实施时万无一失,刘庄煤矿采用公开招标的方式,择优选择了井筒冻结工程、地面预注浆工程、凿井工程的施工单位,为井筒安全顺利施工奠定了基础。
4. 2 　施工监控
由于“三同时”方案实施过程中工序错综复杂,各工序衔接性强,只要有1 个工序安排
不当,整个方案的实施就会受到影响。为此,建设方和监理方派专业工程师对“三同
时”实施过程进行24h 跟班监督,对各工序间的相互影响进行超前控制。一旦发现工序间有可能或已经发生相互干扰,就立即对工序安排进行调整和优化。
5 　经济和社会效益
刘庄煤矿在3 个井筒施工中应用“三同时”建井新技术,取得了明显的经济和社会效益。以主井为例,该井施工采用“三同时”方案后,整个井筒地面预注浆工程占用井口时间仅2. 6月,与井筒工作面预注浆方案相比,缩短建井工期5. 9 月。主、副、风3 个井筒施工均采用“三同时”方案,实际缩短矿井建设总工期5. 0 月。

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