郭岩松

（晋城宏圣建筑工程有限公司，山西 晋城 048000）

煤矿管道井是专门用来铺设瓦斯抽采、排水、供风等管道的井筒，担负着井下瓦斯抽采、应急排水和压风供氧等重要任务，对煤矿安全高效生产至关重要。目前管道井主要施工方法有普通凿井法、冻结法、反井法等[1-4]，综合考虑矿井地质条件和生产建设情况等因素，矿井选择安全、经济、高效的反井钻机一次钻成大直径井筒工艺施工上庄管道井。

1 概况

寺河矿分东、西两个独立井区，矿井为斜立井综合开拓方式，综合机械化开采，采用轨道运输提升和无轨胶轮车辅助运输方式。矿井东井区主采3#煤层，为高突矿井。为提升矿井瓦斯抽采能力和防水抗灾能力，设计在上庄风井场地内施工管道井，安装瓦斯抽采管路和应急排水管路，主要用于东区瓦斯抽采和应急排水。井筒设计净径为4000mm，井筒深度为231.5m。建成后井筒内安装三趟瓦斯抽放管路和两趟应急排水管路，瓦斯抽放管路的直径分别为1020mm、820mm、720mm，应急排水管路直径325mm，所有管路均采用Q325A螺旋焊管。

2 施工工艺

对比各种施工工艺，决定在管道井施工中采用反井钻机（ZFY2.5/400)掘进，一次扩孔4200mm成井。表土段采用砼支护，厚度500mm，砼强度C30，设计净直径为4200mm；基岩段采用锚网喷支护，喷射砼厚度100mm，喷射砼强度C20。

管道井工程施工共分为五个阶段：表土层开挖阶段、导孔施工阶段、扩孔施工阶段、井筒锚网喷支护阶段、井筒管路安装阶段。

2.1 表土层开挖阶段

由于反井钻机在打钻过程中需大量用水且压力较高，表土段土质较软，遇水塌陷，容易发生整体塌陷掩埋钻机，需将表土层挖除，挖到稳定岩层并进行C20砼充填。

人工开挖圆形立井。0～2m开挖直径为8400mm，用4200mm钢模板支模，用C30砼灌注，厚度2000mm；3～15m开挖直径为5200mm，用4200mm钢模板支模，用C30砼灌注，厚度500mm。0～6m开挖使用挖掘机开挖主体，人工挖边角；7～15m开挖采用风镐支挖，提升采用1m³吊桶，配套25T吊车使用，采用汽车排矸。当施工到15m时，在井底打探眼，稳定基岩层再往下30m，为加快施工进度，采用表土周围预注浆。施工完毕后，进行现场验收，将工具全部运出井筒，将井底的浮土浮矸全部清理干净，井筒全部用砼充填，砼强度为C20。

施工要点：（1）管道井表土段开挖后，需防止雨季管道井造成灌水、淹井事故或碎石、土块掉入井底，在管道井井口用砼浇筑一圈防水圈，防水圈高出地面300mm；（2）表土段施工超过6m时，采用风机对工作面进行供风，保证工作面风量充足。

2.2 导孔施工阶段

2.2.1 钻前准备工作

施工采用ZFY2.5/400型煤矿用反井钻机一套。首先安装钻机底座，钻机底座要用水平尺调平，保证底座轴线穿过钻孔中心线，再把钻机中心线与钻孔中心调到一条直线上，用24根地锚分八组固定钻机底座，每组3根地锚。安装TBW-850/5A型泥浆泵一台，在井口旁提前挖好的水池旁边合适位置安装泥浆泵并接电，把水池水蓄满。在钻机周围均匀分部安装照明装置6处。搭设简易棚，安放开关等电气设备及放控制台、液压泵、液压箱。安装钻机接液压泵，安装冷却水循环水箱，连接钻机和泥浆泵，液压箱加液压油，安装第一根钻杆及直径295mm导孔钻头试钻。

2.2.2 管道井导孔施工

按测量人员所放管道井中心线进行钻孔，先由上至下施工直径295mm的导孔，导孔施工完成后开始在井下硐室安装扩孔钻头，钻头安装完毕后，准备由下至上进行扩孔施工直径4200mm的钻孔。

施工要点：（1）钻机调平要用水平尺和重垂线，保证钻机打出来钻孔和设计相同。前期打钻要慢，避免刚开始钻进时钻头发生偏离；（2）泥浆池沉淀物多，泥浆泵吸水困难时必须清理沉淀物或更换泥浆池中的水；（3）在短时间停钻或者短时间检修泥浆泵时必须提钻杆20～30m，以免沉淀物沉积抱死钻杆，较长时间停钻时必须提起钻杆50m以上，停钻后必须提钻杆100m以上；（4）施工导孔过程中，要根据钻进深度及时调整下推压力，钻井深度越深钻杆自重也增大，减少下推压力，防止钻机打钻过快，使钻头偏离设计位置；（5）施工导孔过程中扭矩要保证在8～10MP以内，当扭矩超过10MP时，查明原因是卡钻还是给进过快，然后调整给进速度或把钻杆上提一下再继续给进下钻，防止由于扭矩过大，出现钻杆断裂现象。

2.3 扩孔施工阶段

反井施工最核心工序就是自下而上反向扩孔。当扩孔钻头更换完毕，且井下排矸系统准备就绪，就开始沿上一阶段施工好的导孔自下而上扩孔，扩孔钻屑依靠自重下落，再由排矸系统运走。

施工要点：（1）钻机开钻前先开泥浆泵，停了钻机后才能停泥浆泵。（2）施工扩孔过程中要根据钻进深度及时调整上提压力，上提距离越长钻杆自重越轻。要及时减少上提压力，防止钻机打钻过快，出现卡钻。（3）施工扩孔过程中扭矩要保证在10～15MP以内，当扭矩超过15MP时，查明原因是卡钻还是给进过快，然后调整给进速度或把钻杆下放一下再继续给进钻进。防止由于扭矩过大，出现钻杆断裂现象。（4）井下出矸有一部耙矸机、一部带式输送机、一部管板输送机，从管道井底运至风门外，后由铲车出矸。由于出矸路线较长，铲车出矸跟不上导致反井钻机经常停钻，建议运输距离较长的直接全部上系统，这样不会长时间影响反井钻机停钻。（5）反井施工中，滚刀与岩石摩擦产生热量，需在井上加静压水对其降温，反井钻钻下的岩粉遇水，形成淤泥。在管道井底适当位置建足够容量的沉淀池和处理系统，把水和泥浆沉淀并及时处理。

2.4 井筒锚网喷支护阶段

首先安装好稳车系统和绞车系统，试运转完成后安装井架，之后施工用水、电接入施工现场，准备就绪后开始井筒锚网喷支护。

采用“锚杆挂网喷射砼”的联合支护方案进行井筒永久支护。设计锚杆为Φ20-M22-2000mm螺纹钢树脂锚杆，间排距为800×800mm，三花布置，树脂锚固剂规格为MSK2335、MSZ2360两种，每个锚杆孔分别放一个MSK2335和MSZ2360树脂锚固剂；网片采用Φ6.0mm（2000×1000mm）圆钢焊接成钢筋网，网眼规格为100×100mm，网片搭接长度100mm，喷射砼厚度100mm，砼强度为C20，永久支护后该段成型半径r=2.0m。根据吊盘深度，锚网每2m一支护，待锚网支护6m后，进行喷射混凝土支护，喷射混凝土支护作业定为6m循环一次。

施工要点：（1）两人及两人以上作业时，所有人员必须密切配合，协调作业，确保安全。（2）绞车司机必须精力集中，听清信号，确认安全后方可开车。（3）当遇到停车信号、行进中的钢丝绳跳动、突然停电、基础螺栓松动、跑偏、咬绳等情况时，要立即停车，查明原因进行处理，防止出现更大事故。（4）根据混凝土设计标号，经实验室配比试验，严格按通知单的配比进行混凝土搅拌。（5）吊盘上使用的工具，应用绳子拴在手上。入井时，小型材料、工器具必须装入专门的工具包中并封好包口防止工具坠落井底。（6）出现岩石松软、片帮时，必须根据岩石情况及时缩小循环进度并及时支护，帮要紧跟到工作面，严禁出现空帮、空班支护。

2.5 管路安装阶段

沿用井筒支护时的主提升绞车、天轮平台、吊盘、封口盘、地面稳车等相关设施，自下而上一次性安装瓦斯管路、应急排水管路。按照井筒安装施工放线图，在井筒内由上至下设置4条Φ1.5mm的钢丝线，作为井筒装备安装方向基准线使用，由井口至井底敷设检验合格的通尺，作为井筒安装的高度基准使用。利用吊盘由井底至井口逐层放线、钻孔、安装管路托架、管路等。

施工要点：（1）夜间施工井口必须设置照明系统，吊盘上用照明必须符合井下防爆要求。（2）吊盘上作业人员必须系好安全带，且生根牢固。（3）管路安装每次一根，依次安装，严禁上下分段平行作业。管路安装期间，井底下方停止一切与安装无关的作业。（4）在下放管路和托架时，必须使用专用卡具，用索具卸扣连接钢丝绳套并加设保护绳，不得直接用钢丝绳捆绑下放。（5）由于场地有限，管路不能一次性运输到位，在安装管路过程中由于管路供应不及时，停工2d。建议在安装前做好计划（雨季、冬季施工考虑天气影响，避免材料无法运达），避免材料供应不足引起的窝工和设备闲置。（6）前期管路安装过程中，由于法兰平行度不达标，造成5层以后管路安装贴到井壁，增加了施工难度又增加了矫正工序，后和焊接管路厂家联系，确保法兰的平行度。建议每批管路到场后进行抽查。

3 结语

采用反井钻机进行施工上庄管道井，施工过程中未发生人员伤亡事故，施工进度比普通凿井法工期缩短了3个月，井筒施工质量和管路安装质量与其他井筒工程相比也有显著提升。经核算节省资金1000多万元，实现了安全、快速、经济、优质建井。目前，寺河矿上庄管道井已投入正常使用，未出现影响矿井生产和安全的问题。