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万福矿井副井井筒掘砌技术探讨

2019-05-30张迁于玉田高祥

山东工业技术 2019年11期

张迁 于玉田 高祥

摘 要:万福矿井副井井筒直径7.0m,井深894.368m,冻结深度840m,其中井筒实际揭露穿过表土层厚度为754.96m,井筒表土最大荒断面118m2,是目前世界上穿过表土层最深的井筒,建井难度为世界之最。外壁崛砌一次性穿越超大井径超深厚表土层754.96m,刷新了该领域的世界纪录,并获得大世界基尼斯之最的认证。

关键词:外壁;段高;掘砌

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.053

萬福矿井位于菏泽市巨野县城西南约30km处,距菏泽45km,面积129.86k㎡,矿井采用立井开拓方式,布设一主、一副、一风三个井筒;矿井设计成产能力1.80Mt/a。全区共获得各类煤炭资源量309.24Mt,矿井可采储量为169.03 Mt。

万福矿井副井井筒于2015年6月21日至23日施工临时锁口,6月24日至30日进行试挖施工至井深27.5m;7月1日,副井正式开始进行外壁掘砌施工,于2016年5月9日掘砌完成,累计用时313天,外壁掘砌深度815m。

1 外壁掘砌

1.1 表土段的施工

井筒开挖前,冻结段必须具备开挖条件,如下:

(1)井筒中的水文观测孔内的水位先缓升,再下降,然后逐渐上升,最后迅速上升并通过孔口溢出。(2)通过分析测温孔、水文孔情况,冻结壁的发展厚度已达到设计要求。(3)经过井筒试挖,可以证明冻结壁已实际形成,而且与观测结果一致。(4)采用的凿井设备等设施已调试安装完毕。(5)各种施工用的材料和人员配备完成。(6)充分论证冻结壁厚度、强度,结合类似地层施工经验,科学合理定出开挖的时间。

要进行井筒的开挖,除了满足以上叙述的条件外,还要进行综合考虑,保障井筒能够满足进行连续施工的条件。具体地的来说是:根据掘砌井筒的速度和相对应的时间点时冻土的发展情况来分析、预测,尽最大限度的保障不同时期冻结壁的厚度、强度及与井帮的距离,使之都能够满足井筒连续施工的安全需要。

采用机械化施工方法进行施工时,适合采用中心回转抓岩机配合电动挖掘机进行掘进,模板采用整体金属形式。井壁需要的混凝土由地面的搅拌站进行配制,在封口盘形成之前,通过溜槽进行入模施工;等到封口盘形成后,使用底卸式的吊桶进行下料,通过井口搭建的皮带机将混凝土通过搅拌机输送至吊桶内,由此实现了井口“不摘钩”进行下料,通过底卸式吊桶的输送,将混凝土下放至井下吊盘的分灰器进行入模施工,入模混凝土当采用振动棒进行分层密实震捣;试挖段深度以30米左右为宜。

1.2 基岩段施工

(1)掘进。井筒基岩段施工时,适合用立井机械化快速施工法,利用钻爆法进行掘进,采用FJD-6A型伞钻搭配YGZ-70型凿岩机凿岩,所采用的爆破材料为煤矿许用的抗冻水胶炸药以及毫秒延期电雷管。采用光面、光底、弱震、弱冲深孔爆破技术。(2)装岩排矸。采用电动挖掘机配合中心回转装岩机进行装罐出矸,之后挖掘机进行清底工作。一般情况是先利用两套单钩提升,矸石上井后通过溜矸槽直接溜入地面,然后再由自卸式汽车排入工广指定场地。(3)砌壁。冻结段外壁砌筑壁时,适合用整体金属下行刃脚模板,模板是由直模以及刃脚通过螺栓链接形成一个整体,模板由地面稳车悬吊。模板的段高应该综合考虑冻结情况以及围岩的稳定性,采用2.5/4.0m施工段高砌壁。

2 技术支持

为了更好的掌握井壁受力、变形情况,并科学的指导井筒进行掘砌工作,建设单位与中国矿业大学岩土工程所合作,开展了冻结表土段信息化施工监测研究。

2.1 井筒工作面温度及变形监测

(1)监测内容。1)温度监测:包括井底温度,井帮温度、空气温度;2)变形监测:包括外壁收敛,井帮位移、井底位移;3)井内冻土发展厚度。

(2)监测目的。通过开展本项监测,可以初步分析冻结壁与井筒外层井壁的安全性。在此监测数据基础下开展冻结温度场、冻结壁受力与变形反演、预测,还可以指导深部地层的井筒掘砌施工。

2.2 传感器埋设

副井井筒外壁共设置7层压力传感器,层位分别为2015年8月16日安装第一层:67模(218m—221.6m);2015年10月5日安装第二层:108模(351.8m—354.3m);2016年1月9日安装第三层:192模(568m—571m);1月21日安装第四层:202模(598m—601m);2月25日安装第五层:218模(646m—649m);3月14日安装第六层:233模(691m—694m);3月31日安装第七层:244模(724m—727m)。

3 经验总结

在保证质量安全的前提下,为加快外壁掘砌施工进度,建设单位及施工单位各方在不同阶段采用了一系列措施,有很多方面值得借鉴,先总结一下。

(1)井筒开挖时间不能过早,要积极听取冻结单位的意见,不能盲目抢工期。(2)井筒320m内外壁以上应采用双层钢筋,钢筋标号可适当降低,总钢筋量增加有限,井壁混凝土受力比单层钢筋好很多,井壁0-100m砼标号由C30变为C40,加强砼强度。(3)在保证混凝土初凝强度达到的前提下,加快施工速度,减少空帮时间。(4)混凝土脱模时间要根据同等条件下养护的试块监测强度确定。(5)尽量采用短掘快支的方法,段高采用2.5m。(6)变径过程中要加强支护,可以采用小壁座进行加强支护,加快工序转换速度,减少空帮时间。(7)选择较大直径的滚筒及配套提升设备,选用大吊桶进行提升。

4 前瞻

万福矿井副井井筒外壁已于2016年5月9日掘砌完成,与周边相邻矿井井筒外壁掘砌相比,实现了一次性外壁掘砌到底的可喜成果,避免了二次套壁,减少了内层井壁冷接茬,对以后的井筒安全及防水具有重要的意义。万福副井井筒的掘砌对以后巨厚表土层井筒的施工,具有很高的指导价值,是建井技术发展的里程碑工程。

参考文献:

[1]任彦龙,杨维好,王衍森.某矿井冻结温度场的数值模拟[J].西部探矿工程,2003(03):89-90.

[2]崔广心,杨维好,吕恒林.深厚表土层中的冻结壁和井壁[M].徐州:中国矿业大学出版社,1998.

[3]崔云龙.简明建井工程手册[M].北京:煤炭工业出版社,2003.

作者简介:张迁(1982-),男,山东东平人,本科,助理工程师,从事矿建、安全工作.