城郊矿主井井筒冻结法凿井施工.pdf

第 2 O 卷 第 4 期 1 9 9 9 年 8 月 建 井 技 术 M I NE CON S TRUCT1 0N TECHNOLOGY Vo1 ．20 No． 4 A u g． i g9 9 ／ 。 城郊 矿主 井井筒冻结法凿 井施工 ； 4 壹 竺墨一， 永 煤集 团 i 啊 舀 永 城， 4 7 6 6 0 0 摘要城郊矿井 是永 夏矿 区尹发建设 的弟 3对 大型矿 井， 主井采 用冻 结j 击施 工 。筒述 了该矿 主井 井筒 的工程概况 、 地 质及 水 文地质情况 、 冻结 方案和井 筒施工情 况 ， 重点舟绍 了深厚膨 胀粘 土层 中的施 二方 法 扳 术措施 蹦及基 岩风化带 、 冻结基岩 段施 工方 法， 最后谈 了施 工体 会。 关键 词冻结 法深厚膨胀粘土层 1 工程概况 城郊 矿井是永夏矿 区开发建设 的第 3对 大型矿井 ， 设计生产能力 2 ． 4 Mt ／ a ， 主井采用 冻结 法 施 工 。井 筒 设 计 净 径 为 5 m， 井 深 5 3 9 ． 6 m， 其 中冻 结深度 为 3 9 3 m 第 三 、 四 系 冲积层厚 2 9 3 ． 2 m． 基岩风化带 4 2 ． 8 2 m， 冻结 基岩 5 6 ． 9 8 m ， 冻结段以下为 1 4 6 ． 6 m。冻结 段井 深 5 ～3 4 6 m 为 双层钢 筋混凝 土 复合 井 壁 ， 外 壁 厚 6 5 0 ram． 内壁 厚 7 0 0 mm， 混 凝 土 强度 等级 C 3 0 C5 0 ； 冻结基岩段 井深 3 4 6 ～ 3 9 3 m 为素混凝土井壁 ， 壁 厚 3 5 0 mm， C3 0混 凝土 ； 基岩段井 深 3 9 3 ～5 3 9 ． 6 m 亦为 素混凝 土井 壁 ， 壁厚 3 5 0 mm， C3 0混凝 土 在 井 深 4 7 ． 8 ～2 9 7 ． 1 m 段 分 别铺 设 2 5 ～7 5 mm 厚 的 聚苯 乙烯泡 沫板 隔温 缓冲层 。 2 地 质及水文地质情况 城郊 矿主 井 自上而 下所穿过 的地 层 为 第三 、 四系冲积层 ， 厚 2 9 3 ． 2 m； 上石盒子组下 段 ， 厚 7 6 ． 4 m； 下石盒子 组 ， 厚 8 5 ． 3 7 m； 二叠 系下统山西组 地层 。第三 、 四系冲积层中 ， 粘 土层共 1 9层 ， 总 厚度 1 2 0 ． 3 7 m， 单 层最 大厚 度 2 2 ． 4 m， 占冲积层总厚 的 4 1 ． 0 5 ； 砂质粘 收 稿 日期 1 9 9 9 0 5 l 0 ， 面， 土 1 7层 ， 总 厚 度 为 5 7 ． 1 6 m， 单 层 最 大厚 度 l 1 ． 6 8 m， 占冲积层总厚 的 l 9 ． 5 0 ； 粉砂 层共 1 6层， 总 厚 度 3 4 ． 0 2 m， 单 层 最 大 厚 度 5 ． 0 S m， 占冲积层 总厚 的 l 1 ． 6 0 ； 细砂 层 1 2 层 ， 总 厚 度 为 6 0 ．3 7 m， 单 层 最 大 厚 度 1 7 ． 0 6 m， 占冲积 层总厚 的 2 0 ． 6 O ； 中砂 、 粗 砂分 别 为 3层 和 l层 ， 总厚度 分别 为 1 9 ． 1 6 和 l _ l m， 单 层 最 大 厚 度 分 别 为 l 0 ． 7 2和 l_ l m 井筒 自上而下有 6 个含 水层组 第三 、 四 系孔 隙水含水层组 ， 井深 0 ～2 9 3 ． 2 m； 基岩风 化 带 裂 隙 承 压 含 水 层 组 ， 井 深 2 9 3 ．2～ 3 3 6 ． 0 2 m， 涌 水量为 l l 0 m。 ／ h； K。 砂 岩裂隙承 压含水层组 ， 井深 3 5 5 ． 1 ～3 7 0 ． 2 m， 涌水量为 4 0 0 m ／ h ； 三 煤顶砂岩含 水层组 ． 井深 3 7 9 ． 8 ～ 3 8 2 ． 9 m， 涌 水量 为 7 0 m。 ／ h； 三 煤 底 砂 岩 含 水 层组 ， 井深 4 0 8 ． 2 ～ 4 1 4 ． 7 m， 涌 水 量 为 1 5 m。 ／ h ； 三 煤顶 砂岩含 水 层组 ， 井深 4 3 7 ． 2 ～ 4 4 2 ． 7 6 m， 涌水量为 1 5 0 m。 ／ h 。 3 冻结方案 根据 井筒所穿地层 的地质 及水文地质情 况 ， 经过方案对 比， 决定 采用 长短腿差异冻结 方 案 ， 长、 短腿深度 分别 为 3 9 3和 3 3 5 m， 防片 维普资讯 第 4期 高 世恩 城 都矿 井 井筒 冻结 法 凿 井施 工 帮孔深度 为 2 2 0 m 通 过多种 公式计 算 ． 确 定 冻结 壁厚 度 为 5 ． 3 m 以深厚 粘土 层 为计算 层 ； 安 垒段高 取 2 ． 3 m 设计 冻结孔 3 6个 ． 圈径 ≠1 4 ． 4 m； 防 片帮孔 u 个 ， 圈径 ≠9 ． 5 m 4 冻结 段井筒施工 d ． 1 掘 筑 施 f ￡及 机 械 化 配 套 方 案 外壁采用短段掘筑混合作业 方式 。冲击 层使用多台风镐 人工破土 ， 人工装岩 ； 基岩 风 他带 及冻结基 岩段 采用控制 光面爆 破 ． 抓 岩 机装 岩 。 凿井井架 选 用 MZ JⅣ 型 ． 基础 至翻矸 平 台高度 为 1 0 ． 5 m。汽车排矸 。采 用两套单 钩 提 升 ， 主提 升机 为 2 J K 3 ． 5 ／ l 1 ． 5型 ． 副提 升机 为 J K 2 ． 5 ／ l 1 ． 5型 ， 均 配 备 Z D一 2型 吊 桶提 升。 QD 6型抓岩机装 岩。 外壁采 用段 高 3 ． 1 m 单缝液 压伸缩 金属刃 角模板 筑壁 ． 1 _ 6 m。 底 卸式 吊桶 下送混 凝土 ； 内壁采用 1 ． 4 m 高液压 自动调平滑模筑壁 基岩段旋工 时布 置 2台 8 0 D GI 6 7 9型 吊泵排水 d． 2井 筒施 f ￡方 法 1 冻结试 挖 。1 9 9 7 0 8 2 8开 机 冻结到 冻结孔交 圈开始 试挖 ． 历时 5 6 d 1 0月 2 3日 ～ 1 1月 l 9日为试挖 期 ， 采 用小绞 车 、 0 ． 7 m 小吊桶提升 ． 1 _ 7 ～2 ． 1 m 段高 绳捆 模板短段 掘筑 2 2 ． 6 m。 试挖表明 ． 上段含水层 的冻结 壁 已交圈． 且冻结 壁厚度和强度符台设计要求 。 2 正式挖 掘 l 9 9 7 1 2 - 0 8正式挖掘 ， 采 取短段掘筑混合作业 ， 到 1 9 9 8 0 2 2 8 ， 完成掘 筑 外壁成 井 2 1 5 ． 4 m。 其 中 ， 1 9 9 8年 1月完成 4 1个 循环 ． 最快循 环 1 2 h ， 慢循 环 2 4 h ， 取 弭了外壁 月成井 1 2 3 8 m 的好成绩 ； 3月 1日 ～ 4月 1 1日， 在 井深 2 3 8 m 位置 ， 因为冻结时 间 1 8 5 d 与 冻 结 殴计 时 间 2 7 1 , 1 相 差 8 6 d ， 冻结 壁温度 、 强度不足 ， 被迫 停工 冻结 4 2 d 。 3 深厚膨胀粘土层施工方法及措施 。 深 冻结 井施工 ， 最关键 的技 术难题是 深厚 嘭 胀 粘土 层施工 。根据 地质柱 状 ． 井深 2 5 1 _ 5 l m 以下分别 是厚 7 ． 7 2 m粘 土层 和厚 7 ． 7 3 m 砂 质 粘 土层 ， 再 向下 为厚 2 7 ． 8 4 m 铝质 膨胀牯 土层 。 1 9 9 8 0 4 1 9旋工进入厚 7 7 2 m 牯土层 l m 左 右 ， 实测井 帮温度 为 0 ～ 一1 5 C， 与设 计 井帮温 度 一5 ～一6 ℃相 差 甚远 ； 实际冻 结 壁平均 温度与设计也有较 大差距 。 经核算 ， 允 许掘筑段 高仅 1 ． 8 m， 但实际模板高 3 ． L m。 针 对这 种情 况 ， 经对实测数据分析与强度核算 ， 决 定 井 深 2 5 3 ～ 2 6 4 ．L m 粘 土 层 段 采 用 原 3 ， l m高模 板 中间 浇 筑 口浇 筑 混凝 土 ， 即 以 1 ． 6 m段 高 连 续旋 工 厚 7 ． 7 3 m 砂 质 牯 土层 ； 以下铝质 膨 胀粘土 层 采用 1 ． 1 ～ 1 _ 2 m 段 高 限时快速 间 断旋工 ， 即 l d仅 施工 1个段 高 ． 其 中施工 所 用 时间 不准超 过 l 2 h ． 施工 后 必 须等待 1 2 h方 可旋工下 一段高 ， 以等待混凝 土强度增长， 同时要求降低去路盐水温度至 一 3 2 c． 以降低冻结壁乎均温度 另外在 混凝 土中添加 J P l高效减 水剂 ， 以提高混凝土 早 期强 度 ， 使 混凝土 l d强度 达到 3 1 ． 2 MP a ； 同 时严格控 制井 帮位移和底 鼓 ． 将井 帮位移控 制 在 5 0 mm／ d 内， 底 鼓 控 制 在 2 0 0 mm 以 内。通 过观测表 明 ， 1 ． 6 m 段高和 1 ． 2 m段高 井 帮位 移和底 鼓 最大 值 均 在控 制 范 围之 内 附表 。 采取上述措旋施工 ， 顺利通过 了深厚 膨 胀粘 土层 ， 井确保 了井壁完好 ， 在整个施工 过 程中未 发生断管事故 。 附表井帮位移与底啦最太值 4 基岩风化带及冻结基岩施工方法 。 施 工 至 井深 2 9 3 ． 2 m 进 入基 岩风 化带 ， 这 时井 帮温度为 一7 ～ ～8C。采用 YP T一 2 6型手持 维普资讯 1 9 9 9年 第 2 0卷 凿岩机 ≠ 4 3 ram 钻 头 打 眼 ， 1 ． 8 m深炮 眼、 2 号 岩石 硝铵 炸药 光爆法 施 工 ， 3 ． 1 m 高外 壁 模板二掘一砌 ， 到井 深 3 3 l m 外壁施工结束 。 井 深 3 3 l ～3 4 6 m 为筒形壁 座 ． 井深 3 4 6 ～ 3 9 3 m 为基岩 段 混 凝土 井 壁 ， 为保 证 冻结 基岩段井壁具有 良好的封水效果 ， 取 消接 茬 ． 采用光 爆法 施工 ， 一次支 护 为锚 网。从 井嫌 3 8 6 m 冻 结段 留 7 m 岩柱 由下而 上 利 用液 压滑升模板一次套壁至井深 5 m。 炮眼深仍为 1 ． 8 m， 一掘一锚 网 。锚杆 采用 ≠ 4 3 ram1 ． 4 m缝管式锚杆 ， 间排距 为 l ml m， 锚 杆托盘 规 格 为l 5 0 mm 1 5 0 ram． 锚 杆 孔 径 为 ≠ 4 0 ram； 金属网采 用 l 2号铁 丝网 ， 网孔规 格 为 5 0 ram5 0 ram 为了确保锚 网支 护质量 ， 每次 掘进 后 利用 中心线检查 掘进 断面尺 寸 ， 符合 要求 后方 可打锚 杆挂 网 ； 每次打 眼放炮 前 ， 必须画轮廊线 。根据岩石软 硬程度 ， 每 茬 炮 装药 量 为 l 2 0 ～l 4 0 k g ， 经 实测 ， 炮 眼 利用 率均 在 9 O 以上 ． 为在冻 结基 岩段 取得月外 壁成 井 3 7 ． 8 m 和锚 网 4 6 m 的好成绩打 下 了 良好 的基础 。 5体会 1 要提 高冻结 井施工 速度 ， 冻结方 案 、 机 械 化配 套方 案 及科 学 的 施工方 法至关 重 要 ， 缺 一 不 可 。 2 单缝液压伸缩金属刃脚模板 ， 特 别是 煤 炭 科学 研 究 院 北京建 井 研 究 所研 制 的 MJ Y 型模板 在副井筒 中运 用 ， 在 冻结 井施 工 中具 有极大 优越性 。它不仅 刚度大 ， 不变 形 ， 易操 作 ， 易于保 证井壁质 量 ， 而且 可 以根 据不 同冻结 壁强度 或段 高 灵活 凋整段 高 ， 以 达 到 陕速 施 工 目的 。 3 要 正 确处理 好冻结 与 井筒掘 筑 的关 系， 既要 科学 地抓住步挖冻土 的有利 时机 ， 组 织快 速施工 ． 又要使冻 结壁 和井帮达 到 一定 的温度 、 强度 ． 以确保 井筒施工 安全 4 井深 0 ～4 7 m， 在冻 土 尚未 进 入荒径 的情 况下 ． 采 用设小壁 座的方 法防 止井 壁下 沉或拉裂 ． 取 得了较好 的效果 。 5 在 短段 掘砌 混合作 业快 速 施工情 况 下 ， 特别是循 环时 间不足 2 0 h时 ， 为防止模板 内混 凝土井 壁下沉 ， 采取 浇筑 混凝土 后再 紧 模板悬 吊绳及 刃脚下井 帮尽量 迟扩 的办法是 行之有效的 6 城 郊 矿 主 井 井 筒 在 井 帮 温 度 0～ 一 1 ． 5 C时就进 入深厚膨胀粘土层 施工 ， 然而 没 有 发生 断管 、 片 帮 事故 ， 并且 施 工 比较 顺 利 ， 主 要是采取 了严 格控 制段 高和暴 露 时间 以及确保 混凝土早 期强 度等措 施 ， 使 井 帮位 移和底鼓得到 了有效控制 。该 项经验运用于 类似 的城 郊矿副井 筒 ， 也 取得 了令 人满意 的 效 果 。 7 实 践证 明 ， 该 冻结 井 防 片帮孔 深 度 2 2 0 m 不尽 合理 。若 防片帮孔 深增 加到 2 8 5 m 至深厚粘 土层 ． 冻结段 施工工期 将 会提前 两 个月 ， 尽管多打 l 0 0 0 m 钻 孔 ， 但综 合经济 效益将更 加显 著 ， 作 者简 介 高世 恩 ， 1 9 6 6年 生 ， 工程 师 。 1 9 8 8年 毕业 f焦怍 矿监学 院 矿井建设 专业 ， 一直 从事矿 井建设 技 术及管理 工作 ． 现 任 永煤 集 团城 郊矿 副矿 长 ． 巳发 表论文 4篇 新 书 征 订 立井 井 筒施 工挂 末一 中国凿井技 术 j 0年论 文 集 将 于 1 9 g 9年 9月赢 由煤 炭工业 出版 社 出版 。 本论 文 集奎 面回颂 总结 了我 国半 个世 纪特 别是近 2 0年 中立 井井 筒施 工技 术的 发展与 现状 ． 内容 包括作 业 方 式、 机械 他 配套施 工 、 凿 岩爆 破 、 装岩提 升 、 井 筒支护 和施 工 管理 等 一 还 收入 了能 收集 到 的有 关立井 凿 井施 工技 术 的 鉴 定 成果 、 专利 、 获 奖项 目、 历 年立 井凿 井 月成井 纪 录、 月成井 超百 米凿 井纪 录等 ， 可供从 事 立井 凿井工 程 的专 业 凡 员和 院校 师生 参考 售价 7 0元， 本 含 邮 费 。需要 者请 与煤 炭科 学研 竞总院 北 京建 井研 完所 龙 志阳联 帛 索 购 ， 可 直接 汇款 ． 款到启 发 书、 寄发 票 。数 量有 限 ， 欲购 从速 维普资讯