梁宝寺矿井冻结法凿井施工技术.pdf

第27卷第2期 建 井 技 术Vol127 No12 2006年 4月 MINE CONSTRUCTION TECHNOLOGYApr1 2006 梁宝寺矿井冻结法凿井施工技术 李华东 肥城矿业集团公司梁宝寺二号井筹建处,山东 肥城,271600 摘 要梁宝寺矿井主、 副、 风3个立井井筒深度均为778m ,穿过的表土层厚度分别为 371 ,37116和387m ,表土段均采用冻结法凿井,冻结深度均为461m。井筒掘砌施工中,根据 具体情况,对施工方案和井壁结构进行了优化调整,收到了良好效果。井筒冻结表土段施工安 全顺利,工程质量优良。 关键词立井井筒;冻结法;快装模板;井壁开裂 中图分类号TD26513 4 文献标识码B 文章编号1002Ο6029200602Ο0008Ο02 收稿日期2006Ο04Ο02 1 工程概况 肥城矿业集团公司梁宝寺矿井位于山东省嘉 祥县梁宝寺镇境内,是巨野矿区开发的第一处矿 井,设计生产能力118Mt/ a ,立井上下山开拓方 式,设有主、 副、 风3个井筒,深度均为778m ,开采 水平标高-708m。井田位于巨野矿区东北部,表 土层厚度300～500m。矿井于2001年进行前期 准备工作,2002年正式开工,2005年建成投产,工 程质量优良。 矿井主、 副、 风井筒穿过的表土层厚度分别为 371 ,37116和387m ;穿过的基岩风化带厚度为15 ～27m。表土层中,第四系地层厚度116m ,主要 由粘土和粉、 中砂组成,富水性强。第三系地层厚 表1 井筒技术特征 项 目主 井副 井风 井 井筒深度/ m 778778778 井筒净直径/ m 510615510 表土层厚度/ m 37137116387 井壁结构 冻结段复合井壁复合井壁复合井壁 基岩段素混凝土素混凝土素混凝土 井壁厚度 / m 冻结段1120～11601135～11851120～1160 基岩段014001500140 井壁混凝土强度等级C30～C55C30～C55C30～C55 度254m ,主要由粘土、 钙质粘土、 砂质粘土及细、 中砂组成;其中钙质粘土、 粘土膨胀性大,可塑性 好。钙质粘土主要集中在第三系。钙质粘土、 粘 土连续厚度主井71m ,副井63m ,风井82m。主 井单层钙质粘土厚度达到65m。3个井筒技术特 征见表1 ,冻结设计参数见表2。 表2 井筒冻结设计参数 项 目 主 井副 井风 井 冻结深度长/短 / m 461/ 380461/ 380461/ 390 冻结孔布置圈径/ m151017121510 冻结孔数长/短 / 个18/ 1821/ 2018/ 18 冻结孔开孔间距/ m113091131811309 辅 助 孔 深度长/短 / m 356/ 310350/ 310356/ 310 布置圈径/ m111013121110 孔数长/短 / 个6/ 67/ 76/ 6 开孔间距/ m218802196221880 冻结孔偏斜率 ‰ 表土 ≤215 ≤215 ≤215 基岩 ≤410 ≤410 ≤410 冻结壁厚度/ m418/ 517611/ 617418/ 517 冻土平均温度/℃ -10/-12-10/-12-10/-12 预计试挖天数/ d909090 积极冻结期/ d150150150 强化冻结期/ d404040 维护冻结期/ d505050 冻结总工期/ d240240240 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第2期 李华东梁宝寺矿井冻结法凿井施工技术 2 井筒掘砌施工技术 根据井壁结构设计和冻结设计,为满足下部 冻结壁强度要求,井筒按210m深分上、 下两段施 工。上段掘砌段高不超过215m ,井帮暴露时间控 制在20h之内;下段掘砌段高不超过210m ,井帮 暴露时间控制在18h之内。为满足规范要求,确 保井壁质量,钢筋采用等强度连接形式。副井、 风 井井筒套内壁采用液压滑模,主井井筒套内壁采 用快装模板。井筒开工顺序为先风井,次主井,后 副井。 211 风井井筒 风井井筒上段掘砌段高212m。井筒掘砌至 210m深处封底后准备套内壁时,发现185～ 190m段外壁局部开裂。此处地层为钙质粘土。 根据分析,井壁开裂主要是该土层冻融压力和膨 胀压力过大所致。为此,决定在该段破裂井壁处 理凿掉后重新浇筑时,将混凝土强度提高1个 等级,同时将外壁厚度加大100mm ,以提高其承 载能力。开裂段井壁处理后,未出现破坏现象。 开裂段井壁处理完毕,开始进行套内壁施工。 通过精心组织,仅用26d就完成了210m深以内 井筒套内壁施工及工序转换工作,施工比较顺利。 井筒下段施工时,根据上段施工经验,对施工 方案及井壁结构进行了优化调整掘砌段高减小 到115～118m ,以缩短掘砌循环时间,同时适当延 长拆模时间;外壁厚度比设计增加100mm ;加强 冻结,冻结壁温度降至设计温度以下。随着掘砌 深度的增加,地压逐渐增大。当井筒掘砌至300m 深时,发现291～297m段外壁有斜向、 环向裂缝; 模板及刃脚受压变形,脱模困难。显示地压较大, 已超过外壁承载能力。为了确保已砌筑完外壁的 井筒安全,决定立即停止掘砌,进行第2次套内壁 施工。同时对300m深以下冻结段施工方案及井 壁结构作进一步地优化调整混凝土强度等级由 C50提高到C55 ;增大钢筋直径,竖筋增大到 20mm ,环筋增大到22mm ;外壁由单排钢筋改为 双排钢筋,厚度再增加100mm ;掘砌段高减小到 115m。由于采取了上述有效措施,井筒表土段施 工安全顺利,工程质量优良。 212 主井井筒 借鉴风井井筒施工经验,并考虑65m特厚钙 质粘土层埋深292～357m特性,着重对210m 深以下段井壁结构及施工方案进行优化调整。外 壁厚度加大100～200mm ;混凝土强度提高1个 等级,即由C40和C50提高到C50和C55 ;外壁 钢筋由单排改为双排;掘砌段高改为115m。同时 采取开挖卸压槽释放压力;组织快速施工,缩短井 帮暴露时间,减小井帮位移等措施。 按优化调整后的方案及井壁结构施工,掘砌 至412m深时,发现292～310m段钙质粘土层部 位外壁由于压力过大,出现了变形破坏现象,局 部开裂开裂时间比施工时间拖后42d ,并将吊 盘卡在292m深处。根据变形破坏原因及变形破 坏状况,决定先用砂子充填井筒至292m深处,然 后采用凿掉后重新浇筑的办法处理,掘砌段高 110～112m ,10～12m套一次内壁。同时为了平 衡冻结压力,防止外壁变形过大,切断了外壁局部 开裂部位的冻结管。处理方案实施后,井壁未再 出现变形破坏现象。 主井井筒冻结表土段由于掘砌施工方案及井 壁结构合理,施工技术措施得当,施工效果较好 无1根冻结管断裂,施工安全顺利,工程质量优 良。 213 副井井筒 根据主井、 风井井筒的施工经验,对施工方 案、 井壁结构进行了优化调整。冻结段分4次套 内壁,即0～210m ,210～280m ,280～374m和 374～455m。210m深以下掘砌段高115m ,井帮 暴露时间控制在16h之内,外壁厚度加大100～ 200mm ,混凝土强度提高1个等级,单排钢筋改 为双排钢筋,同时加大卸压槽的长度和密度。井 筒表土段施工较为顺利,整个井筒综合月成井平 均达到了80m。井筒冻结段优化调整后的井壁结 构参数见表3。 表3 副井井筒冻结段优化调整后的井壁结构参数 深度 / m 外层井壁 厚度 / mm 混凝土 强度等级 内层井壁 厚度 / mm 混凝土 强度等级 5～100650C30700C30 100～210650C40700C40 210～280750C401 000C50 280～356850C501 000C55 356～392850C501 000C55 注井深 ≤210m时,内、 外层井壁竖筋为 20 250 ,环筋为 210m时,内、 外层井壁竖筋为 22 250 ,环筋 为 25 250。 3 结 语 梁宝寺矿井3个立井井筒冻结法凿井施工取 下转7页 9 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第2期 徐本刚等地面注浆技术在煤矿塌陷区治理中的应用 程中,有时还出现地面返浆现象;此时只有通过多 次复注,逐渐将和地面沟通的孔隙通道封堵,才能 达到预定的注浆压力要求 。 塌陷区共注入浆液 3 792199m3,其中单液水泥浆1 226129 m3,占总注 入量的3213 ;粉煤灰水泥浆2 56617 m3,占总注 入量的6717 。各孔注入量及材料消耗见附表。 附表 各注浆孔注入量及材料消耗 孔号 孔深 / m 注浆 次数 浆液注入量/ m3 单 液 水泥浆 粉煤灰 水泥浆 小 计 材料用量 水泥 / t 粉煤灰 / t 水玻璃 / L 食盐 / kg 三乙醇胺 / kg 3921011633619256145931332417871041 0001 09110911 4158154145016156206161011161183 91819019 5161170483371251 598141 9351657851457712821 4361 30613016 7162121102601616152771120014351542059739713 916211615192276134681322512971143 0604054015 补110010231112411212144912014211500 补2100116634122611929611107185981542 89000 补3301502315031521501500 合计967131141 2261292 566173 7921991 75613892717632 6393 96539615 6 注浆效果 塌陷区于2004年10月中旬开始注浆,至 2005年4月中旬,注浆施工全部结束。共施工8 个注浆孔,前期5个孔3 ,4 ,5 ,7 ,9号孔注浆量 较大,约占总注入量的91177 ;后期3个补孔主 要用于检查前期5个孔的注浆效果,兼作注浆孔, 各种注浆参数均达到或超过了设计要求,但注浆 量较小,约占总注入量的8123 ,反映塌陷区已 充填密实。目前,新建风井已投入使用,地面建筑 物及地表均未出现任何下沉现象,达到了预期效 果,受到了一致好评。 7 经验和体会 1由于塌陷区岩石破碎,地层不稳定,注浆 孔钻进应选择适宜的钻进设备、 钻具组合和钻进 方法,才能有效地避免钻孔事故发生,保证成孔、 扫孔施工的顺利进行。 2塌陷区注浆基本上属灌浆性质,多数情况 下没有压力或压力不大,对于终压要求小于 4MPa的注浆,可选用拆卸方便、 维修简单的 TBW250/ 40型泥浆泵,通过回浆阀控制泵量大 小。 3配制浆液要遵循经济合理的原则,在保证 浆液可注性的前提下,要尽量降低成本。所用的 粉煤灰要经过筛选,防止颗粒状骨料进入浆液。 4注浆过程中,各种不利因素的影响均可能 导致注浆不连续甚至中断。因此要加强注浆设备 的维护保养工作,同时对孔内钻注情况要作好分 析,以保证注浆施工连续进行。 5钻进成孔是注浆的前期工作。钻进时要 认真做好记录,特别要详细记录漏水、 岩性情况及 掉钻卡钻情况及准确位置,用以指导注浆施工。 作 者 简 介 徐本刚1958 - ,男,1978年毕业于秦皇岛煤校。一直从事 矿井建设工程及地基处理工程技术及管理工作,现任中煤五公司 第三工程处副处长。 上接9页 得了圆满成功,为巨野矿区乃至国内通过深厚膨 胀性粘土层凿井提供了经验,并已成功地应用于 巨野矿区的赵楼、 龙固、 郭屯矿井井筒施工中。 梁宝寺矿井3个立井井筒通过优化调整冻结 段掘砌施工方案和井壁结构,不仅保证了安全顺 利施工,还收到了明显的经济效益3个井筒冻 结、 掘砌、 壁后注浆等概算总价为20 575万元;井 筒竣工验收后,工程结算总价为15 030万元,节 省投资5 545万元。 作 者 简 介 李华东1959 - ,男,大学本科,建井专业,高级工程师。长 期从事矿建专业技术和项目管理工作。 7 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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