第9篇立井工程施工设计实用技术与图集.pdf

“ “ “ “ 第九篇 立井工程施工设计 实用技术与图集 第一章钻眼爆破 第一节概述 矿山建设中， 立井井筒施工是关键工程。虽然其掘进工程量仅占全矿井工程量的 “ “， 工期却占 “左右， 且此比数随井筒深度的增加而增大。加快立井掘砌速度， 是缩短矿井建设工期的关键。几十年来， 经过广大建设者的努力， 目前我国立井机械化 装备水平与施工速度已达到当代国际先进水平。我国煤矿立井基岩段施工月进超过 1/ 0 1*1/ 0 1* 工作水压， ; /2 收拢后外形尺寸 高， .31/ / 直径， . 1/1* 总重量， A /2/ 在组成立井掘进机械化作业线之后， 我国在如何有效地使用伞钻方面已总结出一套 成功的经验 （） ’ * 型伞钻的收拢高度为 31/.， 收拢直径为1/.。选用凿井井架翻矸台 / 2 1 3 亚硝酸钠4 1 44 1 44 1 4 交联剂42 1 442 1 442 1 44 1 4, 延时剂4 1 484 1 484 1 48 稳定剂4 1 404 1 404 1 40 消焰剂02 其它42,42 3* 第九篇立井工程施工设计实用技术与图集 组成和性能 高 威 力一般威力 号 “ 号 号 铝 型岩石 水胶炸药 煤矿安全型水胶炸药 性 能 药卷直径， 气动机总功率， 4 ;1, 适用井筒直径， - 各类直径5 2 333 2 ; 生产厂名徐州煤矿机械厂徐州煤矿采掘机械厂徐州煤矿机械厂 国产抓岩机的主要技术特征 （机械化操作） 技 术 特 征 靠壁式环形轨道式中心回转式 * “ 5* “ ,** “ ,** “ ,* 2 .3; 抓斗 容积， -. 5,, ,5, 闭合直径， --, ,,,,,3 张开直径， --,3 ...3.,5 提升能力， 4 5.3.3.313.3 提升高度， - ,,;33,3. 提升速度， -/6 2 . .3 2 5 .3.3.3 2 3 . 2 5. 2 5 回转变幅机构，（）.,.,.,.,., 径向位移量， -.5. 5.5353.3. 工作气压， 7893 2 1 3 2 13 2 13 2 13 2 13 2 13 2 1 压风消耗量， -./ 0 353.315A 3 气动机总工率， 451 5335,5,51; 外形尺寸， -- . . 1 51 53, （长 宽 高） 3;5 ,.3 ,3.3 ,3.3 .1 第九篇立井工程施工设计实用技术与图集 技 术 特 征 靠壁式环形轨道式中心回转式 “ “ 3“、 356 2 *;3“ 型提升机； 双钩可选 356 2 3’;3“、 356 2 *;3“ 型提升机； 当吊桶为 **、 井筒深度 4““ ““ 时， 单钩可选 567 2 3;’’、 356 2 *’;3“、 356 2 *’;’’ 型提升机； 双钩可选 356 2 *;3“、 356 2 *;’’、 3567 2 *;’’ 型提升机； 当吊桶为 9*、 筒深度 ““ “““ 时， 56 型新系列提升机已不能适应， 只能 选用 567 型矿井凿井提升机， 单钩可选 567 2 3;’’ 型提升机， 双钩可选 3567 2 *; ’’、 3567 2 *4;*9 型提升机。 567 型矿井凿井提升机， 由电动机、 减速机、 绳卷筒、 盘形制动器、 牌坊式深度指示 器、 润滑及电控系统组成， 其主要技术特征见表 2 * 2 。 表 2 * 2 凿井提升机的类型及主要技术特征 项目567 2 3;’’3567 2 *“;’’3567 2 *4;*9 卷筒 负荷 钢丝绳 电动机 数量， 个33 直径， 3““*“““*4““ 宽度， 33““““’“ 最大静张力， ’“9*“ 额定转速， ; AB ’“9“、 ’“9“ 近似功率， C “““““、 “““““ D 3 电压， 04“““4“““4“““ “9 -1;及 *1; ’,;， 见表 。钢丝绳最大静张力 与最大静张力差的比值提高， “ 系列直径 C C 1*C *C “ C ’C *1 C -, （） 主轴装置作了很大改进， 特别是 “ * 7 “4’3 最大提升高度， 7 4444 钢丝绳速度， 7* 、 4 加减速度， 7*“ 44 爬行速度， 7* 44 减速机型号及传动比AB 9 - 2, 容积， ） 长广七号主、 副井1’、 00 高） 重量 （ ’““““’“7 系列矿用隔爆型电铃。通 讯机有 ， 如另外配两台提升机， 机动、 灵活、 方 便， 一套提升系统发生故障时， 另一台可以继续工作， 有利于施工安全。如不选用混合作 业方案， 施工时不需要经常升降吊盘和频繁改装吊盘， 更利于加快施工速度和保障安全。 2. 第九篇立井工程施工设计实用技术与图集 液压金属模板， 脱模力强、 刚度大、 变形小、 立模拆模方便， 模板高度较大、 井壁接茬少、 更 为提高井壁质量创造了条件； 采用输送管下大流态砼， 有利于加快筑壁速度； 采用双圈周 边眼 （参见图 “ “ ） ， 可以妥善的解决因模板使伞钻难于按设计钻凿周边眼而造成的 超挖、 欠挖的矛盾； 凿井专用通风机、 激光指向仪、 通讯信号控制台等设备性能稳定， 质量 可靠， 辅助作业机械化程度高， 有较强的适应深井施工的能力； 注浆堵水打干井的推广， 亦为井筒机械化施工创造了良好的施工条件。 图 “ “ 重型设备机械化作业线及其配套方案示意图 吊盘； 风筒； ,*7.“ 型台 钢丝绳静拉力 ,4， 容绳量 7““ 活动模板 型台扬程 ,“， 流量 ,“* 6， 重 /4 1通讯、 信号 -’“ ’’ 行走车轮 轨距， ’’ 采用吊罐反井法施工必须注意以下问题 （“） 钻孔。必须在反井断面中间部位首先钻出 “ 钻孔深度， “’’， “’,’’， ,* 4* 4*4*““*“ ;’， 钻井机所有部件都能通过 ’ ’ 断面， 其最长 “’， 个 别重达 4， 这套立井钻井设备及其专用部件比较轻便， 具有广泛的使用性。 1 第九篇立井工程施工设计实用技术与图集 原苏联采用 “ 型无钻杆掘进机凿井， 正常运转时井下只需 型模板钻架可以打 1 深炮眼和 深探 水孔， 供小直径立井施工使用。高威力防水、 乳化、 水胶炸药， 高精度毫秒、 电磁雷管， 高 频发爆器等火工新产品， 可以满足中、 深孔光面爆破的需要， 为推广应用深孔光面爆破技 术提供了物质保证。 （1） 大型抓岩机装岩 大型抓岩机抓斗容积有 ’1/、 ’/两种规格 （也有 ’ / 的小型抓岩机） ， 比传 统的 ’/小抓斗能力提高 2 1 倍。大型抓岩机有 1 种结构， 种规格， 目前普遍使用 的有 . 和 左右。也有使用 台的， 如宣东二号副井就配备 . 8 、 . 8 1 型抓岩机各 台， 装岩能力比 台提高 /’以上。 近年又开发了 4AB 系列通用抓斗、 增力矩和冲击式抓斗， 使抓岩机的可靠性、 耐久性有 “1 第十一章立井施工技术展望 了很大提高， 同时也扩大了使用范围。 （） “ 系列多用金属模板 “六五” 国家科技攻关开发的 “ 系列整体移动金属活动模板， 比原有的金属活动 模板有重大改进， 不仅采用了独特的结构， 只设一个收缩口， 大大提高了抗变形能力， 还 可根据施工要求， 组成直径 ’ 、 高度 * ’ 、 刃脚高 * ’ , 的 ,- 种规 格的砌壁模板， 而且采用了液压脱模技术， 改造了浇注口， 实现了一模多用， 解决了浇筑 困难和接茬差的问题， 大大充实了立井机械化配套中支护这一薄弱环节， 为快速施工提 供了有效机具。为与金属活动模板砌壁配套， 还研制了由强制式混凝土搅拌机、 砂石配 料、 水泥罐、 水泥螺旋输送机、 自动计量装置等设备组成的混凝土集中搅拌、 自动计量上 料系统， 能力达 ,./， 可满足月成井 0 以上快速施工的要求。刑东矿副井应用这 套装置曾创出月成井 *0*- 的高水平。此外， 利用管子下料， 或用 0,、 0-,、 *,底卸式吊桶下料， 井下用混凝土分料器及振捣器等， 对于提高砌壁效率和保证工 程质量起到了积极作用。 （-） 综合治理井下涌水， 千方百计实现干打井 治理好涌水， 不仅改进了安全和作业条件， 而且能充分发挥机械的作用， 实现快速施 工。我们坚持堵排结合的方针双管齐下。一方面根据水文地质条件和施工实际， 分别采 用地面预注浆、 工作面预注浆、 工作面堵漏注浆、 壁后注浆等办法堵水。近年开发综合注 浆法， 专用钻机， 注浆泵， 止浆塞， 少孔高压注浆及群孔定向钻井技术， 在注浆效果、 钻孔 效率、 注浆工期上都取得了突出成就。另一方面对于涌水不大或注浆后仍涌水较多时， 提倡采取集流、 导排措施， 用各种扬程的吊泵和工作面气动、 电动潜水泵及隔膜泵排水， 为施工创造良好的作业环境。 （1） 凿井辅助设施配套， 缩短了辅助作业时间 2 型风机， 高效率， 低噪音， 风量可调， 与玻璃钢风筒配套使用， 能缩短排炮烟时 间， 保证工作面空气新鲜， 能减轻风筒悬吊重量， 延长风筒使用寿命。 345 2 65 2 0 型煤矿井筒通信与信号装置， 包括信号控制台、 提升机信号机、 通信 机和矿用抗噪声电子电话等装置， 取代了传统的手工拉绳信号系统， 而且不怕淋水与噪 声， 大大提高了通讯联络的质量和效率。 782型深井激光指示仪功率大， 有效射程远， 用激光束给井筒中心定位， 指导掘 砌作业， 简化了放大线、 铅锤找中的繁杂工序， 大大缩短了放线测量占用的生产时间， 节 省了辅助作业时间， 也有助于提高测量质量。 736*90*1 型立井照明灯， 采用卤素灯泡， 光效高、 照度大、 防爆， 彻底改变了井下 第九篇立井工程施工设计实用技术与图集 作业环境， 有利于安全施工， 提高效率。在凿井设备移动化方面， 已开发了无基础空压 机， 取代冷却水池的节水、 节电 “ 系列和 系列组合循环冷却水装置。在凿井设 备标准化方面， 除钩头、 吊桶新系列外， 还有井盖门小绞车、 动力电缆绞车、 座钩翻矸装 置、 多层凿井吊盘等， 都有利于机械化配套。 （’） 科学组织， 加强施工管理 为适应机械化配套快速施工而进行的施工科学管理工作的改进， 也促进了机械化作 业， 发挥机械化优势。如地面三八作业、 井下四六作业， 组建专业班组进行排矸、 砌壁、 钻 眼爆破等作业， 执行工种岗位责任制， 主要凿井设备包机制和定期检修制， 安全、 质量检 查制等， 都在推广应用凿井机械化快速施工中， 起到了重要的作用。 我国独特的煤矿凿井机械化配套设备和工艺， 经过多年推广应用不断改进和提高， 从总体上、 技术上都已进入世界先进水平的行列。 第二节发展与展望 我国凿井机械化配套设备存在的问题是 施工单位限于经济实力和现有在用设备， 无力优择国内新型设备进行综合配套， 加之工人素质较低， 月成井速度和人工效率与国 外差距较大； 行业管理部门尚未根据不同井径、 井深、 相应出岩量、 月成井速度指标等， 结 合现有凿井设备能力进行科学研究并制定出相应凿井机械化配套设备的规范性要求。 主管研究部门未能针对上述凿井机械化配套设备的规范性要求， 对现有单机上能力， 对 不同档次配套设备系统上水平提出指导性的科技规划； 研究单位缺乏国家长远科技规划 的指引， 限于在凿井工程近期市场需求中寻找课题等。这些问题的存在， 必然影响我国 凿井机械化配套实际水平的发展， 影响施工速度， 特别是全国凿井平均速度的提高。 一、 凿岩 建议我国的伞形钻架大致应朝以下几个方向发展 （一） 钻臂数一般确定为 、 、 * 个比较适宜 钻臂多少与井筒横断面积大小有关， 通常井筒横断面积大， 钻臂就多； 井筒横断面 小， 钻臂就少。从统计资料分析， 我国立井开掘规格有 ,-、 ,-、 ,,-、 -、 ,-、 .-、 .,-、 ’/-； 从比例上看， , 0 - 规格较多， 约占立井总数的 *1。根据井筒规格可以划 2,’ 第十一章立井施工技术展望 分为三类 一类是 “ “ 的配用 臂伞形钻架； 二类是 “ ’“ 的配用 臂伞形 钻架； 三类是 “ “ 以上的配用 * 臂伞形钻架。这种划分方式， 目的是把钻眼时间 限制在 “ ,“- 范围内， 便于施工现场实现四六制循环的劳动组合。 （二） 产品部件要系列化、 标准化 为了扩大产品的使用范围， 可以只改变配用的凿岩机， 钻臂数、 推进机构和系统中的 关键部件， 就能组成不同系列的产品。例如 伞形钻架中心立柱上部顶盘， 设计成三种系 列部件， 周围分别能挂 、 、 * 三种钻臂， 以满足 “ “、 “ ’、 “ 以上的不 同规格井筒的要求。将中心立柱下部 （包括 下立柱、 泵站和调高器等部件） 作为产品的 基础， 分别配置三种顶盘， 可以组成三种系列产品， 不仅广泛满足市场需要， 而且可以大 大缩短产品研制周期， 降低产品制造成本， 提高产品制造质量。 （三） 加强试验研究 伞形钻架的设计要从传统的静态分析扩展到动态分析， 单靠经验和理论计算， 一般 很难得出符合实际的受力状态， 往往出现设计结构不尽合理的现象 需增强的构件， 截面 积小； 需减弱的部件， 反而截面积大， 特别是复杂杆件， 更是如此。影响了机器的可靠性 和使用寿命。应注重开发机器动态试验， 测出各部件实际受力状态， 根据受力大小和载 荷谱的分析， 确定各构件合理尺寸， 从而使产品结构更加合理化。 （四） 重视低噪声和低速大扭距凿岩机的研制 伞形钻架 *.的噪声来源于风动凿岩机和气动机。经实测， 一台正在工作的 臂伞 形钻架， 无论是国产的还是日本古河或德国的， 环境噪声值都在 /01 以上， 甚至高达 /01。在这样高的噪声条件下， 现场工人必须配带双级防护用品 （耳塞和耳罩） ， 即使这 样从井下上来的工人， 仍有耳朵不适的感觉。因此大力开发低噪声凿岩机的研制， 是一 项非常紧迫的技术课题。为了谋求新的降噪途径， 应开发液压凿岩机伞形钻架的研究。 但庞大的液压泵站不适宜在伞形钻架上布置， 这又成为设计的技术关键。 为了使伞形钻架能打 深的泄水孔、 注浆孔、 探水孔， 原有的 234’ 型配套凿岩 机已不能满足要求 一是因为扭距不够， 二是因为冲洗岩屑的水压太低， 仅 “, “567， 只能打 ’ 深的炮孔， 若加大水压则会冲洗凿岩机的内腔， 有损零件精度样 板研制的凿岩机除了具有低速大扭距以外， 冲洗水液由内排水变成外排水， 可以加大水 压实现深打孔， 并增加一个减压阀， 随钻孔深度的大小调节水压， 可使深层岩屑被冲翻上 来， 实现深孔正常钻凿。目前， 这种凿岩机仅有六台样机， 还没有批量生产。 （五） 选择高质量的液压和风动配套元件 伞形钻架液压和风动配套元件约占总部件的 .， 包括各种高压软管、 活塞式或叶 第九篇立井工程施工设计实用技术与图集 片式气动机、 高压叶片泵、 液压溢流阀、 单向阀、 单向节流阀、 多联手动换向阀、 各类轴承 和滚针轴承以及各类橡胶密封圈等。这些元件质量的优劣将直接影响整机的可靠性和 使用寿命。 （六） 注重外观质量和整体美观 随着市场经济的开拓， 产品外观质量和形体美观越来越显示出其重要性， 要把用户 意见吸收过来， 对每一个零件， 从结构、 操作的方便性、 涂装色标、 外观造型等诸多方面的 研究， 系统的完善设计制造， 使国产伞钻走出国门， 参加国际市场竞争， 是我国伞形钻架 今后发展的方向。 二、 爆破 深孔光爆技术是立井快速、 优质、 高效施工的关键所在， 搞好爆破可充分发挥各种大 型机械的优势。 采用多阶漏斗式掏槽和分段掏槽， 不但能提高爆破效率， 而且可以减少爆破飞矸和 冲击， 减少对模板及其他悬吊设备的影响； 分段掏槽是立井深孔爆破的发展方向。采用 大直径药卷和炮眼， 能提高炸药的爆破作用， 减少炮眼数目， 降低辅助作业时间， 节约炸 药用量， 提高爆破效率。采用 “ 段百毫秒延期覆铜电雷管， 爆破时差合理； 段数增加 后， 减少了一次爆破用量， 起到准爆、 防水和减震作用。周边眼布置和装药结构合理， 井 筒成形良好。设计合理的装药结构， 使破碎块度均匀， 便于装岩。 （） 立井短段掘砌混合作业法施工中的深孔爆破在技术上先进、 合理。 （） 实施深孔爆破是提高施工速度、 减少辅助时间及提高经济效益的关键。 （） 对爆破网络进行计算机优化设计， 可减少瞎炮， 提高网络的准爆性。 （） 选择先进的凿岩设备， 如凿井钻架等， 提高机械化程度， 减少工人劳动强度。 （’） 生产更高威力的水胶炸药， 配合深孔爆破， 提高爆破效果。 （） 采用磁性电雷管起爆系统， 解决工作面装药时预防杂散电流问题。 三、 装岩 （） 探索将抓岩机操作系统移到井筒工作面， 实现离机遥控操作， 提高抓岩机工作效 率， 避免误操作。 （） 对抓岩机关键元部件进行技术攻关， 提高设备的可靠性。 （） 研制适于抓岩机配套的消声装置， 降低工作面噪声， 改善抓岩作业环境。 （） 减轻抓岩机重量， 减小机器外形尺寸， 最大限度地减少占用井筒有效空间。 ’ 第十一章立井施工技术展望 四、 支护 根据我国目前立井凿井现状， 整体移动金属模板应在如下几个方面开展研究 （） 模板的高度决定了短段掘砌混合作业循环段高， 因此随着凿岩钻架机械化凿岩 和深孔光爆技术的不断完善， 模板的高度宜加大到 “ 。 （） 模板的脱模、 立模应全部实现液压机械化操作， 立模操作上应研究以激光投点调 平和测距仪测量半径的对中找正方法。 （’） 由于新的 煤矿井巷工程质量检查评定标准 对井壁成形质量要求提高， 必须严 格控制模板设计、 加工质量， 使模板由非标准设备逐步成为标准设备， 同时要加快模板行 业标准制定。 （“） 目前模板大多以地面稳车钢丝绳悬吊， 随着煤炭开采深度增加， 立井井筒平均深 度已达到 左右， 千米深立井逐渐增多， 因此应着手研究能独立行走的迈步式模板， 以节省大量的钢丝绳和稳车， 使井筒断面布置更趋简单方便。 （） 煤炭科学研究总院北京建井研究所已研制成功一种固定在整体移动金属模板上 的凿岩钻架， 在济宁运河煤矿主井完成了工业性试验， 可钻凿 “ 深的炮孔和 的探 水注浆孔。研制一种以模板为中心， 安装分离式钻架和抓岩机组， 能分别完成凿岩、 抓 岩、 筑壁和工作面探水注浆等多道工序的综合凿井设备机组， 以满足我国深井凿井的需 要， 可能是今后的方向之一。 五、 施工队伍专业化 立井施工有其自身特点， 一个大的行政区域应保持一支稳定的专业施工队伍。该队 伍有定型化设备， 待准备工作完成后， 专业队伍就能正常施工， 千米井筒一年左右即可到 底， 并可为井筒延深施工服务。 六、 管理 随着现代化管理技术的深入发展， 微机管理、 电脑操作和机械化配套应同时创新与 发展。今后一方面要继续完善和提高施工作业线， 同时也要使管理手段进一步现代化， 广泛利用网络技术和工业电视监控以及信号、 通讯、 瓦斯监控等方面的智能化、 自动化科 技新成果， 使立井施工的管理水平进一步提高。 立井工程施工采用项目法管理。施工企业要适应这一管理模式， 提高自身管理能 力。工程质量管理技术也是一个薄弱环节， 我国建井技术要和国际接轨， 必须贯彻执行 *, - . 标准， 建立完整的企业质量保证体系， 使每项工程都能达到标准。 “/ 第九篇立井工程施工设计实用技术与图集