立井井筒快速施工工艺及支护技术.pdf

872023 年第 8 期王 浩：立井井筒快速施工工艺及支护技术立井井筒快速施工工艺及支护技术王 浩（山西潞安矿业（集团）有限责任公司古城煤矿，山西 长治 046000）摘 要 针对大断面立井井筒施工难度大、效率低、井筒支护困难等技术难题，古城煤矿通过技术研究，对回风立井提出了长段掘砌平行作业施工、整体金属模板分层式砌筑工艺。采用长段掘砌施工工艺后，实现了掘进与井筒砌筑平行作业，提高了立井施工效率；采用分层式砌筑工艺后，简化了砌筑工序，取得了显著应用成效。关键词 立井；施工；支护；平行作业中图分类号 TD262；TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.08.029Rapid Construction Technology and Support Technology for Vertical ShaftsWang Hao(Shanxi Luan Mining Industry(Group)Co.,Ltd.,Gucheng Coal Mine,Shanxi Changzhi 046000)Abstract:Aiming at technical difficulties such as high difficulty,low efficiency,and difficulty in shaft support during the construction of large cross section vertical shafts,Gucheng Coal Mine proposed a long section excavation and masonry parallel operation construction,as well as an overall metal template layered type masonry process for the return air vertical shaft through technical research.After adopting the long section excavation and masonry construction process,parallel operations between excavation and shaft masonry are achieved,improving the efficiency of vertical shaft construction;After adopting the layered type masonry process,the masonry process is simplified and significant application results are achieved.Key words:vertical shaft;support;parallel operation收稿日期 2023-01-06作者简介 王浩（1990），男，河北邯郸人，2021 年毕业于东北大学采矿工程专业，本科，助理工程师，现就职于山西潞安矿业（集团）有限责任公司古城煤矿，从事矿建安全管理工作。王 浩：立井井筒快速施工工艺及支护技术1 概述山西潞安矿业（集团）有限责任公司古城煤矿采用斜立混合分区开拓方式，主斜井、副立井已施工到位，回风立井开始掘进施工。由于回风立井掘进深度大，为了解决传统掘进工艺存在施工效率低、安全系数低、排矸难度大等技术难题，决定对回风立井施工工艺及围岩支护进行优化1-6。2 井筒长段掘砌施工工艺2.1 井筒掘进设备配置1）配备双钩提升系统，主要是双筒提升机，滚筒直径为 5.0 m，提升电机功率为 2400 kW，最大提升深度为 1900 m，提升钢丝绳直径为 52 mm。2）在井口处安装一台双筒稳车悬吊井筒内吊盘，双筒稳车滚筒直径为 4.0 m，通过滑轮组和 4根稳绳对吊盘悬吊和吊桶提升。井筒施工期间共计布置 5 个吊盘，如图 1 所示，吊盘间距为 5.0 m，最下一层吊盘距井筒掘进面间距小于 25 m。3）最下层吊盘中部安装一台中心回转式抓岩机用于出矸，上层吊盘为保护盘，中部 3 层吊盘为支护工作盘，其中第一、第三、第五吊盘采用液压千斤及卡固装置与井筒壁进行固定。回风立井井筒施工系统示意图如图 1。2.2 井筒开口段施工1）井筒 40 m 范围内表土层、基岩段采用临时小井架与小绞车相互配合进行施工，其中表土层主要采用人工以及挖掘机施工，基岩段采用全断面爆破施工。炮眼深度为 1.6 m，单茬掘进深度为 1.21.4 m，爆破后采用绞车连接吊桶排矸。2）开口段施工完后，在井口施工风筒、排水管路、溜灰管等出口，确保风筒及各种管路能够进882023 年第 8 期入工作面。当井筒开口掘进 15 m 后形成封口盘。图 1 回风立井井筒施工系统示意图2.3 井筒长段掘砌施工当井筒开口段施工完且形成通风、排水系统后，对井筒采用长段掘砌伞状钻孔爆破施工工艺。1）首先采用液压伞钻凿岩配合六角中空合金钢钎杆以及柱齿合金钎头进行钻孔施工。钻孔平面成圆环状，共计布置 4 排圆环钻孔，排距为 1.0 m，其中第一排为掏槽孔，第二、三排为辅助孔，第四排为周边孔。2）掏槽孔共计 4 个，孔深为 4.0 m，圆环直径为 1.0 m，钻孔向圆环中心以 60偏角布置；第二排布置10个钻孔，第三排布置12个钻孔，孔深为3.2 m，钻孔向圆环中心偏角为 75；第四排布置 15个钻孔，钻孔向圆孔中心布置夹角为 87，钻孔剖面为伞状。3）伞状钻孔施工完后，对掏槽孔钻孔采用分段装药，共分为三段，每段装药量为 0.6 kg；其他钻孔采用长段装药，装药量为 2.4 kg。钻孔用水炮泥进行封孔，封孔长度不低于 1.5 m。4）装药完成后进行全断面爆破，爆破后用中心回转抓岩机将矸石装入吊桶内，然后采用提升系统及时排矸。为实现掘进与支护同步施工，采用长掘进短砌筑施工方法，掘砌错距为 25 m。3 井筒支护工艺为了防止井筒施工过程中筒壁矸石片落，对筒壁采用分次双层复合支护工艺。3.1 临时支护1）立井井筒每掘进 2.0 m 进行支护，井筒完整段采用“单锚杆+钢筋网”联合支护。锚杆长度为2.0 m，直径为 20 mm，锚杆采用端头锚固方式，每排布置 10 根，布置排距为 1.0 m。钢筋网由直径为6 mm 圆钢编制而成，每片钢筋网长度为 2.0 m，宽度为 1.0 m，钢筋网扎制成弧形。2）当井筒过断层等构造区域且筒壁破碎时，对筒壁围岩采取注浆锚杆支护，注浆锚杆长度为 2.5 m，直径为 30 mm。注浆锚杆先用树脂进行锚固，然后对杆体注入聚氨酯与催化剂混合的有机化学材料，注浆后对破碎围岩裂隙进行粘接、填充，同时起到堵水作用。3.2 二次支护临时支护完后，对筒壁采取二次浇注支护，采用分段式金属模板砌筑工艺。1）每个循环砌筑高度为 6.0 m，采用分层式模板安装及浇注，模板采用“T”型钢制模板。每个循环安装三层，第一层模板高度为 1.0 m，第二层模板高度为 3.0 m，第三层模板高度为 2.0 m。2）T 型模板主要由刃脚、托架以及护壁模板等部分组成。模板采用从下往上的安装顺序，安装时先安装下部 1 m 的模板，将模板托架与吊盘固定装置进行固定，将模板刃脚与筒壁上的固定装置进行连接安装，使下层模板与筒壁之间形成浇筑空间。3）第一层模板安装后对支模区进行混凝土浇筑，混凝土经搅拌站搅拌后通过安装在筒壁的溜灰管进入浇筑区，混凝土主要采用水泥、沙子、石子以 1:1:2 搅拌而成。混凝土浇筑时采用振动泵振动严实，模板浇筑时将螺母盒安装至筒壁上，便于后期设备安装。4）当第一层模板安装后利用吊盘提升架将第二层模板（高度为 3.0 m）吊装至第一层模板上口位置，并对接严实且井下固定，然后浇筑第二层模板区。以此类推直至三层模板全部浇筑到位。4 应用效果1）提高了井筒施工效率。古城煤矿回风立井采用伞状钻孔爆破施工工艺时单茬掘进深度为 3.03.2 m，与传统光面爆破施工相比，单茬掘进提高 2.0 m左右，全天可提高进度 5 m，大大提高了井筒施工效率。2）提高了排矸效率。回风立井在施工过程中安装了一台大功率双筒提升机和一台中心回转抓岩机进行联合排矸，排矸速度快，排矸自动化水平高。现场观察发现，井筒每掘进一茬产生的矸石量为235 m3，排矸时间为 2.0 h，排矸效率高。3）提高了筒壁围岩稳定性。对井筒筒壁采用分次支护方式进行加固，初次支护控制筒壁围岩垮（下转第 91 页）912023 年第 8 期王 帅：巨厚煤层爆破切顶初采初放技术应用研究29#49#支架工作阻力上升，并始终保持在 6000 kN以上（5 月 20 日上午 7：4321：03），5 月 20 日21：03至5月21日开始59#89#支架工作阻力上升，并始终保持在 8000 kN 以上，直至 5 月 24 日 06：00整 59#支架下降至 6000 kN 左右。由此分析可知，工作面于 5 月 20 日开始进入初次来压阶段，401106 工作面初次来压范围为中部（29#液压支架至 89#架范围），5月24日支架工作阻力开始下降至6000 kN左右，现场煤炮减少、压力降低，表明工作面初次来压结束。初次来压期间液压支架工作状态良好，均未超出其额定工作阻力 1000 kN。（a）29#综采液压支架 （b）59#综采液压支架（c）89#综采液压支架图 4 液压支架工作阻力曲线图4 结语为确保 401106 工作面在初采初放及正常回采期间切眼顶板和两顺槽上下隅角及时垮落，在工作面初采前和推采期间分别对切眼及两顺槽实施切顶爆破对顶板进行松动处理。结合工作面具体工程地质条件设计详细的切顶爆破方案，工作面实际生产期间通过现场调研、微震监测、液压支架载荷监测研究表明，401106 工作面初采步距为 46.4 m，初次来压持续距离 16.2 m，液压支架工作面状态良好，未出现超出其额定工作阻力的现象，除上下隅角顶煤未冒落外，2#114#架后顶煤全部垮落，充满采空区。【参考文献】1 李修冠，张向阳，张懿，等.坚硬顶板特厚煤层初采初放卸压控制及回采率分析研究 J.矿业研究与开发，2022，42（06）：20-28.2 刘乙霖，马嘉伟.大采高厚坚硬顶板巷道定向爆破切顶卸压技术研究 J.煤炭工程，2022，54（03）：50-55.3 张志伟.斜沟矿 23105 综放工作面初采初放安全技术措施 J.当代化工研究，2021（11）：69-70.4 殷泽宇，张磊.水压预裂技术在综放工作面初采初放中的应用J.山西焦煤科技，2021，45（01）：4-8.（上接第 88 页）落，二次支护实现围岩全断面注浆封堵，使围岩与浇注体镶嵌为一体，提高筒壁整体稳定性。4）简化了施工工序。回风立井采用长段掘砌施工工艺，实现了立井掘进与筒壁支护平行作业，简化了施工工序，提高了施工效率。5 结语古城煤矿对回风立井施工及支护工艺技术进行优化，提出了长段掘砌施工工艺、分段式金属模板砌筑支护技术。通过实际应用效果来看，解决了深井施工效率低、施工难度大、排矸速度慢等技术难题，提高了筒壁围岩支护效果。同时，通过大功率双筒提升机、回转抓岩机、吊装盘等设备配合施工，提高了井筒施工自动化水平，降低了劳动作业强度，取得了显著应用成效。【参考文献】1 张吉星.深立井井筒快速施工技术应用 J.内蒙古煤炭经济，2020（06）：158+160.2 王晋.郑庄矿回风立井井筒施工优化方案 J.能源与节能，2020（03）：74-75.3 赵春光.煤矿立井井筒施工设备的布置 J.黑龙江科学，2020，11（06）：78-79.4 聂艳军.立井井筒快速施工装备及工艺研究 J.山东煤炭科技，2018（07）：12-13.5 侯岳.立井井筒快速施工技术研究 J.机械管理开发，2017，32（12）：174-175+177.6 邹佩国，任胜文.复杂水文地质条件下立井井筒施工及防治水技术的探索与实践 J.冶金管理，2022（21）：84-86.