泉店矿中央风井冻结段外壁掘砌快速施工实践.doc

泉店矿中央风井冻结段外壁掘砌快速施工实践

摘 要：介绍了泉店矿中央风井冻结段外壁的施工工艺，设备配套，快速施工措施手段和施工管理，提出了冻结井筒快速施工的方向。
关键词：冻结 快速 设备配套 施工管理
泉店矿地处河南省许昌市，隶属神火煤电公司，设能力120万吨/年，采用立井开拓，中央并列式通风，风井深672.6 m，表土厚455．3m，采用冻结法施工。冻结工程由中煤五公司三处承担，掘砌工程由河南煤炭建设集团施工，河南工程咨询监理公司监理。风井井筒于05年11月6日开机冻结，06年1月8日进行试开挖，至1月25日完成了3盘吊挂并成井41.5m， 2月份（1月25日至2月25日）单月进尺223.2m，创造了全国最新记录。
1. 中央风井工程技术特征
井筒净直径5．0m，深672.6m，冻结深度523．0m，冻结段为双层钢筋混凝土井壁，壁厚（内层/外层）：（见表1-1）。
中央风井井筒冻结段外层井壁技术特征表 表1-1
工程部位
段 高
（m）
荒径
（m）
钢筋规格型号
壁厚
(㎜)
砼 强
度等级
泡沫塑
料板厚度
竖筋
环筋
-8.00～-50
42
φ7.4
φ20@255
φ20@250
600/600
C30

-50～-121.76
71.76
φ7.50
φ20@255
φ20@250
600/600
C30
50㎜
-121.76～-211.76
90.0
φ7.50
φ20@255
φ20@250
600/600
C40
50㎜
-211.76～-301.76
90.0
φ8.15
φ20@255
φ20@250
800/700
C50
75㎜
-301.76～-311.76
10.0

850/850
C60
过渡段
-311.76～-361.76
50.0
φ8.25
2φ22@239
2φ25@250
700/850
C65
75㎜
-361.76～-455.30
93.54
φ8.55
2φ22@239
2φ25@250
850/850
C70
75㎜
2. . 井筒表土段地质及水文地质
井筒表土段为第三、四系地层，总厚455.30m, 主要由灰～灰黄色及棕红色粘土、砂质粘土、粘土夹砾石及砂、砾石层组成。其中粘土及砂质粘土52层，总厚322m左右，占70．8%单层最大厚度17．9m；粉细砂及中砂22层，总厚 96m左右，占21．1%，单层最大厚度10．4m；砾石及粘土夹砾石10层，总厚37m左右，占8．1%。
该段地层主要有3个含水层段，即三、四系孔隙潜水含水层段、 第三系孔隙承压含水层段和风化基岩裂隙承压含水层段。
3. 施工方案
根据井筒地层特征，确定冻结法施工，主冻结孔、加强冻结孔、辅助防片帮冻结孔共同运转的综合冻结施工方案。主冻结孔采用差异冻结，深孔523m，浅孔480m，圈径19m；内圈辅助冻结孔分为两圈“梅花”状布置，外圈加强冻结孔462m，圈径11.8m;内圈辅助冻结孔352m, 圈径11.2m。冻结壁厚7.13m，盐水温度-32℃，测温孔5个。（冻结技术参数见表3-1）

泉店矿中央风井冻结技术参数 表3-1
序号
项目名称
中央风井
1
井筒净直径（m）
5.0
2
井壁最大厚度/掘进最大直径（m）
1.85/8.55
3
冲积层/风化带（强、中、弱）厚度（m）
455.3/489.6
4
冻结盐水最低温度（℃）
-32
9
冻结壁厚度（m）
7.4
13
冻结
孔布
置
深度(主孔/辅助孔/防片帮孔)(m)
523/495/300
14
钻孔靶域半径（m）
0.8
15
圈径(主孔/辅助孔/防片帮孔)(m)
19.0/13.4/11.4
16
孔数(主孔/辅助孔/防片帮孔)(个)
46/18/12
17
开孔间距(主孔/辅助孔/防片帮孔)(m)
1.2976/2.339/2.985
18
距井帮(主孔/辅助孔/防片帮孔)(m)
5.13/2.325～2.925/
1.625～1.925
19
观测孔
布置
水位观测孔的数量/深度（个/m）
1/151, 1/243, 1/490
20
温度观测孔的数量/深度（个/m）
1/115, 2/460, 1/490, 1/512
4. 机械化设备配套
90m以下工作面采用一台CX-45型小挖掘机装矸，G20型风镐配合B87C型强力破碎机破岩刷帮，两套单钩提升，主提采用一台2JK-3.5/15.5型双滚筒提升机，配4m³吊桶；副提采用一台2JK-2.5/11.5型双滚筒提升机，配2m³吊桶，井壁采用4.2m段高可调节的MJY型单缝液压整体金属模板砌筑。在井口设置砼集中搅拌站，站内安设一台JW-1000型和一台JW-500型强制式搅拌机和混凝土配料机，设有微机控制电子计量系统，下砼采用DX-3型（容积3m3）底卸式吊桶下砼。压风管、供水管采用稳车悬吊,风筒沿井壁吊挂。
5. 施工工艺及劳动组织
采用一台CX-45型小挖掘机下挖及装矸，G20型风镐配合B87C型强力破碎机破岩刷帮，人工用铁铣将风镐扩刷的冻土铲到挖掘机的工作范围内，先挖井筒净径部分，然后逐段刷帮，掘；当冻结壁进入荒径较多时，先挖井心部分，冻土尽量采用风镐挖掘。冻结段采用人工配合挖掘机挖土装罐，提升至地面后汽车排矸至指定位置。
井壁采用4.2m段高可调节的MJY型单缝液压整体金属模板砌筑。直模部分由3台单16T稳车悬吊。采用2JK-3.5/15.5绞车提升DX-3型（容积3m3）底卸式吊桶下砼，在吊盘上设分灰器，砼经分灰器、活节管入模。在浇灌砼的同时工作面正常掘进，开挖轮廓线距外壁模板不少于150mm，利用副提进行排矸，以提高工作效率。
外壁模板的立模工艺为：在工作面掘够一个段高后，先将刃脚落下，用中线和水平管找正调平，铺设泡沫板，用沙堵塞刃脚空隙，然后插放竖筋并连接竖筋、绑扎环筋，最后落模找正并浇灌砼。砼由地面集中搅拌站配制，根据井壁强度设计的要求，及时调整配合比。井壁外壁竖筋采用直螺纹接头连接，外壁环筋采用绑扎搭接方式连接，采用风动插入式高频振捣器振捣砼。
6. 快速施工主要措施
6.1 推行滚班制，掘砌平行交叉作业
直接工设四个掘进班、一个砼浇筑班。其中：砼浇筑班与掘一班平行作业，砼浇筑班负责落模找正并浇筑砼，掘一班下掘1.7 m不开帮；掘二班全断面下掘0.45m并开掘一班所遗留井帮；掘三班全断面下掘1.25m；掘四班全断面下掘0.8m并下落刃脚和绑扎钢筋。采用掘进和砼浇筑平行交叉作业方案，找正结束后，使用主提绞车下放砼、副提绞车排矸，如此以来在砼浇筑期间，井筒已小断面掘进1.7m，较正常单行作业大大的缩短了掘砌循环时间。
6.2 提高掘砌速度
冻土未进入荒径部分，CX-45小型挖掘机直接破岩装矸，G20型风镐、B87C型强力破碎机刷帮找平；冻土进入荒径部分，G20型风镐、B87C型强力破碎机破岩，小挖机装矸；强固结地层，G20型风镐、B87C型强力破碎机破岩，人工装矸。小挖机的使用大大加快了掘进速度。采用双套单钩提升，配4m3大吊桶提矸,3m3底卸式吊桶下砼，并在工作面放一座底罐换钩提升，解决了出矸量大的问题，大大加快了砼的下放和砌壁速度。4.2m大模板的应用，减少了循环次数，加快了施工进度。
6.3依靠科技，搞好冻结平衡
筹建处与北京煤炭科学总院建井研究所签订了深厚冲积层冻结凿井技术攻关，对冻结方案设计优化及跟踪服务、冻结信息化施工技术与冻结壁形成特性预报、深部粘土层冻结壁径向位移实测与预报等课题研究，大大促进了建井质量和进度。特别是冻结信息化施工技术在风井施工中起到了举足轻重的作用。正常掘砌施工后，依据实际地层和观测，冻结、掘砌、科研三方相互配合及时调整冻结盐水流量，冻结壁发展速度得到有效控制：100m以浅冻土在荒径外200~1500mm,井帮温度控制在0度以上；100m~200m冻土进入荒径0~600mm,井帮温度控制在0~-4度；200m以深冻土进入荒径200~1200mm,井帮温度控制在-5~--8度。既保证了安全，又保证了井筒掘进不挖或少挖冻土，大大加快了掘进进度。
6.4 高性能混凝土的应用
提高混凝土标号和如何实现在井下浇筑高标号混凝土是深冻结井减薄井壁厚度、确保井壁质量、降低工程造价的重要课题。为了确保冻结段井壁质量，降低混凝土配制费用，防止外层井壁压坏和内层井壁收缩裂缝，经泉店矿井建设单位、监理、风井凿井单位与煤炭科学研究总院北京建井研究所多次商讨，签订了泉店煤矿风井冻结段内、外层井壁C30~C70低水化热高性能混凝土试验应用协议书。此混凝土配比利用普通河砂、425水泥、粉煤灰及外加剂配制，配制工艺简单，三天强度不低于50%，七天强度接近100%。高性能混凝土的应用，既保证了冻结段井壁质量，降低混凝土配制费用，加快了混凝土配置，又防止了外层井壁压坏。
6.5改进施工设施设备
（1）浇筑砼的工作平台直接搭在模板脚手架上，减少了浇筑前的架板下放、搭设，浇筑后的拆除时间，缩短了掘砌循环时间。
（2）分灰器上设置折叠式支撑，下落时回拢，工作时分开，省去了下放和上提支撑分灰器的方架，缩短了掘砌循环时间。
（3）分灰器下面悬挂的活节管用10吋胶管代替且直接固定的分灰器下面，省去了拆除和悬挂活节管的时间，缩短了掘砌循环时间。
（4）在压风机冷却水池上部架设由2吋胶料胶管加工的简易冷却器,保证了井下用风。（5）在料斗上安装振动器解决了搅拌站料斗粘料影响施工进度及打灰质量问题。
6.6 科学的施工管理
（1）加强机电设备管理，实行领导（队长、副队长、组长）包片、维修工包机制度，主要运行设备除司机外还配备专职维修人员负责日常维护和检修实行司机和维修人员共同负责包运转、包维修、包检修的制度，确保了全月机电影响不超过15小时。
（2）加强井口管理，确保地面辅助线安全、有序、高效地进行，尤其浇筑砼期间，由各班值班经理组织各业务骨干进行义务推车，以实际行动全面掀起大干高潮。
（3）认真落实领导班子值班制度，经理、书纪、副经理除正常业务外，实行三、八制值班，每两人一班，通过调度室内的监控系统随时掌握井口、井底、车房等要害部门的安全生产情况，提高了全体员工作积极性，确保了井筒的施工安全、质量和进度。
（4）开展劳动竞赛，掘进队采取重奖重罚的激励措施，确保每一施工段高的平均掘砌循环时间不超过14小时。
7. 结语
依靠科技，利用先进的机械化配套设备，精心组织，科学管理，是加快立井掘砌的有效途径。