黑梁煤矿超大断面冻结斜井井筒表土段快速施工技术

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　　摘要：本文结合内蒙能源黑梁煤矿主斜井井筒技术特征，优化施工方案和劳动组织，科学管理，实现了国内大断面、大埋深、支护工艺复杂条件下冻结斜井表土段施工速度的较大突破，为冻结斜井井筒表土段的安全高效施工提供了可行的借鉴经验。
　　关键词：超大断面；冻结斜井；快速施工
　　中图分类号： TU74文献标识码：A 文章编号：
　　1工程概况
　　内蒙能源黑梁煤矿位于内蒙古自治区鄂托克前旗西约70km处，地处内蒙古自治区与宁夏回族自治区接壤地带，井田西南距银川市40km，南距磁窑堡煤矿26km，距离新上海庙镇23km。行政区划隶属鄂托克前旗新上海庙镇管辖。黑梁井田属内蒙古自治区鄂尔多斯上海庙煤田西部芒哈图勘查区。施工方案由北京大地工程开发集团有限公司设计。
　　主斜井井筒表土冻结段开挖断面分别为1-1断面36.82m2、2-2断面39.86 m2，净断面16.81 m2。采用反底拱形式增强抗压强度。井筒支护采用双层井壁联合支护，外层井壁采用锚网喷作为临时支护方式，喷射厚度200mm，喷射混凝土强度C20；内层井壁采用双层钢筋混凝土砌碹支护，厚度为800mm，钢筋采用Φ22mm二级螺纹钢，间距250*250mm，砼强度C55。井壁厚度1-1断面700mm，2-2断面800mm。
　　2施工方案
　　施工时，由于冻土较硬实，按照全断面光面爆破一次成巷的方案施工，顶板及围岩采取一掘一锚网、三掘一喷混凝土的作业方式。采用挖机配合箕斗排矸，人工绑扎钢筋，大模板整体浇筑，混凝土输送泵机械上料，混凝土泵车运输下料。根据冻结单位围岩暴露时间不超过15天的要求，采用短段掘砌，一周完成一循环，循环进尺7.2米。
　　3快速施工技术研究
　　经过不断摸索、总结，优化改进、科学组织，逐步形成了一套完整的快速施工技术。目前，冻结斜井实现了月掘进45米，成井40米，达到国内先进水平；实现了国内大埋深（113米至220米）、长距离（斜长最长621米）、支护工艺复杂（井壁最厚、支护最复杂、反底拱）条件下冻结施工速度大跨越，可以为类似条件矿井建设提供技术指导和经验支持。
　　3.1爆破技术研究
　　3.1.1打眼：
　　初期，迎头采用风煤钻打眼，使用1.5米钻杆，打眼深度在1.4米左右。由于迎头冻土较硬，导致打眼速度慢，三人使用一部钻情况下平均每个炮眼用时15分钟，加之风煤钻配备不足，原交接的风煤钻大部分已损坏，导致效率较低。
　　后期，随着距离的增加，工艺的熟练，环境的适应，迎头最多可同时使用6部钻进行打眼工作，每个炮眼深度1.4米左右，用时约10分钟。现场实际掘进荒高4.8-5米，留底1米左右，全断面打炮眼95～100个，最快时可实现每间隔8小时一茬炮。
　　3.1.2爆破
　　初期，由于掘进断面大，采用分次装药、分次爆破方式，先对断面底部进行爆破，后分别对断面左上部、右上部进行爆破，如此完成全断面掘进需进行三次装药爆破，且有时需进行二次爆破，费时费力，最快也需要2小时方能完成爆破作业。
　　后期，通过更换放炮器，加强放炮管理，实现了全断面一次爆破。爆破时间缩短为30分钟，实现了掘进班每天完成3次爆破。
　　3.1.3进尺
　　初期，每茬炮进尺仅1米左右，通过不断的摸索改进，进尺达到了每茬炮1.2米左右，日进尺最高达到3.5米。
　　3.2排矸运输系统优化
　　施工时考虑拉开距离，砌壁距迎头保持20米至35米，迎头采用180型大挖机排矸，后部采用CAT350型电动小挖机挖反底拱，充分发挥大挖机功率大，排矸快的优势，尽快扒出迎头矸石，为迎头打眼创造条件；同时发挥后部小挖转动灵活优势，在后部配合箕斗排矸。实现连续、平行作业。
　　3.3临时支护优化
　　设计院设计临时支护方式为架棚、挂网喷浆支护，采用U25型钢棚，三段对接螺母联接，喷浆厚度200mm。由于断面大，棚头、棚腿重量大，钢棚架设困难，并且爆破时极易被崩倒或发生变形，增加了扶棚及整棚的困难。
　　针对这种情况，我单位及时与建设单位、设计院联系，在确定了该外层井壁不在永久支护强度以内，仅作为施工的临时支护的情况下，专业人员及监理工程师在主斜井冻结壁内进行了锚杆安装试验。巷道顶部为冻土砂砾层，采用1.4米等强全螺纹锚杆。冻结壁厚度设计为1.5米，帮部锚杆长度不宜过长，考虑冻结壁厚度及偏差，两帮锚杆设计长度800mm，外露100mm，锚固长度为700mm，考虑封水效果。对安装的锚杆进行了不同间隔时间的拉拔试验，检测冻结壁内锚杆锚固力，试验结果表明，锚杆锚固力均达到20mpa以上。经过两个月的检验，确认锚网喷在冻结段作为临时支护方式效果显著。
　　但锚网喷临时支护方式存在一个问题，冻土内喷浆比较困难，往往需要几次喷浆方能达到设计厚度。正确的做法是拉开距离，多次喷浆，最后达到设计厚度。迎头爆破后先打安锚杆挂网喷浆，仅支护顶板至拱基线，拖后10～15米，随着两帮清出，补打两墙锚杆。先期喷浆厚度达到100mm即可，最后复喷至200mm。
　　3.4施工组织
　　3.4.1人员安排
　　采用三八制的作业方式施工，每班井下出勤人数在16人左右。挖机司机1人，挖机电缆管理1人，把钩1人，其余迎头施工，迎头4部钻打眼，每钻安排2人，后部补两帮锚杆4人。每班出勤比较固定，按专业化队伍配置，分工明确。每班配备1名班组长，一名安检员，一名质量验收员三班下，爆破后画轮廓线。配备专门的轨道维修工、通风工等辅助人员。
　　3.4.2工序安排及转换
　　迎头支护与排矸、绑筋、砌壁平行作业，具体部署如下：
　　3.4.2.1支护：迎头上断面爆破后，由班长现场画出轮廓线；使用一部风钻支护打顶板锚杆、挂网，迎头同时使用2-3部风煤钻打上部眼，顶板支护完成，上部眼炮眼也同时完成。
　　3.4.2.2出矸：顶板支护完成，上部炮眼打完后，挖机清理迎头矸石，迎头矸石清出后，打下部炮眼，同时挖机装车出矸。
　　3.4.2.3喷浆：采用每天“两掘一喷”的模式循环掘进，两个小班连续掘进，第三个小班支护两帮锚网、喷浆，迎头后部喷浆与迎头打炮眼平行作业。
　　3.4.2.4主体施工：迎头正常掘进期间，主体5-6人绑扎主体钢筋，下松滑模、清理滑模、滑模涂油、施工躲避硐等，为浇筑主体做好准备。主体绑扎钢筋用时3个小班，下松滑模、校正滑模1个小班，安设滑模堵头1个小班，主体浇筑一般为16小时。
　　3.4.2.5底板施工：底板每次起底15米，用6个小班，绑扎钢筋、支设水沟及两墙模板用3个小班，浇筑用3个小班（15米）。
　　3.4.3循环作业方式
　　3.4.3.1大循环作业
　　每旬掘进6天进尺15米，加上上次剩余的底板前20米总计35米，底板前达到35米时开始起底，起底用时2天，在掘进期间，井壁钢筋15米全部绑扎完成并将滑模下松到位，校正后安装滑模堵头，主体浇筑前的准备工作全部完成。待15米底板起底完成后，将底板所需要的钢筋全部下到位，底板绑扎钢筋期间，主体开始浇筑，主体浇筑完成后浇筑底板。掘进或底板浇筑期间，上一模主体脱模，下移整体模板，做好下一模主体浇筑准备，准备条件或底板浇筑完成后，再浇筑一模主体。主体浇筑共用4个小班，底板浇筑2个小班，每循环总共用10天。这样每旬可实现掘进15米，底板和井壁浇筑各15米，全月可成巷45米。
　　3.4.3.2小循环作业
　　锚网喷临时支护采用“两掘一喷”作业方式，即每茬炮后支护拱部锚杆、挂网，打出迎头上部炮眼，喷浆班集中支护两帮锚杆挂网并完成喷浆。
　　3.5施工中关键工序的控制
　　3.5.1施工空间控制
　　为保证掘支平行作业，合理的确定施工空间非常重要，必须做到密切关注井壁冻结效果，确保冻结质量；冻土暴露时间根据冻结情况确定，一般冻结公司要求暴露时间不超过15天，但根据冻结段施工融化期研究情况，实际上最长暴露时间可达2个月，具体根据井壁测温确定，及时砌筑永久井壁；底板前达到35米时开始起底，保证底板浇筑完成后，主体浇筑及迎头打眼出矸等工作有足够的施工空间，各工序能够互不影响。
　　3.5.2接茬面处理
　　根据工序情况，先施工反底拱，主体浇筑需提前做出两墙，两墙高出底板150mm，两墙与主体间存在接茬缝，两模主体之间也存在接茬缝。接茬缝较多，并且易被爆破后粘土污染，如清理不干净，极易造成化冻后井壁接茬缝出水。采取措施：先人工清理较大粘土块，后用高压风吹净，同时剔出接茬面毛面。
　　3.5.3浇筑质量控制
　　采取措施：混凝土质量符合设计要求，其中水灰比为0.4～0.6，塌落度严格控制在140mm；每次浇筑做好试块，定期对混凝土强度进行检测；冬季商砼温度不低于15摄氏度；入井商砼不得出现离析；每次浇筑前先用同标号水泥砂浆浇筑接茬面；加强振捣，保证不出麻面，杜绝出现狗洞；加强对接茬缝振捣，纵向接茬缝从观察窗放入振捣棒振捣。
　　4结语
　　4.1前后平行作业，缩短循环时间是提高施工进度的保证。
　　4.2充分利用大断面的特点，采用多上钻，快打眼，从而缩短打眼时间。
　　4.3全断面掘进爆破效率高，减少爆破次数从而减少爆破对冻结井壁的破坏程度，有利于一次成巷。
　　4.4加强挖掘机的维修管理，提高挖掘机的工作效率，是施工中的关键环节。

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