超長(zhǎng)凍結(jié)斜井機(jī)械化配套方案的探討及實(shí)施

摘 要：以月度期望指標(biāo)驗(yàn)算每班的矸石量，確定無(wú)軌膠輪車(chē)的型號(hào)，通過(guò)無(wú)軌膠輪車(chē)的后幫高度，結(jié)合電機(jī)滾筒的拋灑曲線，確定了第二運(yùn)輸機(jī)電機(jī)滾筒的高度。于是該文主要介紹了工程概況，簡(jiǎn)單介紹了地質(zhì)及凍結(jié)方案，提出了掘進(jìn)及配套方案，重點(diǎn)分析了采用EBZ160綜掘機(jī)掘進(jìn)，定制二運(yùn)轉(zhuǎn)載，無(wú)軌膠輪車(chē)出矸，內(nèi)、外壁采用滑模臺(tái)車(chē)，混凝土輸送泵澆筑采用該方案需要解決的諸多問(wèn)題，然后針對(duì)這些問(wèn)題，提出了有效的解決對(duì)策，最后給出了施工組織與進(jìn)度展示。以供同行們進(jìn)行參考借鑒。

關(guān)鍵詞：綜掘機(jī) 混凝土輸送泵 全國(guó)紀(jì)錄 配套方案

中圖分類(lèi)號(hào)：TD26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）04（b）-0182-02

1 工程概況

袁大灘井田位于陜北侏羅紀(jì)煤田榆橫礦區(qū)東北部，榆溪河以西，無(wú)定河以北，古長(zhǎng)城西北處。井田東距榆林市約20 km，井田面積231.1 km2，行政區(qū)劃隸屬榆林市榆陽(yáng)區(qū)小紀(jì)汗鄉(xiāng)、巴拉素鎮(zhèn)及芹河鄉(xiāng)。由陜西中能煤田有限公司投資建設(shè)，中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)施工總承包。

袁大灘煤礦采用立井+斜井混合開(kāi)拓方式，中十冶承建副斜井井筒工程，該井筒技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2 地質(zhì)及凍結(jié)方案簡(jiǎn)介

由于副斜井井筒的靜水位為-1.5～ 1.8 m，根據(jù)業(yè)主提供的地質(zhì)報(bào)告顯示，井筒按原設(shè)計(jì)方案向前施工，第四系風(fēng)積沙厚度為99.8 m，井筒穿越強(qiáng)含水砂層長(zhǎng)度超過(guò)1200 m，無(wú)論采用何種掘砌方案，成本均超控。按照多次專家會(huì)議論證，結(jié)合補(bǔ)勘資料，斜井井筒于里程點(diǎn)0+250.3 m處完成184°轉(zhuǎn)向，采用凍結(jié)方案進(jìn)入基巖段，第四系風(fēng)積沙厚度為65 m，凍結(jié)垂深為16.127～90.433 m，即基巖上平面距井筒荒頂板≥10 m，斜井凍結(jié)長(zhǎng)度降至661.091 m。

凍結(jié)每40 m分為一段，每段設(shè)置封頭孔，共設(shè)置17排中排凍結(jié)管。井筒荒徑外側(cè)固定距離設(shè)置邊排孔，根據(jù)凍結(jié)深度、地下水的流速以及凍結(jié)開(kāi)機(jī)至交圈時(shí)間的驗(yàn)算，以控制掘砌開(kāi)始時(shí)間。每排中孔分為3個(gè)，井筒荒徑內(nèi)均勻布置，主管除井筒荒斷面內(nèi)采用Φ133無(wú)縫鋼管，外側(cè)包裹保溫材料實(shí)行保溫凍結(jié)外，其余均采用Φ89無(wú)縫鋼管作為回路，采用內(nèi)嵌式PVC管作為去路。

每一段的荒徑以外、底板、頂板的有效凍結(jié)壁厚度分別為3.5 m、4 m、6 m。

3 掘進(jìn)及配套方案的提出

（1）采用7655鑿巖機(jī)普通鉆爆法掘進(jìn)，扒渣機(jī)出矸，無(wú)軌膠輪車(chē)運(yùn)輸出井，滿堂架支設(shè)碹胎，人工上料澆筑。

該方案為傳統(tǒng)方案，經(jīng)過(guò)初步驗(yàn)算，月進(jìn)度為15～20 m，且安全得不到保證，工人勞動(dòng)強(qiáng)度極大，效率極其低下，質(zhì)量得不到有效的控制，直接否決。

（2）采用EBH90雙滾筒綜掘機(jī)掘進(jìn)，鏟車(chē)出矸，滿堂架支設(shè)碹胎，人工上料澆筑。

經(jīng)過(guò)初步驗(yàn)算，月進(jìn)度為25～30 m。由于凍結(jié)段斷面大，采用上述綜掘機(jī)掘進(jìn)時(shí)，縱向掘進(jìn)需要分臺(tái)階，橫向掘進(jìn)需要多次定位，并且在凍結(jié)段內(nèi)未設(shè)置調(diào)車(chē)硐室，掘進(jìn)及出矸效率極其低下。滿堂架支設(shè)碹胎，人工上料澆筑，該方案同上，安全得不到保證，工人勞動(dòng)強(qiáng)度極大，效率極其低下，質(zhì)量得不到有效的控制，直接否決。

（3）采用EBH90雙滾筒綜掘機(jī)掘進(jìn)，鏟車(chē)出矸，內(nèi)壁采用滑模臺(tái)車(chē)，混凝土輸送泵澆筑。

經(jīng)過(guò)初步運(yùn)行驗(yàn)證，月進(jìn)度能夠達(dá)到30～35 m。由于凍結(jié)段斷面大，采用上述方案掘進(jìn)及出矸效率同上。但采用滑模臺(tái)車(chē)和混凝土輸送泵，質(zhì)量得到有效控制，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。

（4）采用EBZ160綜掘機(jī)掘進(jìn)，定制二運(yùn)轉(zhuǎn)載，無(wú)軌膠輪車(chē)出矸，內(nèi)、外壁采用滑模臺(tái)車(chē)，混凝土輸送泵澆筑采用該方案需要解決以下諸多問(wèn)題：

①綜掘機(jī)的自重和凍結(jié)底板強(qiáng)度的匹配，和井筒內(nèi)底板已割除凍結(jié)管的覆壓?jiǎn)栴}；

②綜掘機(jī)對(duì)凍結(jié)管的擾動(dòng)問(wèn)題；

③控頂距的控制問(wèn)題；

④掘進(jìn)、支護(hù)中的定向問(wèn)題；

⑤定制轉(zhuǎn)載二運(yùn)的長(zhǎng)度和段長(zhǎng)的控制，以及機(jī)尾高度和無(wú)軌膠輪車(chē)的裝載匹配問(wèn)題；

⑥內(nèi)壁墻部鋼筋對(duì)外模臺(tái)車(chē)的影響問(wèn)題；

⑦內(nèi)、外模臺(tái)車(chē)門(mén)洞的預(yù)留規(guī)格問(wèn)題，需滿足轉(zhuǎn)載二運(yùn)和無(wú)軌膠輪車(chē)的運(yùn)行問(wèn)題；

⑧內(nèi)、外模臺(tái)車(chē)的距離控制，以及混凝土輸送泵的距離控制問(wèn)題；

⑨各工序穿插、平行施工控制，提高機(jī)械化配套效率的問(wèn)題。

雖然有上述諸多問(wèn)題，但綜合機(jī)械化程度高，從掘進(jìn)、運(yùn)輸、支護(hù)等各方面全部實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，經(jīng)初步推演，月進(jìn)度能夠達(dá)到50～55 m，并且具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）采取一定的措施對(duì)凍結(jié)體的穩(wěn)定性無(wú)影響，提高了施工安全。

（2）采用一定的掘進(jìn)方案，支護(hù)能及時(shí)到位，能夠解決控頂距的問(wèn)題；

（3）降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，極大提高了人工工效；

（4）巷道成型規(guī)整，幾乎沒(méi)有超挖現(xiàn)象的發(fā)生。

為保證施工質(zhì)量及施工安全，我們比對(duì)了各項(xiàng)配套方案，決定采用第四）項(xiàng)掘進(jìn)及配套方案。

4 問(wèn)題的解決

（1）通過(guò)和凍結(jié)單位的溝通，進(jìn)行的科學(xué)的驗(yàn)算，計(jì)算出凍結(jié)底板在接地履帶范圍內(nèi)能夠承受的最大單位壓力，來(lái)反推驗(yàn)證綜掘機(jī)的接地比壓，最終確定EBZ160綜掘機(jī)完全可以在凍結(jié)底板上運(yùn)行。為保證履帶不覆壓底板已割除凍結(jié)管，在履帶行走前，人工采用風(fēng)鎬將凍結(jié)管周?chē)膬鼋Y(jié)體向設(shè)計(jì)荒底板多挖掘200，挖掘半徑以滿足氧氣割除為前提即可。

（2）加強(qiáng)對(duì)綜掘機(jī)司機(jī)的培訓(xùn)，加強(qiáng)班長(zhǎng)、帶班項(xiàng)目部領(lǐng)導(dǎo)的安全專盯工作，掘進(jìn)機(jī)的炮頭只許在凍結(jié)管之間運(yùn)行，規(guī)范操作，不得觸碰凍結(jié)管，防止對(duì)凍結(jié)體產(chǎn)生擾動(dòng)。

（3）由于井筒設(shè)計(jì)斷面高度較高，綜掘機(jī)一次定位高度達(dá)不到設(shè)計(jì)高度，采用正臺(tái)階法掘進(jìn)，每次掘進(jìn)上臺(tái)階長(zhǎng)度為6 m，掘進(jìn)到位后，進(jìn)行下臺(tái)階刷底工作，一次刷掘到設(shè)計(jì)底板，為減少人工刷幫量，最小控頂距為2 m，最大控頂距為8 m。

（4）采用激光進(jìn)行方位及坡度的控制，頂、兩幫各一道共三道激光，保證了井筒掘進(jìn)的規(guī)整及成型，解決了掘進(jìn)、支護(hù)的定向問(wèn)題。

（5）經(jīng)過(guò)方案的反復(fù)驗(yàn)證及推演，結(jié)合綜掘機(jī)的長(zhǎng)度，循環(huán)段長(zhǎng)以及平行操作空間，確定第二運(yùn)輸機(jī)的長(zhǎng)度為15 m。以月度期望指標(biāo)驗(yàn)算每班的矸石量，確定無(wú)軌膠輪車(chē)的型號(hào)，通過(guò)無(wú)軌膠輪車(chē)的后幫高度，結(jié)合電機(jī)滾筒的拋灑曲線，確定了第二運(yùn)輸機(jī)電機(jī)滾筒的高度。

（6）內(nèi)壁采用雙層鋼筋混凝土支護(hù)，在澆筑外壁前，必須將一次底板澆筑到位，墻部鋼筋必須預(yù)先埋設(shè)，而外壁臺(tái)車(chē)的脫模高度為100，為使鋼筋的安裝滿足規(guī)范要求，內(nèi)外環(huán)筋采用套管和底板預(yù)埋鋼筋連接，預(yù)埋鋼筋裸露底板高度≤90㎜，解決了內(nèi)壁鋼筋對(duì)外壁臺(tái)車(chē)的影響。

（7）根據(jù)無(wú)軌膠輪車(chē)的高度+第二運(yùn)輸機(jī)電機(jī)滾筒的高度，確定了內(nèi)、外壁臺(tái)車(chē)的門(mén)洞高度，根據(jù)無(wú)軌膠輪車(chē)的寬度、行人安全間隙及綜掘機(jī)鏟板的寬度，確定了內(nèi)、外壁臺(tái)車(chē)的門(mén)洞高度。以達(dá)到臺(tái)車(chē)的運(yùn)行獨(dú)立，矸石裝載、轉(zhuǎn)運(yùn)獨(dú)立的效果。

（8）為便于操作，減少輸送泵管的安裝工作量，確定內(nèi)壁滯后于外壁1～2個(gè)循環(huán)，即6～12 m，混凝土輸送泵滯后內(nèi)壁4～10 m。混凝土采用地面廠區(qū)內(nèi)提供的商品混凝土，采用混凝土罐車(chē)直接送達(dá)混凝土輸送泵前，保證了混凝土的質(zhì)量和澆筑的連續(xù)性。這樣既保證了一次成巷的要求，又保證了邊排凍結(jié)管的解凍要求，積極釋放了凍結(jié)能量，為后續(xù)工程的推進(jìn)提供了能量保障。

5 施工組織

根據(jù)工作需要，配備齊全各熟練工種、熟練掌握施工操作技術(shù)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和安全知識(shí)的人員，科學(xué)配備有凍結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)的隊(duì)組。

為實(shí)現(xiàn)快速、優(yōu)質(zhì)、安全、高效施工，施工組織上實(shí)行多工序平行、交叉作業(yè)，為使這種作業(yè)方式在有限的空間內(nèi)有秩序按計(jì)劃均衡地進(jìn)行，堅(jiān)持以工序?yàn)橹行牡慕M織方法成立綜合隊(duì)，在施工中堅(jiān)持正規(guī)循環(huán)作業(yè)。

為保證機(jī)械化配套設(shè)備的最大利用率，我們采用了以下施工組織方案：

（1）平行作業(yè)工序。

①工作面上臺(tái)階掘進(jìn)工序和內(nèi)壁防水塑料薄板的鋪設(shè)，鋼筋的綁扎工序平行。

②工作面下臺(tái)階刷掘工序和底拱鋪設(shè)、底板鋼筋綁扎工序、移內(nèi)壁臺(tái)車(chē)工序平行。

③澆筑一次底板、澆筑內(nèi)壁和工作面架棚工序平行。

④移外壁臺(tái)車(chē)和工作面兩側(cè)挖掘柱窩、架棚工序平行。

（2）掘進(jìn)：采用EBZ160綜掘機(jī)分臺(tái)階掘進(jìn)，定制第二運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)載，無(wú)軌膠輪車(chē)運(yùn)輸出井。

（3）一次支護(hù)：掘進(jìn)段長(zhǎng)為6 m，一個(gè)段長(zhǎng)掘進(jìn)完畢后，立即架設(shè)除反拱后的其它工字鋼棚，架設(shè)好工字鋼棚后，敷設(shè)金屬網(wǎng)。

（4）底板支護(hù)：除去綜掘機(jī)的操作合運(yùn)行空間，底板澆筑滯后綜掘機(jī)6 m，即一次底板距工作面為16～22m。

（5）內(nèi)、外壁的澆筑：當(dāng)?shù)装鍧仓戤吅螅⒓崔D(zhuǎn)入內(nèi)壁澆筑工作。外壁滯后底板2 m，內(nèi)壁滯后外壁6～12 m，一次澆筑段長(zhǎng)為6 m。

依次平行向前推進(jìn)。

6 進(jìn)度展示

從2014年3月1日—2014年10月22日，實(shí)際有效施工天數(shù)為192 d，成巷進(jìn)尺為347 m，月平均進(jìn)度達(dá)到54.2 m，其中2014年8月創(chuàng)造全國(guó)凍結(jié)成井最高紀(jì)錄64.5 m，2014年9月成井67 m，2014年11月再次刷破紀(jì)錄達(dá)到72 m，實(shí)現(xiàn)了工程進(jìn)度預(yù)期目標(biāo)。

7 幾點(diǎn)說(shuō)明

（1）該工程為特厚強(qiáng)含水松散層內(nèi)凍結(jié)鑿井工程。該工程掘進(jìn)集特厚、連續(xù)、均勻砂層和強(qiáng)含水松散層等國(guó)內(nèi)難題于一身，而該條件下的長(zhǎng)斜井凍結(jié)鑿井技術(shù)更為復(fù)雜，施工難度最大、突發(fā)危險(xiǎn)最大、影響工期最大。該凍結(jié)斜井無(wú)論長(zhǎng)度、地質(zhì)條件、機(jī)械化程度均為國(guó)內(nèi)同類(lèi)工程N(yùn)O.1（中礦岳豐田教授）。

（2）我們聘請(qǐng)了國(guó)內(nèi)凍結(jié)專家孟凡良教授（大師級(jí)）領(lǐng)銜的專家團(tuán)隊(duì)作為專家咨詢組，持續(xù)改進(jìn)和改善施工中遇到的各種難題。

（3）隨著工序接替的成熟，各工種之間配合的嫻熟，機(jī)械化配套的進(jìn)一步完善，在大斷面、大跨度、支護(hù)工藝繁復(fù)的條件下，月平均進(jìn)度可望達(dá)到55～60 m。

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