礦山方形井快速施工關(guān)鍵技術(shù)與安全管理

何端華，王祖輝

(1.湖南省新寧縣安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局， 湖南 新寧縣 422700；2.湖南漣邵建設(shè)工程(集團(tuán))有限責(zé)任公司， 湖南 婁底市 417000)

礦山方形井快速施工關(guān)鍵技術(shù)與安全管理

何端華1，王祖輝2

(1.湖南省新寧縣安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局， 湖南 新寧縣 422700；2.湖南漣邵建設(shè)工程(集團(tuán))有限責(zé)任公司， 湖南 婁底市 417000)

礦山方形井施工時，直角井壁往往制約著其施工質(zhì)量和進(jìn)度。大紅山礦業(yè)有限公司二期400萬t/a廢石提升系統(tǒng)采用方形電梯井，根據(jù)方形豎井作業(yè)特點，選用改進(jìn)的施工設(shè)施設(shè)備并對其進(jìn)行合理配套，通過改進(jìn)的可調(diào)節(jié)整體方形金屬模板、空孔二階桶形掏槽光面爆破、提吊穩(wěn)車集中控制、井壁懸掛等多項關(guān)鍵技術(shù)，同時，依靠科學(xué)的安全管理，實現(xiàn)了礦山方形豎井安全優(yōu)質(zhì)條件下的快速施工。

方形豎井；金屬模板；安全管理；井筒掘進(jìn)

0 引 言

地下礦山中斷面形狀為正方形或長方形的方形豎井越來越多，如電纜豎井、電梯豎井及通風(fēng)豎井等，礦山方形井的成巷施工仍要遵循井巷掘砌作業(yè)方式[1￣2]。對于圓形斷面井筒施工，井筒斷面周邊光滑連續(xù)，對施工設(shè)備選型及布置有利，其掘、砌、運(yùn)轉(zhuǎn)等工序系統(tǒng)能夠協(xié)調(diào)運(yùn)作，較容易實現(xiàn)快速施工[3￣4]。但是，方形豎井受四個直角井壁的影響，井筒成型困難，爆破、砌壁等各項工作效率和能力受限。傳統(tǒng)方形井模板施工方法存在整體性差、用工較多、施工工期較長的缺點[5]。安全生產(chǎn)是保證施工工期的基本條件，礦山方形井施工具有特殊性，因此，探討礦山方形井的快速施工技術(shù)和安全管理是很意義的。

玉溪大紅山礦業(yè)有限公司二期400萬t/a廢石提升系統(tǒng)布置于礦體西南，其2#電梯井井筒斷面為方形，為廢石箕斗井底清理廢石的服務(wù)通道，也是-22 m水平及-79 m水平工作面施工人員和材料上下的通道。方形電梯井井筒高度約244 m，凈斷面4.9 m×3.8 m，支護(hù)厚度300 mm，采用C30素砼支護(hù)。巖石硬度系數(shù)f=8～10，涌水量小于5 m3/h。該方形井井筒施工工期為5月，綜合平均月進(jìn)尺49 m，砌壁平整光滑，在安全優(yōu)質(zhì)的條件下實現(xiàn)了快速施工。

1 方形豎井快速施工機(jī)械化配套

礦山方形豎井井筒施工采用短段掘砌混合作業(yè)法施工，施工機(jī)械化配套水平對方形井筒施工速度及質(zhì)量所起的作用與眾多立井井筒快速施工是相同的，即合理的機(jī)械設(shè)備配套是實現(xiàn)快速優(yōu)質(zhì)施工的重要保證。大紅山鐵礦2#方形電梯井井筒施工機(jī)械設(shè)備選型借鑒了立井施工設(shè)備配套先進(jìn)經(jīng)驗，并充分考慮方形井筒的施工局限性，所采用的井筒施工機(jī)械設(shè)備見表1。

2 礦山方形豎井快速施工方案

方形豎井施工仍采用立井短掘短砌混合作業(yè)施工方法，可分為施工準(zhǔn)備、井筒準(zhǔn)備段和井筒正常段施工三個步驟，工藝流程見圖1。

2.1 施工準(zhǔn)備

方形豎井施工進(jìn)場前，做到通車、通水、通電、通訊等“四通”，施工用料從斜坡道及廢石箕斗豎井兩通道下放至工作面，井筒矸石則通過輔助斜坡道運(yùn)至地表廢石場；供水從二期斜坡道岔口接水；供電從二期工程配電硐室搭電；通訊方面，井口、井下安裝礦用安全電話。在礦山方形電梯井施工之前，需完成電梯井的上部工程施工，以便布置鑿井穩(wěn)車和天輪平臺。

圖1 礦山方形豎井施工工藝流程圖

2.2 井筒準(zhǔn)備段施工

形成方形井筒正掘條件之前，必須施工一定深度的井筒準(zhǔn)備段以配合吊盤、封口盤安裝，該電梯井準(zhǔn)備段高度不少于23 m。

井筒準(zhǔn)備段施工采用HS-4型長繩懸吊抓巖機(jī)抓巖，主提升穩(wěn)車提3 m3吊桶上下人員材料施工。為防止爆破砸壞天輪平臺，在天輪平臺鋼梁下焊接鐵板，并采用放小炮或分次爆破方式以減小爆破沖擊，鑿巖設(shè)備為YT-28風(fēng)鉆，眼深2 m。井口采用鋼梁、木板簡易封口施工。抓巖機(jī)抓巖后，提至機(jī)房硐室水平以上，采用調(diào)度絞車將抓斗拉至機(jī)房硐室卸碴，再采用裝載機(jī)將碴轉(zhuǎn)運(yùn)至汽車出碴。采用木模板支護(hù)，支護(hù)段高3 m，在井壁懸掛溜灰管下放砼，分層對稱澆筑。井筒掘至井口以下23 m位置時，停止掘進(jìn)，安裝鋼模穩(wěn)車并組裝可調(diào)節(jié)整體方形金屬模板，安裝吊盤穩(wěn)車并組裝自制雙層吊盤，然后上提吊盤，利用吊盤在機(jī)房硐室安裝翻矸平臺及翻矸溜槽，最后，將吊盤落至井口以下，安裝井口封口盤，完善吊掛系統(tǒng)形成正掘條件。

2.3 井筒正常段施工

方形井筒正常段施工的工序主要有鉆眼爆破、裝巖清底和支護(hù)襯砌，各工序滾班循環(huán)作業(yè)。

(1) 鉆眼爆破。為了提高方形豎井施工進(jìn)度，在方形電梯井施工中，采用了適當(dāng)增加炮眼深度、提高掏槽效率等措施增加每掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺的方式以加快施工進(jìn)度。采用YT-28風(fēng)鉆打眼，各眼均先采用2 m鋼釬打眼，然后采用2.5 m鋼釬套眼加深，鉆眼深度2.5 m，采取分區(qū)、劃片鉆眼，各臺鉆由井幫向中心或由中心向井幫順序鉆眼。采用大并聯(lián)方式聯(lián)線爆破，裝藥聯(lián)線后起吊盤。井筒內(nèi)鋼絲繩懸吊電纜放炮，采用LR-Z型發(fā)爆器井口遠(yuǎn)距離啟爆磁電雷管爆破。在通風(fēng)上采用了大功率對旋式風(fēng)機(jī)配Φ600 mm雙抗膠質(zhì)風(fēng)筒通風(fēng)排煙。

(2) 裝巖清底。礦山方形豎井凈徑通常較小，只能布置一臺抓巖機(jī)裝巖，在方形電梯井施工中，采用HS-4長繩懸吊抓巖機(jī)配0.4 m3抓斗裝巖。受井筒凈斷面限制，提升吊桶無法配置很大，大紅山方形電梯井?dāng)嗝鎯舫叽?.9 m×3.8 m，經(jīng)優(yōu)化布置，采用1臺10 t鑿井絞車(盤形閘)提升2個3 m3吊桶出矸石，翻矸平臺座鉤式翻矸，翻矸平臺翻矸卸矸至機(jī)房硐室。井底清底工作采用抓巖機(jī)和人力并用，互相配合，采用多臺風(fēng)鎬清底鋪助清底加快清底工作。

(3) 支護(hù)襯砌。采用可調(diào)節(jié)整體方形金屬模板砌壁，模高3 m，砌筑段高3 m。砌筑所需的混凝土在地面配好，采用運(yùn)送罐車將料運(yùn)至方形井筒井口，搭好澆注工作臺，采用溜灰管下料。混凝土的砌壁澆筑采用對稱分層環(huán)形澆灌的方法，分層厚300 mm，以防鋼模一側(cè)砼堆積擠壓整體方模造成跑模。用插入式風(fēng)動振動棒振搗，在吊盤上處理，接茬必須飽滿密實，保證接茬質(zhì)量。

3 方形豎井快速施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 空孔二階桶形掏槽光面爆破

方形豎井爆破進(jìn)尺易受到4個拐角的夾制作用，掏槽眼的布置極為重要，根據(jù)眾多類似工程經(jīng)驗[2]，掏槽眼中心留設(shè)不裝藥的空孔，空孔直徑等于或大于裝藥掏槽眼直徑，作為裝藥掏槽眼爆破時的輔助自由面和破碎體的補(bǔ)償空間，因此，在炮眼布置上采用直眼桶形掏槽方式，即采用空孔二階桶形掏槽光面爆破，有效地提高了方形井筒掘進(jìn)爆破效果。為減少超欠挖，周邊眼距比常規(guī)光面炮眼間距要小，并在拐角布置導(dǎo)向孔。炮眼布置詳見圖2。爆破效果詳見表2。方形井筒施工中根據(jù)巖石情況及時調(diào)整，選取最佳爆破參數(shù)。

3.2 可調(diào)節(jié)整體方形金屬模板

為實現(xiàn)礦山方形豎井井筒的快速優(yōu)質(zhì)施工，將傳統(tǒng)組合式散裝木模板或鋼模板進(jìn)行整體化創(chuàng)新設(shè)計，研制出可調(diào)節(jié)整體方形金屬模板進(jìn)行砌壁。根據(jù)方形豎井?dāng)嗝娴膶嶋H尺寸定制可調(diào)節(jié)整體方模，整體方模主要由4組直角組合金屬模板、搭接T型板、搭接槽鋼、液壓油缸、限位千斤頂和限位螺栓構(gòu)成[5]，10 mm厚鋼板卷焊而成，模高3 m，如圖3所示。玉溪大紅山礦業(yè)有限公司二期廢石提升系統(tǒng)方形電梯井?dāng)嗝鎯舫叽?.9 m×3.8 m，方模有4個脫模收縮口，調(diào)節(jié)伸縮范圍為(5000～4700)mm×(3900～3600) mm，方模調(diào)節(jié)伸縮主要通過液壓油缸實現(xiàn)。

圖2 方形豎井井筒炮眼布置

表2 爆破效果

圖3 可調(diào)節(jié)整體方形金屬模板

3.3 提吊穩(wěn)車集中控制

在方形豎井井口信號室設(shè)集中控制系統(tǒng)，所有吊盤及溜灰管、風(fēng)水管、排水管提吊穩(wěn)車(包括管線懸吊穩(wěn)車)啟動開關(guān)在信號室，設(shè)置成既能聯(lián)動又能分動的集中控制裝置起吊吊盤，吊盤至距井底工作面20 m以上。實踐表明，集中控制起落吊盤時間與不同步起落相比縮短1 h以上。

3.4 管線井壁懸掛技術(shù)

壓風(fēng)管、排水管、供水管、膠質(zhì)風(fēng)筒均采用穩(wěn)車懸掛，解決了傳統(tǒng)井壁懸掛需單獨占用掘進(jìn)循環(huán)時間的問題，在井口進(jìn)行管線延接，井口以下及吊盤以上10～15 m供壓風(fēng)、供水管、排水管均采用軟管連接，在井口、吊盤上預(yù)留部分軟管可減少鋼管延接次數(shù)，大大地縮短吊盤起落時間，從而節(jié)省方形井筒施工時間。

4 礦山方形井快速施工安全管理

(1) 安全管理機(jī)構(gòu)及制度。為了有效控制安全生產(chǎn)過程，專門建立了以安全副經(jīng)理和專職安全員為主的安全管理部，施工班組再增設(shè)一名群安員，專職安全員和群安員在安全副經(jīng)理的指揮領(lǐng)導(dǎo)下，開展各項施工安全管理工作，每周每月都有定期和不定期的安全檢查，堅決制止“三違”，并健全安全生產(chǎn)責(zé)任制。

(2) 設(shè)備安全操作管理。所有機(jī)電設(shè)備包機(jī)到人，專職人員須每天檢查各工序設(shè)備設(shè)施，掛牌管理；項目部機(jī)電部門定期檢查提升裝置和提升絞車的運(yùn)行情況，所有電氣設(shè)備都配有過流保護(hù)、漏電保護(hù)和保護(hù)接地裝置；整體方形模板實行定期檢查、校對，應(yīng)穩(wěn)定牢固，拼接嚴(yán)密，無松動，螺栓緊固可靠，以防施工過程中發(fā)生位移，發(fā)現(xiàn)規(guī)格尺寸有變化應(yīng)及時進(jìn)行調(diào)整。

(3) 頂板安全管理。堅持敲幫問頂制度，根據(jù)豎井施工特點，人員乘坐吊桶到達(dá)作業(yè)面時，先檢查井筒井壁是否有松矸浮石，發(fā)現(xiàn)松矸浮石及時處理，在處理過程中選擇沒有松、浮石的位置站人，嚴(yán)格執(zhí)行頂板分級管理的安全確認(rèn)程序。每次檢查形成臺帳，確保安全再進(jìn)行作業(yè)面風(fēng)水管連接等工作。

(4) 爆破安全管理。放炮必須有專職放炮員負(fù)責(zé)，經(jīng)過專門培訓(xùn)合格后，并持證上崗。執(zhí)行爆破物品清退制度，在施工現(xiàn)場使用雷管炸藥時，嚴(yán)格執(zhí)行當(dāng)班領(lǐng)取當(dāng)班清的規(guī)定；在井筒裝藥時，除放炮人員、信號工外，其他人員都須撤至井筒口；雷管炸藥入井前，工作面的電氣設(shè)施提離裝藥點20 m左右；爆破后通風(fēng)30 min，炮煙吹散，及時清掃各層盤，然后放炮員、安全員等進(jìn)入工作面檢查爆破情況，確認(rèn)安全后方可通知其它人員入井出渣。

(5) 個人安全預(yù)防。作業(yè)人員須先檢查、熟悉工作地點的管線、安全狀況，然后因地制宜的采取安全作業(yè)方法。作業(yè)人員須系上安全帶、戴上安全帽、穿上工作鞋，嚴(yán)禁穿拖鞋或膠底布鞋上崗；乘坐吊桶上下井筒時，嚴(yán)禁在井下打鬧，須扣靠保險帶，服從井口信號工安排，嚴(yán)禁飲酒下井。

5 結(jié) 論

礦山方形豎井工程與其它圓形豎井工程相比，其施工方法相對復(fù)雜、工程難度大。因此，根據(jù)方形豎井作業(yè)特點，選用改進(jìn)的施工設(shè)施設(shè)備并對其進(jìn)行合理配套，采取了可調(diào)節(jié)整體方形金屬模板、空孔二階桶形掏槽光面爆破、提吊穩(wěn)車集中控制、井壁懸掛等多項技術(shù)創(chuàng)新，解決了方形豎井工程砌壁、爆破、提升等問題，同時，依靠科學(xué)的組織管理和嚴(yán)密的安全措施，實現(xiàn)了礦山方形豎井安全優(yōu)質(zhì)條件下的快速施工。

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段 萌(1988-)男，陜西渭南人，助理工程師，主要從事煤礦開采技術(shù)，Email：821773655@qq.com。

2017￣01￣08)