千米立井安全高效建井技術

摘 要：文章以潘一東井第二副井施工為例，通過對第二副井采用地面預注漿、表土凍結、深孔爆破等技術，強化機械化配套，實現了井筒快速、優質、安全施工，為千米深井建井積累了經驗。

關鍵詞：千米立井；建井技術；預注漿

1 工程概況

潘一東井第二副井服務礦井第二水平，設計深度1034.2m，表土深203.6m。其中凍結段井壁為內外層復合井壁，鋼筋砼支護，砼強度C30～C60，外壁550mm，內壁600mm；基巖段為單層井壁，素砼支護，砼強度C30～C50，-700m以上厚600mm，以下厚700mm，破碎帶和過煤層段井壁厚度900mm。

2 地面預注漿

根據第二副井井檢查孔簡易水文觀測結果及檢查孔巖芯來看，裂隙絕大部分為開式，未充填，導水及賦水性較強。故合理選擇注漿圈徑、注漿量、注漿段高和注漿壓力，是本次注漿的關鍵。

2.1 注漿參數設計

第二副井內圈直孔注漿和外圈Y孔注漿。內圈布置注漿孔8個；外圈“Y”孔自300m左右起定向鉆進分叉成8個。內圈直孔注漿起止深度為227.00～512.00m；外圈“Y”型分支孔注漿起止深度為502.00～1045.2m，“Y”型分支孔注漿段與內圈孔注漿段重合10m。根據含水層深度及厚度，內圈孔段高為60～77m、外圈孔段高不超過為100m為宜。本次注漿段高依據第二副井檢查孔揭露的含水層位置及厚度情況，段高劃分為10個注漿段，段高60～98m。

為保證注漿質量，即在井筒周圍形成有效的堵水帷幕，漿液有效擴散半徑應相應增大，必須提高注漿壓力。巖帽段注漿壓力為1.5～2.0倍的靜水壓力。內圈孔基巖各段注漿終壓取2～2.2倍的靜水壓力。外圈孔基巖各段注漿終壓取2倍的靜水壓力。注漿壓力根據實際情況可有所調整。

2.2 實際注漿情況及注漿效果

本次注漿實際注漿量38938m3，是原施工組織設計注入量31604m3的123.21%，設計每米注入量38.63m3，實際每米注入量47.59m3。本次注漿通過壓水試驗來預計井筒剩余涌水量為0.895m3/h，井筒實際涌水量為3.6m3/h，達到預想效果，實現了打干井的目標。

3 井筒凍結

凍結法施工首先考慮的是井筒掘砌安全問題，其次要實現上部片幫量少、下部少挖凍土，提高綜合成井速度。故在保證凍結壁強度、厚度的技術原則下，實現井筒施工綜合效益最大化的目標。

3.1 凍結設計

凍結壁厚度計算普遍采用多姆克公式，計算為4.1m。設測溫孔4個。T1、T4深276m；T2、T3深204m。設計布置水文孔三個，報導層位為賦水砂層：淺孔W1孔深48m、報導層位22～46m；深孔W2孔深72m，報導層位52～70m；W3深度188m，報導層位163～186m。

3.2 鉆孔施工

按設計鉆孔質量要求：所有鉆孔向井中方向偏斜最大值不得超過300mm；表土層偏率不大于0.2‰，最大孔底距不大于1.6m；基巖段偏率不大于0.3‰，相鄰兩深孔最大孔底距不超過3.5m。經檢測，表土段相鄰兩孔最大水平間距為1546mm，在Z33～Z34之間，其次為1523mm，在Z2～Z3之間；基巖段相鄰兩深孔最大孔間距

3196mm，在Z41～Z43之間；其次為3041mm，在Z17～Z19之間。綜上所述，最大孔間距均小于施工組織設計要求，造孔質量優良。

3.3 凍結設備配置及運轉

經計算，第二副井凍結需冷量174.64×104Kcal/h，結合淮南礦區凍結經驗，凍結站采用高效螺桿壓縮機組制冷，裝機制冷量大于需冷量的4倍以上。故凍結站共配備6臺25型壓縮機、2臺20型壓縮機，采用串聯雙級方式運作，裝機制冷量721.2×104Kcal/h。

3.4 凍結效果

開機送冷至交圈冒水共52天，凍結第54天試挖，驗證凍結壁強度、厚度均達到設計要求后，井筒于凍結第58天正式開挖。實際揭露，井筒淺部主要為粘土地層，井幫溫度相對下部砂性地層溫度高，到累深80m后井幫溫度達0℃，向下凍土進幫，在188m處凍土最大進井幫700mm。至凍結表土段施工完畢時，井幫溫度達-7℃，開挖過程中無斷管、無井壁壓壞、無漏水，井筒一次性順利通過凍結段。

4 井筒施工技術

（1）表土段。掘進設備采用2臺小松PC60型挖掘機，人工輔助掘進，先挖井筒凈徑以內部分，人工輔助逐段刷幫，挖掘機配合2臺HZ-6中心回轉抓巖機裝罐出矸。施工前制定切實可行的防片幫措施，指導施工。

（2）基巖段。基巖段采用鉆爆法掘進，采用FJD-6G型傘鉆配YGZ-70型鑿巖機配B25×5000mm六角中空合金鋼釬、Φ55mm十字型合金鉆頭鑿巖，凍結基巖段爆破材料采用三級煤礦許用防凍炸藥和抗雜散秒延期電雷管，基巖段（凍結基巖以下50m起）采用三級煤礦許用含水炸藥，抗雜毫秒延期鐵質腳線（揭煤期間用銅質）電雷管，雷管腳線長度6.5m。采用2臺HZ-6中心回轉抓巖機裝罐出矸。挖掘機清理凈底。通過以上機械化配套，圍繞著井筒掘進，形成了“兩掘、兩裝、兩提”同時作業的方法，提高了掘進速度。

5 井筒快速掘砌關鍵技術

5.1 加強注漿

通過地面預注漿，切實解決基巖段含水層出水問題。對破碎帶、斷層、煤層、井筒連接處等部位，進行加強注漿，一方面進行圍巖加固，另一方面防止破碎帶、斷層導水。基巖第一含水層采取及注又凍的措施，安全通過第一含水層。

5.2 加強凍結監控和分析

測溫系統采用多路數字溫度監測儀對凍結壁溫度場進行實時監測，同時在各個凍結器設置溫度傳感器，監測所有凍結器去回路溫度情況，分析對比單孔鹽水流量是否達設計要求。認真分析和總結了潘一東風井、主井和副井凍結工程的不足，第二副井中將22～46m表土含水層作為報導層位，能準確的判斷淺部凍結壁發展情況。

5.3 優選鑿井設備

在立井機械化配套方面，構建 “四大一挖”鑿井設備系統，即“大絞車”、“大吊桶”、“大抓巖機”、“大模板”和小型挖掘機，圍繞著井筒掘進，形成了“兩掘、兩裝、兩提”同時作業的方法，提高了掘進速度。結合良好的凍結效果和基巖段光面爆破技術，掘進平均段高循環時間16小時，成井4m，井筒掘進速度快。

6 結束語

潘一東礦第二副井通過采用地面預注漿、表土凍結、深孔爆破等技術，強化機械化配套，實現了井筒快速、優質、安全施工，為千米深井建井積累了經驗：

（1）凍結站裝機制冷能力不小于井筒需冷量的4倍，主孔間距1.2m、輔孔間距在2.6m左右、圈距在2.0m左右、內圈孔距離井筒最大掘進荒徑1.4左右，能為井筒凍結快速交圈冒水及較快達到設計強度和厚度提供保障，實現少挖凍土的目標。同時加強對含水層報導，采取分層報導的方法，每層配獨立的報導水文孔，確保層位報導的準確性。

（2）立井掘砌施工中采用“四大一挖”機械配置，即：大絞車（滾筒直徑3.0m以上）、大吊桶（4m3以上）、大模板（4m以上）、大抓巖機（0.6m3）、挖掘機等綜合機械化配套設備，形成了“兩掘、兩裝、兩提”同時作業的方法，能實現了立井凍結沖積層的快速掘砌。在基巖段使用鉆爆法掘進時，保證大絞車（滾筒直徑3.0m以上）、大吊桶（4m3以上）、大模板（4m以上）、大抓巖機（0.6m3）、挖掘機配合清理的機械化配套，能實現深井基巖快速掘砌。

作者簡介：羅星剛（1983-），男，四川蒼溪人，2007年河北工程大學采礦工程專業畢業，現工作于淮南礦業集團潘一礦東井，一直從事采礦技術與管理工作。