萬福礦井副井井筒掘砌技術探討

張遷 于玉田 高祥

摘 要：萬福礦井副井井筒直徑7.0m，井深894.368m，凍結深度840m，其中井筒實際揭露穿過表土層厚度為754.96m，井筒表土最大荒斷面118m2，是目前世界上穿過表土層最深的井筒，建井難度為世界之最。外壁崛砌一次性穿越超大井徑超深厚表土層754.96m，刷新了該領域的世界紀錄，并獲得大世界基尼斯之最的認證。

關鍵詞：外壁；段高；掘砌

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.053

萬福礦井位于菏澤市巨野縣城西南約30km處，距菏澤45km，面積129.86k㎡，礦井采用立井開拓方式，布設一主、一副、一風三個井筒；礦井設計成產能力1.80Mt/a。全區共獲得各類煤炭資源量309.24Mt，礦井可采儲量為169.03 Mt。

萬福礦井副井井筒于2015年6月21日至23日施工臨時鎖口，6月24日至30日進行試挖施工至井深27.5m；7月1日，副井正式開始進行外壁掘砌施工，于2016年5月9日掘砌完成，累計用時313天，外壁掘砌深度815m。

1 外壁掘砌

1.1 表土段的施工

井筒開挖前，凍結段必須具備開挖條件，如下：

（1）井筒中的水文觀測孔內的水位先緩升，再下降，然后逐漸上升，最后迅速上升并通過孔口溢出。（2）通過分析測溫孔、水文孔情況，凍結壁的發展厚度已達到設計要求。（3）經過井筒試挖，可以證明凍結壁已實際形成，而且與觀測結果一致。（4）采用的鑿井設備等設施已調試安裝完畢。（5）各種施工用的材料和人員配備完成。（6）充分論證凍結壁厚度、強度，結合類似地層施工經驗，科學合理定出開挖的時間。

要進行井筒的開挖，除了滿足以上敘述的條件外，還要進行綜合考慮，保障井筒能夠滿足進行連續施工的條件。具體地的來說是：根據掘砌井筒的速度和相對應的時間點時凍土的發展情況來分析、預測，盡最大限度的保障不同時期凍結壁的厚度、強度及與井幫的距離，使之都能夠滿足井筒連續施工的安全需要。

采用機械化施工方法進行施工時，適合采用中心回轉抓巖機配合電動挖掘機進行掘進，模板采用整體金屬形式。井壁需要的混凝土由地面的攪拌站進行配制，在封口盤形成之前，通過溜槽進行入模施工；等到封口盤形成后，使用底卸式的吊桶進行下料，通過井口搭建的皮帶機將混凝土通過攪拌機輸送至吊桶內，由此實現了井口“不摘鉤”進行下料，通過底卸式吊桶的輸送，將混凝土下放至井下吊盤的分灰器進行入模施工，入模混凝土當采用振動棒進行分層密實震搗；試挖段深度以30米左右為宜。

1.2 基巖段施工

（1）掘進。井筒基巖段施工時，適合用立井機械化快速施工法，利用鉆爆法進行掘進，采用FJD-6A型傘鉆搭配YGZ-70型鑿巖機鑿巖，所采用的爆破材料為煤礦許用的抗凍水膠炸藥以及毫秒延期電雷管。采用光面、光底、弱震、弱沖深孔爆破技術。（2）裝巖排矸。采用電動挖掘機配合中心回轉裝巖機進行裝罐出矸，之后挖掘機進行清底工作。一般情況是先利用兩套單鉤提升，矸石上井后通過溜矸槽直接溜入地面，然后再由自卸式汽車排入工廣指定場地。（3）砌壁。凍結段外壁砌筑壁時，適合用整體金屬下行刃腳模板，模板是由直模以及刃腳通過螺栓鏈接形成一個整體，模板由地面穩車懸吊。模板的段高應該綜合考慮凍結情況以及圍巖的穩定性，采用2.5/4.0m施工段高砌壁。

2 技術支持

為了更好的掌握井壁受力、變形情況，并科學的指導井筒進行掘砌工作，建設單位與中國礦業大學巖土工程所合作，開展了凍結表土段信息化施工監測研究。

2.1 井筒工作面溫度及變形監測

（1）監測內容。1）溫度監測：包括井底溫度，井幫溫度、空氣溫度；2）變形監測：包括外壁收斂，井幫位移、井底位移；3）井內凍土發展厚度。

（2）監測目的。通過開展本項監測，可以初步分析凍結壁與井筒外層井壁的安全性。在此監測數據基礎下開展凍結溫度場、凍結壁受力與變形反演、預測，還可以指導深部地層的井筒掘砌施工。

2.2 傳感器埋設

副井井筒外壁共設置7層壓力傳感器，層位分別為2015年8月16日安裝第一層：67模（218m—221.6m）；2015年10月5日安裝第二層：108模（351.8m—354.3m）；2016年1月9日安裝第三層：192模（568m—571m）；1月21日安裝第四層：202模（598m—601m）；2月25日安裝第五層：218模（646m—649m）；3月14日安裝第六層：233模（691m—694m）；3月31日安裝第七層：244模（724m—727m）。

3 經驗總結

在保證質量安全的前提下，為加快外壁掘砌施工進度，建設單位及施工單位各方在不同階段采用了一系列措施，有很多方面值得借鑒，先總結一下。

（1）井筒開挖時間不能過早，要積極聽取凍結單位的意見，不能盲目搶工期。（2）井筒320m內外壁以上應采用雙層鋼筋，鋼筋標號可適當降低，總鋼筋量增加有限，井壁混凝土受力比單層鋼筋好很多，井壁0-100m砼標號由C30變為C40，加強砼強度。（3）在保證混凝土初凝強度達到的前提下，加快施工速度，減少空幫時間。（4）混凝土脫模時間要根據同等條件下養護的試塊監測強度確定。（5）盡量采用短掘快支的方法，段高采用2.5m。（6）變徑過程中要加強支護，可以采用小壁座進行加強支護，加快工序轉換速度，減少空幫時間。（7）選擇較大直徑的滾筒及配套提升設備，選用大吊桶進行提升。

4 前瞻

萬福礦井副井井筒外壁已于2016年5月9日掘砌完成，與周邊相鄰礦井井筒外壁掘砌相比，實現了一次性外壁掘砌到底的可喜成果，避免了二次套壁，減少了內層井壁冷接茬，對以后的井筒安全及防水具有重要的意義。萬福副井井筒的掘砌對以后巨厚表土層井筒的施工，具有很高的指導價值，是建井技術發展的里程碑工程。

參考文獻：

[1]任彥龍，楊維好，王衍森.某礦井凍結溫度場的數值模擬[J].西部探礦工程，2003（03）：89-90.

[2]崔廣心，楊維好，呂恒林.深厚表土層中的凍結壁和井壁[M].徐州：中國礦業大學出版社，1998.

[3]崔云龍.簡明建井工程手冊[M].北京：煤炭工業出版社，2003.

作者簡介：張遷（1982-），男，山東東平人，本科，助理工程師，從事礦建、安全工作.