福城煤礦副井井筒延伸施工技術(shù)研究

李明明

（山東華新建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東 泰安 271219）

1 工程概況

福城煤礦井田面積約49.26 km2，采用立井開(kāi)拓，原設(shè)計(jì)副井井筒深540 m，凈直徑7.5 m，井底車場(chǎng)水平+740 m，已于2015年5月10日竣工。在礦井開(kāi)拓之初，采用主井進(jìn)風(fēng)、副井回風(fēng)方式通風(fēng)，隨著南翼副井和風(fēng)井貫通，風(fēng)井已經(jīng)投入投用，為了簡(jiǎn)化井下通風(fēng)系統(tǒng)，現(xiàn)副井井口已進(jìn)行了封堵，井下貫通巷內(nèi)設(shè)置了兩道聯(lián)鎖風(fēng)門。地面原鑿井設(shè)施均已拆除。井底水窩內(nèi)積水至井底車場(chǎng)水平，深度40 m。延深施工需要重新布置鑿井設(shè)施，并啟封副井井口，排除井底積水，拆除+740 m水平以下已裝備的構(gòu)配件等工作。

延深工程量共計(jì)220 m (+740～+520 m)，延深后井筒總深度760 m。副井延深段井筒凈直徑7.5 m，凈斷面44.16 m2。施工的探測(cè)鉆孔發(fā)現(xiàn)延伸段巖層賦存穩(wěn)定，巖層巖性參數(shù)見(jiàn)表1；探測(cè)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)有斷層破碎帶、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造，延伸段水文地質(zhì)簡(jiǎn)單，涌水量在4 m3/h以內(nèi)。

表1 副井井筒延伸段巖層巖性

2 井筒延伸施工技術(shù)

2.1 總體施工布置

為了實(shí)現(xiàn)福城煤礦副井井筒延深段安全、快速、優(yōu)質(zhì)、高效施工的目標(biāo)，將新工藝、新技術(shù)以及新材料、新設(shè)備應(yīng)用到延伸掘進(jìn)中［1］。

（1）新工藝

①立井快速施工機(jī)械化作業(yè)線：井筒施工用傘鉆（FJD-6A型）鑿巖，抓巖機(jī)（HZ-6 型）出矸；金屬大模板（MJY3.7/7.5 型）砌壁。

②快速裝矸工藝：HZ-6 型抓巖機(jī)、耙矸機(jī)相互配合實(shí)現(xiàn)井底矸石快速裝罐、出矸。

（2）新技術(shù)

采用深孔光面爆破技術(shù)，混凝土自動(dòng)攪拌下料系統(tǒng)；絞車、穩(wěn)車電控采用PLC控制等新技術(shù)［2-3］。

（3）新材料、新設(shè)備

為避免井筒支護(hù)混凝土出現(xiàn)裂縫，在混凝土中采用新型減水劑、防裂密實(shí)劑等新材料；為提高支護(hù)效率，使用液壓大模板等新設(shè)備。具體井筒施工中使用的機(jī)械設(shè)備及規(guī)格見(jiàn)表2。

表2 井筒施工機(jī)械設(shè)備

2.2 延伸段井筒施工工藝

（1）井筒掘進(jìn)

①鑿眼設(shè)備、爆破器材

單臺(tái)傘鉆（FJD-6A型）上配備6 臺(tái)導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)（YGZ70 型），配備鉆頭直徑為Ф42 mm。

爆破材料為T220 水膠炸藥，技術(shù)參數(shù)為：規(guī)格Ф35 mm×400 mm（0.5 kg），爆速3 700～4 000 m/s，猛度16～20 mm，密度1.2～1.3 g/cm3。掘進(jìn)穿煤時(shí)將T220 水膠炸藥改用T320 型安全型水膠炸藥。爆破電纜選用MY0.66/1.14 kV-3×25+1×16 橡套電纜。

②光面爆破布置

a、炮眼深度

根據(jù)傘鉆、支護(hù)模板參數(shù)并盡量避免井壁接茬，將循環(huán)進(jìn)尺設(shè)計(jì)為3.7 m。井筒掘進(jìn)采用一掘一砌方式，為給砌筑預(yù)留一定操作空間，將炮眼深度確定為4.1 m。

b、炮眼布置形式

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)研究成果［4-6］，確定的炮眼布置形式為：采用直眼掏槽法破巖，具體布置掏槽眼6 個(gè)；輔助掏槽及輔助眼92 個(gè)；周邊眼50 個(gè)，共142 個(gè)炮眼。具體炮眼布置形式見(jiàn)圖1、炮眼參數(shù)見(jiàn)表3。爆破孔內(nèi)炸藥為反向裝藥結(jié)構(gòu)，起爆順槽依次為掏槽眼、輔助眼、周邊眼。

表3 炮眼參數(shù)

圖1 炮眼布置

（2）裝巖及提升

依據(jù)光面爆破孔布置參數(shù)，爆破后產(chǎn)生約400 m3的松散矸石量，使用的抓巖機(jī)（HZ-6 型）運(yùn)量為50 m3/h，可滿足施工需要。

充分利用抓巖機(jī)的裝巖能力和人工風(fēng)鎬刷幫，確保抓巖機(jī)最大程度的合理化使用。抓巖機(jī)的工作順序：挖出罐窩- 清理周邊矸石、扒矸成堆-刷幫、清底。

2.3 永久支護(hù)工藝

副井延深段永久支護(hù)采用C40 素混凝土支護(hù)，厚度600 mm。金屬模板由地面四臺(tái)單16T穩(wěn)車懸吊實(shí)行集中控制。

模板中僅有一條伸縮縫，通過(guò)多個(gè)液壓油缸同時(shí)內(nèi)收以及模板自身重量實(shí)現(xiàn)脫模。脫模后模板下移到指定位置，依靠液壓油缸同時(shí)外放，將模板恢復(fù)到原有設(shè)計(jì)尺寸，固定牢固后即可澆筑混凝土。

（1）混凝土的澆灌

在副井井口北側(cè)設(shè)混凝土攪拌站，布置兩臺(tái)JS-1500 型大容量攪拌機(jī)，配一臺(tái)PLD-2400 型自動(dòng)計(jì)量上料系統(tǒng)。在混凝土澆灌前使用風(fēng)鎬對(duì)接茬處進(jìn)行清刷打毛處理。采用2 個(gè)TDX-2 型底卸式吊桶下放混凝土，澆筑時(shí)混凝土垂直入模，均勻下料，分層澆筑，單層厚度控制在300～400 mm，并用ZN-70 型振搗器震搗，以便消滅蜂窩、麻面等。

3 應(yīng)用效果分析

施工時(shí)對(duì)采用的爆破方案應(yīng)用效果進(jìn)行考察，具體結(jié)果見(jiàn)表4。掘進(jìn)時(shí)施工的炮眼綜合利用率達(dá)到90%、循環(huán)進(jìn)尺量達(dá)到3.7 m，取得較好的破巖效果。破巖后采用的矸石提升系統(tǒng)提升了矸石外運(yùn)效率并降低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度；使用MJY-3.7/7.5 型整體液壓金屬模板提高了混凝土灌注效率以及一次支護(hù)范圍，提高了圍巖支護(hù)效率。現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)井筒掘進(jìn)進(jìn)尺可達(dá)到90 m/月，同時(shí)未監(jiān)測(cè)到井筒變形。在副井井筒延伸掘進(jìn)施工中采用的掘進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了井筒高效、安全、快速施工目的。

表4 爆破效果

4 結(jié)語(yǔ)

1）采用先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備以及合理的施工方案是實(shí)現(xiàn)井筒快速、安全延伸掘進(jìn)的關(guān)鍵。采用機(jī)械化鑿巖、光面爆破破巖以及MJY-3.7/7.5 型整體液壓金屬模板支護(hù)圍巖，不僅提高井筒掘進(jìn)效率而且顯著降低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)；采用耙裝機(jī)將矸石扒至井筒內(nèi)，用HZ-6 型抓巖機(jī)裝罐出矸，提升了矸石外運(yùn)效率。傳統(tǒng)的小模版、耙渣機(jī)等施工方式井筒掘進(jìn)進(jìn)尺一般在50 m/月以內(nèi)，而文中所提的井筒施工技術(shù)在井筒支護(hù)、矸石外運(yùn)等方面綜合自動(dòng)化效率均得以提升，井筒掘進(jìn)進(jìn)尺達(dá)90 m/月。

2）依據(jù)福城煤礦副井延伸實(shí)際情況，對(duì)副井筒延伸施工過(guò)程中使用的機(jī)械設(shè)備、破巖以及支護(hù)方案等進(jìn)行設(shè)計(jì)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，副井筒循環(huán)進(jìn)尺量達(dá)到3.7 m，炮眼綜合利用率達(dá)到90%，副井筒耗時(shí)74 d即可完成延伸工作。