第三讲_立井快速施工概述

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资源描述:
井巷设计优化与施工新技术第三讲立井快速施工概述 湖南工程学院曾宪桃 博士 教授 博士生导师 二零一零年八月 一 立井施工速度发展概况 全国煤矿立井施工平均月成井进度迅速提高 1974年16 4m 月1984年提高到29 26m 月 10年增长了78 4 1994年达到39 44m 月 这l0年又增长了35 1974年相比 提高了l40 1997年达到了45 43m 月 比1994年增长了l5 与1974年相比 提高了177 与近年来斜井 岩巷月进度长期徘徊的局面形成极大反差 一 立井施工速度发展概况 涌现出大批立井快速施工新纪录 过去立井井筒施工月进度突破百米是极其困难的事情 1974 1985年立井施工月进度有25次突破100m 最高月成井l83 3m 表土冻结段 1986 1996年又有23次月进度突破l00m 最高月成井201m l997年全年就有28次月成井突破l00m 最高月成井l46m 1998年已经有l9次突破月成井100m 其中5次超过183m 最高月成井216 5m 表土冻结段 特别指出的是月成井超过100m水平的分布面很广 一 立井施工速度的发展概况 井筒施工速度加快 使建井工期大大缩短 最突出的就是涌现出一批当年开工 当年到底的井筒 峰峰大淑村矿副井深688m 当年开工 当年到底 平均月成井77 34m 平顶山十三矿副井 鸡西小恒山西风井平均月成井分别为78m和84 8m 宣东二矿副井6个月成井超百米 平均月成井l08 3m 主井3个月超百米 基岩段平均月成井达108 9m 快速施工 既缩短了建设工期 也节省了大量资金 设计年产能力l 5Mt的铁法三台子一井井筒快速施工 多次月成井超百米 全井建设总工期仅40个月 大淑村副井工期比合同要求缩短5 5个月 比预算节约300万元 二 立井快速施工的重要性 井筒矿井通达地面的主要进出口 是矿井生产期间提升运输的咽喉工程 井筒工程量约占全矿井井巷工程量的3 5 5 0 施工工期往往占到全矿井建设总工期的35 40 或更多施工工期直接决定着煤矿建设的周期被施工单位和建设单位所重视 加快立井井筒的施工速度是矿井建设的重要课题 三 表土段施工 普通法施工临时锁口 若干根钢梁加一道井圈相互之间用U形卡联接形式简单 施工速度快使用的比较普遍 永久混凝土锁口 适用于表土层比较稳定 避免了临时锁口改换永久锁口的工序 缩短建设工期 图1钢结构临时锁口1 钢轨戎字钢 2 井圈 3 行卡字 4 挂钩 5 背杈 三 表土段施工 表土掘砌 掘进在无水或含水量很小的稳定土层中 可采用全断面分层向下挖掘 视具体情况架设临时支架 挖土可由人工利用镐 锹掘进 如果有条件可选用抓斗直接取土 遇到坚硬的土层或含有鹅卵石较多的土层 可配以风搞与风铲 必要时 甚至可以用打浅跟 放小炮的办法 三 表土段施工 降水方式 对含水量较大的不稳定土层一定要重视工作面涌水的处理工作面涌水处理效果直接影响到施工速度和施工安全防治水措施不力 就会出现片帮垮塌 井底涌砂冒泥 壁后形成空洞等 进而发展为井壁开裂脱落 地表塌陷等严重事故应根据情况采取地表防水 井帮导水 截水以及工作面排水等措施 图2超前小井1 超前小井 滤水筒 2 理想水位下降曲线 3 临时木支撑 三 表土段施工 降水方式 图2超前小井1 超前小井 滤水筒 2 理想水位下降曲线 3 临时木支撑 若工作面涌水较大 影响正常施工 可在井筒周围打钻孔 进行抽水一般的涌水可采用阶梯式环挖降水法或分块对称开挖降水法如果效果较差 还可采用超前小井法降水 改善施工条件 如图2所示 三 表土段施工 砌壁 表土砌壁方法与基岩施工基本一样遇到松软 稳定性极差或浸水后稳定性变差的土层时 可采用挖一段砌一段或挖一块砌一块的吊挂井壁施工法它的特点是混凝土井壁内设竖向钢筋 使每一分段井壁的自重通过钢筋吊挂于上部井壁 以避免混凝土与土壁之间的胶结或摩擦力减弱或是壁后空洞而引起井壁脱落或开裂 四 立井基岩施工 钻眼爆破工作钻眼爆破工作是立井基岩掘进中的一项主要工序约占整个掘进循环时间的20 30 爆破效果的好坏直接影响到井筒施工后续工作 进而影响施工速度钻眼设备立井钻眼设备目前多数采用风动凿岩机并多采用伞钻打眼伞形钻架钻眼深度一般为3 4m用伞形钻架打眼具有机械化程度高 劳动强度低 钻眼速度快和工作安全等优点 伞形钻架有FJD 6和FJD 9型配以YGZ 70导轨式重型凿岩机 图3FJD 6伞形钻架1 吊环 2 支撑臂 3 中央立柱 4 液压阀 5 调高器 6 底座 7 风马达油缸 8滑道 9 动壁油缸 10 动壁 11 升降油缸 12 推进风马达 13 凿岩机 14 滑轨 15 操作阀组 16 活顶尖 四 立井基岩施工 爆破工作 常用的抗水炸药有抗水岩石硝铵炸药 水胶炸药和硝化甘油炸药采用伞钻打眼时 炮眼深度一般为3 0 4 0m炮眼布置的圈间距一般为0 7 1 0m 掏槽眼圈径为1 2 2 2m 周边眼距井帮设计位置约为0 1m崩落眼的眼间距为0 8 1 0m掏槽眼间距约为0 6 0 8m周边眼间距约为0 4 0 6m 图4立井炮眼布置图1 18 掏槽眼 19 33 辅助眼 34 60 周边眼 五 装岩提升工作 在立井施工中 装岩提升工作约占整个掘进工作循环时间的50 60 直接影响到立井的施工速度必须给予足够的重视 图5中心回转抓岩机1 抓斗 2 机架 3 臂杆 4 变幅油缸 5 回转结构 6 提升绞车 7 回转动力机 8 变幅气缸 9 增压油缸 10 操作阀和司机室 提升工作的主要任务是及时排除井筒工作面的矸石 下放器材 设备以及提放作业人员根据井筒断面的大小 可以设l 2套单钩提升或一套单钩一套双钩提升设备提升容器及其附属装置提升钢丝绳提升辅助设施 五 装岩提升工作 六 井筒支护工作 井筒支护是井筒掘进工作的一个重要环节井筒支护工作分为临时支护和永久支护临时支护是在永久支护之前采取的一种临时性的安全措施永久支护和临时支护在时间和空间上的关系应根据井筒围岩的条件和井筒掘砌的方法来决定可掘进l 2个循环进行永久支护工作可以掘进一定的深度后再进行永久支护临时支护采用短段作业 可不采用临时支护为了确保工作安全都需要进行临时支护井筒基岩段施工多采用锚喷支护作为临时支护 六 井筒支护工作 永久支护立井井筒永久支护多采用整体式混凝土井壁在地质条件很差的矿井 也有采用钢筋混凝土井壁混凝土一般是在地面混凝土搅拌站搅拌好 经输料管或吊桶输送到井下当浇筑点离地面不是很深时 可采用输料管向井下输送混凝土 但要防止混凝土出现离析现象井筒深部 一般采用底卸式吊桶输料 不管采用那种方式要防止井壁淋水在地质条件好的矿井中 风井可采用锚喷支护作为永久支护 滑模筑壁简介 七 井筒施工防治水技术专题 防治水是井筒施工的重要课题在井筒掘进中出现较大涌水 会严重影响各个施工环节 降低施工速度 甚至使施工无法进行涌水的存在还会影响到工程质量 劳动效率 甚至还会给人们的安全带来危害必须采取有效措施 妥善处理井筒涌水处理方法有注浆堵水 导水与截水 钻孔泄水和吊泵排水等 七 井筒施工防治水技术专题 井筒地面预注浆 在井筒开凿之前 如果井筒穿过的岩层中含水量较大 含水岩层较多 尤其是有承压水时就需要井筒地面预注浆 井筒地面预注浆是在井筒开凿之前 从地面围绕着井筒的四周钻进一些注浆孔 到裂隙含水岩层 然后把配制好的浆液用注浆泵通过输浆管和注浆管 注入列裂隙含水岩层中堵水 经检查达到封水目的后 再进行井筒掘砌的施工方法 七 井筒施工防治水技术专题 井筒地面预注浆 注浆深度及注浆范围 注浆深度主要是取决于含水层的埋藏深度浆液垂定向下的扩散距离 一般1 2m 注浆范围应设定在含水层上下10m左右注浆范围不大于含水层的范围时 会影响到注浆质量在凿井时容易发生含水层涌水事故 七 井筒施工防治水技术专题 井筒地面预注浆 注浆段高 注浆段高是指一次注浆的长度 有分段注浆和全段一次注浆当井筒穿过的含水层较多或要求注浆的含水层很厚时 岩层中的裂隙大小和发育程度沿深度的分布情况定会有变化 所以不同的岩层就需要不同的注浆参数在一定的注浆压力下 浆液的扩散距离也不一样 大裂隙中扩散距离远 小裂隙中扩散距离近由于静水压力随着注浆深度的增加而增大 在一定注浆压力下 上部岩层裂隙进浆多 扩散远 下部岩层裂隙进浆少 扩散近 甚至不扩散为使浆液在各含水层中均匀地扩散并保证注浆效果 应分段注浆 七 井筒施工防治水技术专题 井筒工作面预注浆 工作面预注浆就是当井筒掘进到距含水岩层一定的厚度时停止掘进工作利用上部不透水岩层作为防护 岩帽 然后在工作面打钻 注浆封堵含水层裂隙 以便井筒能够顺利继续施工 图7单级平底型止浆垫图8单级球面型止浆垫 七 井筒施工防治水技术专题 井筒工作面预注浆 预留防护 岩帽 在注浆岩层上部预留 岩帽 的方法 不需工料 简单易行 应尽量采用 图9 岩帽 厚度根据岩石的性质及强度 一般2 6m 图9 岩帽 厚度计算图 七 井筒施工防治水技术专题 井壁注浆 井壁注浆 一般是在井筒施工后 由于漏水较大 给后续带来施工困难或不符合质量标准时进行的注浆堵水工作对于加固井壁 防止斜井下沉 处理井筒 硐室或巷道的淋水 或跑砂 都是行之有效的它具有施工简单 设备少 见效快等特点
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