利用永久井塔凿井交叉平行作业施工技术

2010-04-17侯祖健羊群山何杰兵

山西建筑 2010年30期

侯祖健羊群山何杰兵

1 工程概况

内蒙古银宏能源开发有限责任公司泊江海子煤矿位于鄂尔多斯境内,由煤炭工业合肥设计研究院设计。井田位于内蒙古自治区鄂尔多斯市塔然高勒矿区的最南部。矿区内设计有主、副、回风立井,其中副井井筒设计净直径10.5 m,深度617.5 m,最大掘进荒径达到14.6m,属国内最大立井井筒,设计冻结段支护深度550m。副井利用永久井塔凿井施工,井塔高度64.7 m,共+15.5 m,+24 m,+32.5 m及+44.9 m四个楼层,凿井施工平台利用+15.5 m,+24 m两楼层,并在+26.2 m利用井塔中央4根矩形布置的大型钢混立柱自制提升绞车用天轮平台,根据设备选型情况,本着安全、简洁、高效、实用的原则进行选型设计。

2 问题提出

与井架相比较,利用永久井塔凿井环境适应性较强,适用于高寒地区设备的保温与维护工作,其最明显的缺陷就是占用筹备期时间长,凿井设施安装工序较复杂。由于冻结井筒对工期要求十分严格,冻结站开机送冷以后,井塔施工必须在有限的时间内满足凿井设备安装,而往往由于一些工程干扰因素的存在,任务显得非常紧张。经研究小组认真分析,针对现场条件得出以下几点由急至缓需要解决的问题:1)提升排矸。两部提升绞车均无法使用,如何提升,需重点解决,溜矸系统只完成东侧主提升一套,为了确保进度,西侧溜矸系统必须同步形成。2)掘进方法。时间紧、任务重、井筒锁口段荒径达14.4 m,应考虑如何组织设备、人员尽快施工以确保冻结沟槽墙体稳定及帮部安全。3)浇筑用模板悬吊及下灰系统。液压金属整体大模板设计悬吊绳在+26.2 m平台,目前无法正常使用,需解决模板悬吊问题。另外,浇筑混凝土时,由于井口封口盘未形成,轨道未铺设,卸料系统无法使用急须解决。4)安全问题。井塔楼层施工、提升天轮平台安装同步进行,对井筒掘砌工作面坠物时有发生,安全问题须重点解决。

3 解决方案

将永久井塔+32.6m,+24.0m两楼层通过铺设钢梁及50mm厚木板全断面封闭,四周增设防护栏及防坠网,确保两楼层以下施工安全。+32.6m以上井塔扎筋、支模、浇筑混凝土等工序正常施工,+24.0m同步施工提升绞车用天轮平台(即自制+26.2 m平台),天轮梁及提升天轮正常安装。两部绞车提升系统未形成前,利用+24.0m平台已经安装天轮、钢梁及地面两台25 t稳车设置临时提升排矸系统,井筒掘砌同步进行。

3.1 临时凿井系统

1)提升排矸。利用+24.0m平台N2,N3号630工字钢梁通过φ 40mm钢丝绳“人”字形悬挂20 t定滑轮,相对标高位置+20.5 m,东西稳车群中选定两台靠近井筒提升中心线25 t稳车,通过φ 38mm钢丝绳提升5 m3吊桶,迎头留座底罐,井下摘挂钩,装罐不能过满。利用东侧溜矸系统排矸至地面,采用人工、铲车清理矸土。同时用一天时间将+11.5 m翻矸台完善,将副钩溜矸系统形成,施工期间,井下撤人。

2)井筒掘进。采用 2台 PC60小松挖掘机挖土、铁锹修边,小挖机直接将土运到井口,利用铲车人工及时清理。采用先挖超前小井,短段台阶式挖掘,最后人工刷帮至设计圈径,对冻结沟槽墙体进行打点柱支撑。预计施工至3 m深左右,小挖机无法从工作面将土直接抛出时,采用临时提升排矸方案施工。

3)浇筑用模板悬吊及下灰系统。液压金属整体模板高4 m,半径6.05 m,利用+15.5 m已经安装完成的天轮平台设置悬吊,选用该平台2个模板悬吊天轮、1套压风管悬吊及导向天轮、1套排水管悬吊及导向天轮共4个悬吊点,相应4台稳车同步升降模板以满足砌壁使用。井筒掘砌20m前浇筑混凝土使用远距离输送泵车直接入模,20m以后下灰系统另制,具体方案:先安装双层吊盘,悬吊绳及吊盘高约9 m,其下方模板高 4 m,迎头4 m掘进段高,通过计算可以安装封口盘。浇筑混凝土时,在下层吊盘利用溜槽直接入模。

4)安全措施。上下平行作业期间相互沟通,设专职安检员每班检查+32.5 m,+24.0m平台封闭情况,做好防坠工作。并对提升钢丝绳及悬吊滑轮进行强度核算:

5 m3吊桶提升矸石时:

其中,Km为装满系数,取 Km=0.9;V为吊桶容积,V=5 m3;Qz为钩头、滑架、缓冲器重量,Qz=Q1+Q2=2109+1923+245=4277 N;γg为松散矸石容重,取 γg=1600 kg/m3;γs为水容重,取 γs=1000 kg/m3;Ks为岩石松散系数,取Ks=2.0;G为5 m3座钩式吊桶重量,G=1690 kg。

根据以上计算结果,5 m3吊桶最大值113560 N,选用18×7+FC-38-1770钢丝绳,其每米重PSB=5.63 kg/m,钢丝破断力总和1075154 N。

钢丝绳安全系数:Ma=1075154÷113560=9.46,选用 20 t定滑轮,其安全校验系数均大于6。

3.2 井塔施工

井塔剪力墙及承重边柱采用组装液压滑模施工,楼板及中间“井”字形支撑立柱采用现支木模板浇筑,每小班钢管架设工30人,钢筋工20人,木工 10人,浇筑采用泵送入模,局部泵车大臂无法施工,则利用吊塔悬吊灰槽入模,确保入模温度不低于15℃,并严格控制混凝土初凝时间。

冬季施工,混凝土利用热水搅拌、输送车采用裹棉毯保温,入模装置全封闭,井塔内每间隔数米放置一个火炉,井塔四周用厚塑料布封闭,确保混凝土凝固条件,同时要做好冬季防火。井塔+32.6m以上扎筋、支模、浇筑混凝土等工序正常施工时,下层天轮平台同步安装,要切实做好坠物防护。

3.3 绞车提升天轮平台安装

+26.2 m天轮平台为自制凿井平台,利用 5根H700×30钢梁焊接于永久井塔中间四根立柱预埋钢板上,形成平台框架,其上架设5根Ⅰ63a及2根950×300组合焊钢梁作为天轮梁。主副提升均选用2JKZ-4.0m/15双滚筒大绞车,提升天轮直径3.0m。井塔施工的同时,在+24 m平台以上东西两侧剪力墙各留有8 m×9 m(高×宽)天轮梁及天轮吊装用窗口,利用一台50 t吊车与塔吊配合使用,将各梁及天轮安装就位。