全深冻结立井相关硐室开口施工关键技术

李佳

摘要：本文主要通过对全深冻结井筒相关硐室施工进行方案确定以及采用的一系列技术，保证了井筒与相关硐室同时施工的安全。

Abstract： This paper focuses on the deep frozen shaft related chamber construction project identification and a series of technology adoption， to ensure the safety of wellbore and related chamber construction at the same time.

关键词：全深冻结；硐室；开口施工

Key words： deep freezing；chamber；opening construction

中图分类号：TD265 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）22-0103-03

0 引言

由于井筒现多采用全井深冻结，且全井深冻结井筒大多是内外壁双层井壁支护，施工与井筒相关硐室带来了一定的难度。目前，国内外对全深冻结立井相关硐室施工主要有以下两种方案：一是与井筒同步施工，井筒掘进到相关位置时，停止向下掘进，施工硐室；二是井筒外壁施工到硐室位置预留出硐室口浇素砼，施工到底后，砌筑内壁到硐室位置预留出硐室口浇素砼，内壁施工完后，再进行硐室施工。

该项目主要目的就在于对全深冻结立井相关硐室开口施工关键技术的确定，满足实际生产和安全的需要。

1 工程概况

雅店矿井隶属于陕西彬县煤炭有限责任公司，矿井位于彬长矿区北部东侧。矿井为低瓦斯矿井。副立井井筒井口设计标高+878.3m，井筒净直径8.5m，井筒深度469.7m；冻结深度480m，井底车场连接处（马头门）设计净底板标高为：+425.800m（即井深-452.5m），马头门呈东西方向（矿井设计方向）双面开口，方位角a=257°30′00″。按照施工合同，东、西马头门施工长度均为11.25m（从井筒中心计），断面形状为直墙半圆拱形，其中半圆拱部分净半径3800mm，掘进荒半径为4400mm，净宽7600mm，掘进宽度8800mm，墙高4200～1600mm。马头门支护方式为锚网索喷+双层钢筋混凝土支护，其中锚网索喷厚度100mm。钢筋混凝土支护厚度为500mm。

2 地质水文概况

井筒穿过含水层岩性主要为粗、中、细粒砂岩，含水层富水性弱。井田的直接充水含水层和主要充水含水层，为弱充水层。经计算，副立井井筒涌水量约为394.59m3/h。

雅店副立井井筒根据地表出露及钻孔揭露，地层由新至老依次有：第四系全新统冲积层（Q4），白垩系下统华池组（k1h）、洛河组（K1l）、宜君组（K1y），侏罗系中统安定组（J2a）、直罗组（J2z），延安组（J2y），侏罗系下统富县组（J1f），三叠系上统胡家村组（T3h）。硐室穿过的岩石为中粒砂岩、细粒砂岩、煤、砂质泥岩。

3 施工方案的确定

在施工之初，对项目存在的技术方案和安全问题进行全面研究分析，雅店副井采用全井冻结的施工方法，针对安全快速施工井筒内相关硐室，提出了三种施工方案：

一是与井筒同步施工，井筒掘进到相关位置时，停止向下掘进，施工硐室；该方案施工速度快，也不增加破壁成本，但井筒采用全深冻结，施工硐室时要割除冻结管，破坏冻结壁，有可能冻结壁出水，而且如果施工速度慢时，下部未施工的冻结井筒有可能解冻出水，因而对整个井筒施工工期造成影响，风险主要是涌水的影响。

二是井筒外壁施工到硐室位置预留出硐室口浇素砼，施工到底后，砌筑内壁到硐室位置预留出硐室口充填低标号混凝土，内壁施工完后，再进行硐室施工；此方案先用低标号砼支护再破除增加了成本，但是保证了井壁整体性，节省硐室出渣的时间，缩短了冻结工期。

三是井筒外壁施工到硐室位置预留出硐室口浇素砼，施工到底后，砌筑内壁到硐室位置充填沙袋预留出硐室口，内壁施工完后，再进行硐室施工；此方案即保证了井壁整体性，又减少了破除内壁工序。

综合考虑各种方案的优缺点及风险，决定采用第三种方案：井筒外壁掘砌期间硐室开口按设计外壁厚度正常掘进，硐室开口处浇筑素混凝土，套壁时充填沙袋预留出硐室口，井筒与硐室相贯线处模板、碹胎提前准备。但此方案是停止冻结后施工硐室，存在一定风险，密切掌握硐室所处岩层含水情况，内壁砌筑完落盘时需对出水点进行壁间、壁后进行注浆。优点是降低了施工成本，加快了施工速度，施工质量得到了保证。

4 具体施工方案

4.1 探注施工

①硐室及冻结管环形空间探水、注浆、加固：利用井筒外壁作为止浆墙，根据冻结管实测布置图和冻结管偏斜度在硐室轮廓线上打眼，采用风动潜孔钻机配Φ130mm钻头钻进3.5m后，用压风吹净孔内岩粉，1：1砂浆加固孔口管，外露井壁50mm，埋设14根Φ108mm×6mm×3.0m孔口管（孔距2000mm）。配Φ50mm钻杆、75mm钻头施工，眼深根据冻结管位确定（眼深到超过冻结管位100mm即可），对钻孔进行涌水量观测，有水立即进行注浆，无水继续钻进至终孔，进行冻结管环形空间注浆加固。

②预埋环形注浆管：硐室浇筑混凝土时，在硐室荒径与井筒外壁之间预埋一根环形注浆管，硐室浇筑完混凝土后，及时對环形注浆管进行注浆加固，防止井筒壁间出水。环形注浆管由塑料花管和穿井壁钢管组成，塑料花管：用？准25×2.3mmPE-RT地板辐射采暖管制成，每隔15cm在管壁上打4个？准8mm十字花孔，然后用胶带将十字花孔覆盖住。穿井壁钢管：采用？准20×3.0mm无缝钢管。注浆系统引出井壁用的高压胶管的公称压力为16MPa，通径为10mm，引出井筒内壁长度不小于0.5m。塑料花管和穿井壁钢管连接采用套接固定方式，即穿井壁钢管套入塑料花管一定长度，然后绑扎牢固。穿井壁钢管和高压胶管之间采用快速接头连接，即：穿井壁钢管与快速接头焊接在一起，高压胶管再与快速接头连接；或者采用螺纹连接，但要保证其密封性。

4.2 硐室开口施工

①掘进：待硐室及冻结管环形空间探注施工完成后，开始对硐室进行钻爆施工。硐室掘进方式为上、下台阶式施工，先炮掘上台阶，然后下台阶起底。割除冻结管时，将管内冻结盐水放入吊桶排至地面，并及时封堵。②出矸：爆破后将矸石攉到井筒内，硐室施工完后抓岩机装岩吊桶出矸。③支护：钻爆后及时进行锚网喷临时支护，待硐室掘进结束后，利用溜灰管和混凝土输送泵下灰，整体金属模板配合组合模板、木模板联合永久支护。

硐室施工期间增加临时盘，临时盘上加装折页板防护开门坠人，临时盘下加装尼龙网防止人员坠入井底。

4.3 涌水防治措施

硐室注浆施工期间采用二级排水即：工作面→吊盘→地面。

①吊盘上布置两台DC50-50×12型高扬程卧泵（一台运转，一台备用，遇到突发情况具备两台同时运转的能力）。排水能力为40m3/h。②吊盘水箱至地面排水管路采用一趟Ф108mm无缝钢管，采用一台2JZ-10/600A型凿井绞车悬吊。③工作面至吊盤水箱采用两台QKS50-400-120kW矿用排沙潜水电泵，单台流量50m3/h潜水泵，通过3'胶管排水。④如因井下涌水量变大而两台卧泵能力达不到施工所需求，则增加吊桶排水，排水量40m3/h。

5 劳动组织

硐室施工中，劳动组织采用综合施工队形式，按专业化班组配备，井下实行四个专业化班制作业，地面辅助人员“三·八”制作业。现场劳动组织设立大抓、伞钻、压风、水泵、运转包机组，进行设备的动态检修，确保设备完好运行。项目部管理人员实行安全带班制度，确保安全顺利施工。

6 创新点及实施效果

6.1 技术创新点

①井筒外壁施工到硐室（马头门）位置预留出硐室口浇素砼技术。

井筒外壁施工到马头门位置时候，由工程技术人员放线画出马头门轮廓线，井筒正常钢筋绑扎（井筒与硐室连接处预留钢筋），整体金属模板按设计标号（C70）浇筑混凝土。

②砌筑内壁到硐室（马头门）位置充填沙袋预留出硐室口技术。

外壁到底、水窝施工完成后，开始进行内壁套筑，砌筑到硐室位置时，由工程技术人员画出马头门轮廓线，井筒正常钢筋绑扎（井筒与硐室连接处预留钢筋），利用组合模板按设计标号进行浇筑混凝土，硐室位置浇筑时用木模板隔开，用沙袋充填，既保证了井壁的整体性，又在施工硐室（马头门）时省时省力。

③利用外壁作为止浆墙对硐室（马头门）围岩进行探水、注浆、加固技术。

井筒工程全部施工完成后，冻结结束。开始落盘进行硐室（马头门）施工，开口前利用外壁作为止浆墙对硐室及冻结管环形空间进行探水、注浆、加固。

④预埋环形注浆管注浆加固技术。

硐室浇筑混凝土时在硐室荒径与井筒外壁之间预埋一根环形注浆管，硐室混凝土浇筑完后及时对环形注浆管进行注浆加固，防止井筒壁间出水。

6.2 实施效果

雅店煤矿副立井井筒施工采用该技术后施工工期提前了21天，采用此技术确保了安全生产，且提高了立井井筒施工速度，缩短了建设周期。

参考文献：

[1]王斌，江恩武，程志彬.煤矿大直径立井全深冻结技术[J]. 建井技术，2014（06）.

[2]邱新财，韩宝刚.全深冻结井筒快速施工技术研究与应用[J].河南科技，2014（16）.

[3]马骥，马金宝，张学如.全深冻结井筒快速施工技术的应用探析[J].中国新技术新产品，2015（21）.