矿山工程中立井井筒快速施工技术的探讨

矿山工程中立井井筒快速施工技术的探讨

侯传军

   中煤第五建设有限公司第三工程处  江苏省 徐州市221000

摘要：在立井井筒施工过程中，由于受地质结构和岩石特性的制约，其工艺较为繁琐，不仅会降低施工速度，而且还会降低工程的质量。为了加速施工进度，减少工程进度，必须从工程地质和水文地质条件出发，按照工程需要，将掘进机械的配套装备进行适当的应用，本文就矿山工程中立井井筒快速施工技术进行探讨。通过实例分析，阐述了立井井筒快速快速施工技术及装备，可有效地提高开挖速度，保证了工程的质量。

关键词：立井井筒；快速掘进；技术要点

引言

矿井底部接头是矿井与大巷连接的纽带，其截面尺寸大，结构复杂，支护强度高，施工困难，是全矿井上下物料和人员进出的关键位置。如果竖井向底部过渡，则会使裸露在外的岩层出现更多的裸露区域，产生较大的应力集中，如果长期支护得不到及时、有效的实施，将导致顶部塌陷、变形，严重时会威胁到矿井的人身和设备的安全。

一、煤矿立井井筒装备安装施工的影响因素

（一）罐笼平面尺寸确定

罐笼尺寸的大小直接影响井筒断面的布置，通常先按矿车规格来确定井底的平面，然后按下井的大型尺寸进行检验。在此基础上，通过对吊运力的分析，进而选择合适的罐笼型号。常用的罐笼有单层罐笼、双层罐笼等，主要根据年提升能力确定。单层双车结构，占用空间过大，将增加井眼的管径；双层单车，占用的空间很少，但运行过程中需要二次对罐。矿井主要立井同时也是进风通道，因此立井的截面也要符合通风条件。矿井的采掘深度比较低，大部分矿井都不到600 m；竖井在开挖过程中有很大的潜在扩展空间，如果一开始就设置得太紧密，会对将来的施工进度产生不利影响。

在老井改建中，由于已经建成了立井或地面井架和井塔，无法再承载较大的罐笼，为了满足现有设备的构造需要，可以使用两个或多个罐笼来增加罐笼的容量。容器截面大小与其截面大小有着紧密的关系，在满足容器长度和宽度要求的前提下，在现有的工程环境下，根据现有的工程情况，对其进行合理的截面布局，实现投资、工期和容器结构合理性的有机结合。

（二）施工执行

从“设计”到“实施”，最后的“工程”成果将更为明显。根据当前工程实际，强调三个阶段的工作：①前期工作的准备。在进行建设前，要进行工程勘察，以掌握工程建设的具体情况。在施工过程中，必须做好施工准备，包括材料、设备、人才、工艺等方面的准备。②加强对项目建设阶段的控制。在建设中，由于工人的特定作业方式，对最后的工程成果有很大的影响，因此，在实际工作中，必须根据设计规范及施工规范，对工艺中的操作细节等加以重视，确保工程的专业性与统一性。③竣工验收。在工程竣工后，应按统一的规范进行竣工验收，从而达到对工程质量的有效监控。总之，对这三个环节进行单独的监控，就能大大提高工程的质量。

（三）施工评价与改进

施工完成以后，根据施工的具体数据，例如施工设计资料和施工执行资料等，对施工的具体情况进行归纳和分析，发现施工中的不足和不能达到实际需求的部分，通过对问题的进一步研究，掌握造成问题的主要因素，并加以改进，使施工的具体操作得到明显的改善，提高施工的总体质量。

二、工程案例

X煤矿井筒穿越地层第四系、二叠系太原组，基岩段通过王氏组、青山组，其中王氏组有紫红色砾岩、凝灰岩，青山组有砂砾岩、灰质砂岩。岩质坚硬，程度不一，硬度系数8-10。根据矿井位置的特殊性，制定了竖井的建设计划。立井深度731.5米，空孔8.0米，净直径6.0米，以锚网支护，二衬为500 mm厚度C30混凝土。

立井是矿山建筑中最常见的一种掘进形式，其特点是立井作业具有较高的工艺要求、较高的技术要求、较强的操作技能和较差的工作环境。根据立井工程的特点，提出降低工程造价的一条重要措施，即尽可能地缩短工期。要达到这一目的，必须引入矿井掘进机械的配套设施，强化工程的组织，注重对职工的教育和训练，才能保证矿井的高效生产。

三、立井井筒快速掘进施工技术要点

（一）井壁涌水治理

根据实际施工数据分析，由于井筒水文地质情况较为复杂，井筒涌水量为272.8m3/h，再加上其分布较为松散，仅靠水泵排水和注浆堵水已经不能满足需要。

1.常规治水

井涌水量小于10m3/h时，采用以下方法进行处理：①当井底喷出大量的水时，采用截水管将其堵死，以避免雨水渗入混凝土中而对混凝土产生不利的影响；②当地层中没有地下水，而有部分地层发生了裂缝，则可以在井壁后面预先埋设一个集水池。利用高压水管进行导流，有效地阻止了突水流到工作面；③对采面的积水采用潜水泵进行排水。

2.工作面预注浆封水

如果地下蓄水层的厚度在10—15米之间，并且有四个以上的探孔，并且每个钻孔的出水量大于10m3/h，那么，可以在这个时候使用一个工作面的预注浆来进行封水。具体的方法是：①在地下钻孔中，用一个潜孔钻机在井眼内均匀地打入一个注浆孔，数目6—10个，直径65-90 mm，孔深应超出含水层。在此期间，设置反向制动阀（高压）；②在地表布置注浆泵房，并在注浆井中铺设灌浆管线。还可根据需要添加阻聚剂，粉煤灰等。

3.壁后注浆堵水

第一，灌浆所需的物料与器材。灌浆材料：42.5级普通硅酸盐水泥；导管：40毫米*5毫米的无缝管；球形阀：（高压）不锈钢；钻孔：气动钻机，采用直齿钻。并配置注浆泵，搅拌器，树脂锚固剂等设备。

第二，泥浆的比例及加入比例。①水泥砂浆的制备。水灰比为0.8:1~1:1，水玻璃与水泥浆按1:1配比，膨胀剂的加入量为7.0%。根据注浆固化时间和岩体孔隙度等因素，建立了相应的数学模型。为确保治理工程的顺利进行，必须将其充填完毕。

第三，注浆扩散半径。在灌浆施工中，确定灌浆的弥散范围，可以有效地节约施工时间，降低施工成本。但是，由于土壤结构和土壤间隙等因素的作用，其弥散直径会有很大的差别。考虑到灌浆目的以止水为目的，要求灌浆的弥散范围为1.5～2.5米。

第四，灌浆压力及灌浆装置的配置问题。①灌浆压力：根据钻孔承载力和净化压力确定，根据已有的灌浆实践和本项目表层地层特点，确定灌浆压力控制在0.3~1.0 MPa之间。以后每次灌浆10 m时，灌浆压力提高0.1 MPa；②施工机械配置：针对受风影响的地层，灌浆装置宜设置在地表；在进行墙后灌浆时，可将其布置在悬盘上。

（二）支护施工

根据该项目的地质情况分析，在水和风化作用下，立井井壁岩石的稳定性较低，岩石体积膨胀，孔隙发育。

1.一次临时支护

根据《煤矿安全规程》有关要求，采用井下或其他支护方式，应确保支护结构牢固可靠，与工作面紧密相连，并适时进行永久性支护。在岩体情况比较恶劣的情况下，可以采取这种方法：在出渣时凿开岩石，使用18 mm*2000 mm的树脂锚杆，间隔800 mm。

2.二次永久支护

通常情况下，岩石爆破后，岩帮矸石无法完全排出，可将其平整，作为底层的废石。混凝土应分层浇注。该型钢结构为全钢框架，其高4.2米、外直径6.1米。上部模板卸除后，将其降至工作面上，由专业人员进行量测，按量测结果进行找平、定中及展开，以保证支护厚度及井壁垂直度满足设计标准。

（三）掘砌施工

下伞钻打眼（4.5m），装药放炮，扫盘通风，出矸、清底，脱模砌筑井壁，出矸、清底，下钻打眼（4.5m）。采用光面、弱地震等方法进行爆破；采用旋转装岩机装载岩石，采用铲斗协同卸矸；在现场拌和站进行混凝土的配制，用铲车运输。注：清底期1.5小时，清底机的质量要达到下伞钻机的要求。采用压喉管清除炮膛，仔细处理剩余炮眼和残孔；对砼进行全面的振捣，以防止麻面和蜂窝等现象的产生。

结语

总之，立井井筒快速掘进施工是矿井建设的趋势，这就要求有关人员将工程要求和地质条件等进行科学地选择，并对施工计划进行科学的设计，结合具体的施工实践，以期对立井井筒的施工提供参考。

参考文献：

[1]孙盛源.煤矿立井井筒变形监测方法[J].当代化工研究,2022(1):129-131.

[2]姬强,方刚,王春林,等.立井井筒过富水煤层段防治水安全技术实践[J].陕西煤炭,2022,41(1):152-156.