机械化配置最小直径的竖井

摘要：本文着重介绍在竖井井筒直径仅4米的条件下，机械化配置情况，起到抛砖引玉作用。

关键词： 机械化配置最小直径竖井

中图分类号：F407文献标识码： A

1. 工程概况

1.1 工程设计概况

设计井筒净直径为φ=4.0m，井口坐标为：X=4010444.5,、Y=558095.5，井口标高为246.0m，井底标高为-420.3m，井筒设计深度为666.0m。井颈段为31m，上部5m为临时锁口，5～14m为1000mm厚C30双层钢筋混凝土支护，14～27m为700mm厚C30双层钢筋混凝土支护，27～31m为壁座。井筒正常段采用C20素混凝土支护，厚度为d=300mm。井筒工程量见表1-1。

表1-1 井筒工程量表

1.2 工程特点

1、凿井工业广场受现场条件限制因素较大。

2、闪长岩高角度裂隙发育，局部岩石破碎，完整度差，给掘进爆破施工带来一定影响。

1.3 地质及水文地质

预计井筒揭露岩性为闪长岩。地表0～6m段为强风化闪长岩，80m以上没水，按不大于5m3/h考虑，80m以下有裂隙水，按不大于15m3/h考虑。

2. 施工方案及方法

2.1施工方案

采用大型凿井提升机提升、液压伞钻凿眼、中心回转抓岩机装碴、整体下行金属模板浇灌等机械化配套施工作业线，全断面光面控制爆破，掘进和支护混合作业的施工方案。井筒施工断面布置图见图2-1。

图2-1 井筒施工断面布置图

2.2 井颈段施工方法

2.2.1锁口段施工

采用临时锁口，封口盘标高应高出自然地坪0.2m。临时锁口高度以5m，锁口结构形式应结合井筒设计而定。临时锁口施工完后，在锁口上部铺设简易封口盘，做为临时封口盘。简易封口盘的型式应结合现场的实际情况，以防止坠物和方便场区初期回填及提升运输为原则。

锁口段采用普通短掘短砌法施工，一掘一砌，掘砌段高1.6m。采用人工风镐掘进，井帮不稳定时采取井圈背板临时支护措施。如风镐挖掘不动可采用人工手抱钻打眼放小炮掘进，抓岩机出碴。

2.2.2 其余井颈段段施工

井颈段采用短段掘砌混合作业法，掘砌段高为1.8m。如下部风化闪长岩岩石稳定性较好，可两掘一砌，放大段高到3.6m。

掘进以风镐配合HZ-4型中心回转抓岩机进行掘凿及装碴。挖掘时由中间向周边扩展，先挖井筒中心，再挖掘周边。

井壁砌筑采用液压整体模板，使用上半段，高度1.8m。当掘够1.8m段高后，即可绑扎钢筋、下放模板，砌筑井壁。

（1）先将工作面平整好，然后绑扎钢筋，将模板下放至工作面，利用油压控制系统把模板撑开，采用井筒中心线及水平仪操平找正，使其尺寸符合设计要求。

（2）浇注及捣固混凝土：混凝土浇注应分层对称进行，每层高度不得超过300mm，混凝土浇注应连续进行，间歇时间不超过混凝土初凝时间，超过2h应采取措施处理。采用振捣器捣固混凝土，捣固工作应有专人分片负责，振动棒插入下层50～100mm，每次移动距离300～350mm，振捣混凝土表面出浆，无气泡上浮为止。

（3）井壁接茬：接茬模板上平面应高出上段井壁下端50mm。

壁座施工方法同井筒，采用手抱钻打眼，抓岩机出碴。

井颈段施工完后，安装封口盘、吊盘及井内吊挂设施。井架范围内封口盘周围采用混凝土浇筑地坪。

2.3 正常段施工方法

2.3.1凿岩施工方法

井筒凿岩采用YSJZ3.6型液压伞钻打眼，配套4.5m钎杆和直径为45mm柱齿状合金钻头。

炮眼呈同心圆布置。采用直眼掏槽，掏槽眼深4.3m，其它炮眼深4.1m。周边眼间距470mm、抵抗线450mm，辅助眼间距620mm、抵抗线600mm。

爆破材料采用当地供应的岩石乳化炸药，可在有水的工作面使用。药卷规格为φ38mm×200mm，250g/卷，毫秒延期非电雷管，连续装药结构，反向起爆。为了保证光面爆破效果，周边眼药卷规格为φ32mm×200mm，180g/卷。

表2-3-1 YSJZ3.6型液压伞钻技术参数表

起爆方式采用起爆器起爆，起爆器布置在井口地表，通过放炮电缆连接起爆针引爆导爆管，导爆管再集中引爆每眼导爆管，然后起爆炸药。

炮眼布置见图2-3-1，爆破原始条件见表2-3-2，爆破参数见表2-3-3，爆破效果见表2-3-4。

表2-3-2 爆破原始条件表

表2-3-3 爆破参数表

表2-3-4 预期爆破效果表

2.3.2 装岩排碴方法

装碴选用HZ-4型中心回转抓岩机装岩，工作面岩石爆破后用人工配合抓岩机装入吊桶，提升到翻矸台，经自动翻矸装车运走。

抓岩机通过一台JZ-10/800稳车悬吊。

2.3.3 支护

井颈段永久支护采用C30钢筋混凝土支护，厚度为700～1000mm；井筒正常段采用300mm厚的混凝土支护，混凝土强度等级为C20；如果遇到围岩破碎地段时，增加锚杆支护，掘进与临时支护采用短掘短砌的施工方式。

采用MJY-3.6/4.05型液压整体移动金属模板。其作业流程为：绑扎钢筋立模检查浇灌混凝土养护。具体施工方式按作业流程分述于下：

图2-3-1 炮眼布置图

（1）绑扎钢筋施工过程（井颈段钢筋混凝土段）

A．钢筋绑扎前应先熟悉施工图，核对钢筋下料单和料牌，并对弯曲和生锈的钢筋先在地表调直、除锈，锈蚀严重或带有油脂的钢筋不得使用。

B．钢筋长度一般为3～5m。横筋要按设计曲率半径完成弧形。

C．根据每次支护长度，按量向井内运输钢筋。在钢筋运输时，必须分类捆紧绑牢。

D．钢筋运输至井内后，按照设计要求的规格、间距布筋，不得随意更改。

E．绑扎钢筋时，竖筋要直，横筋要平，不得有歪斜或错上错下的现象。钢筋结点要靠严绑紧。

F．钢筋搭接长度要符合规范规定。壁基下漏钢筋不得小于规定的搭接长度。

G．钢筋保护层厚度不得小于25mm，更不许有漏筋现象。

（2）模板安装施工过程

井筒使用整体金属模板，通过悬吊钢丝绳整体下放，大大缩短了拆模和立模的时间。立模板时要根据测量点检查工程规格，校正模板的位置、标高、垂直度等，校正合格后的模板及时定位、加固牢靠。

井筒浇筑接茬部分要将接茬面凿毛，支模时将模板在上一茬的混凝土墙面上搭接50mm，保证接茬部分严密吻合。

模板拆除后要及时进行清理干净，并涂刷防腐材料，使用前要将模板表面杂物清理干净，涂刷脱模剂。

（3）混凝土浇灌施工过程

混凝土采用TDX-2.4型底卸式材料吊桶下放到支护工作平台，然后经分灰器、溜灰管入模，再通过振捣器捣固密实。

3. 辅助系统

3.1提升系统

采用一套单钩提升系统，主提升机选用JK2.5×2/20型提升机，配32NAT18×7+FC1770型钢丝绳，提升2m3吊桶，兼用作提升伞钻。主提升机钢丝绳计算和提升机验算见表3-1。

表3-1 JK2.5×2/20型主提升机、钢丝绳验算

注：在井筒深度到达590米后，提升砼桶时装满系数取0.84。

3.2两盘及吊挂系统

采用ⅣG型钢井架、在+10.5m、+26.5m处分别设有翻矸平台和天轮平台。

表3-2-1 ⅣG型凿井井架参数表

井筒内悬吊φ3700、层间距均为4m的三层工作吊盘一套，吊盘由4台JZ-16/1000稳车配4条36NAT6×19S-1770钢丝绳悬吊，其中 2条钢丝绳兼稳绳。

表3-2-2 吊盘绳验算表

井口设钢结构封口盘，封口盘标高为井口自然地坪以上0.5m，封口盘设有相应的吊桶门及风水管路等设施的孔盖，在井筒掘砌至25m左右时，进行两盘吊挂安装。

3.3 爆破电缆

爆破电缆规格为U3×25+1×10，采用一台JZ-10/800型稳车单独吊挂，其配套钢丝绳型号为22NAT18×7+FC1770。

3.4 掘凿、装碴系统

表土、碎屑岩及松散岩段以抓岩机配合风镐进行掘凿及装碴；较坚硬及坚硬岩段均采用液压伞钻凿岩，中心回转抓岩机装碴。液压伞钻吊挂于翻碴台下方，凿岩时采用主提升夺钩、运送、悬吊；中心回转抓岩机采用一台JZ-10/800稳车吊挂，其配套钢丝绳型号为26NAT18×7+FC1770，天轮型号为MZS2.1-0-1×0.65。

3.5 排碴系统

在井架＋10.5m处设翻碴平台，翻碴平台安装座钩式碴石溜槽，碴石由吊桶倒入溜槽后落地,采用装载机配合12t自卸汽车就近回填广场或排到指定地点。

3.6 混凝土搅拌及运输系统

在井口房附近设1个搅拌站，搅拌站内设1台JS-500型强制式搅拌机，制备能力能够满足要求。

采用HTD-2.4型底卸式吊桶下料，用钩头直接送到井下经分灰器入模。

搅拌机的上料由一台PL-800型计量装置供给，根据不同的砼配比，严格进行计量，以确保砼质量。

表3-6 JS-500型混凝土搅拌机技术参数

3.7 模板系统

井筒支护采用YMJ-3.6/4.05型液压整体模板，采用过3台JZ-10/800型模板专用稳车配22NAT18×7+FC1770钢丝绳悬吊。

3.8 通风系统

掘进采用压入式通风，在井口安设SDF（A）№7.1/2×22型对旋轴流式局扇一台，配置Φ600mm强力阻燃胶质风筒，风筒通过井壁吊挂方式敷设，实现压入式通风。

表3-8-1 风量计算及风机选型

验算工况点为（Q=302m3/min,H=4847Pa）选用一台SDF(A)№6.5/2×22型对旋式局部通风机一台可满足施工要求，风筒采用一趟直径Φ600mm强力阻燃胶质风筒，采用井壁吊挂。

表3-8-2 风机技术参数

3.9 压风系统

井筒施工时的最大用风量为中心回转抓岩时,用风量约为22m3/min。选择LG-27/8型压风机2台，总供风量达54m3/min。

计算井筒所需的最大耗风量见表3-9。

表3-9 井筒施工时的风动设备表

计算的总供风量：（m3/min) 26.88

压风管径的选择

根据d总≥20＝107.6mm

地面压风管选用Φ108×4mm无缝钢管,井筒管路选用Φ108×4mm无缝钢管，压风管和供水管（Φ38×3）、排水管一起井壁固定。

3.10 供水系统

地面生产、生活用水来自甲方指定的水源，地面供水管路采用3″焊管，根据地形条件采用架空或埋地敷设。凿井施工用水取自工业广场附近的水池，供水管采用 Φ38×3 无缝钢管，随压风管一起井壁固定，在吊盘上设自动减压装置确保供水安全。

3.11 排水系统

当井筒内涌水量小于5m3/h时，由潜水泵配合吊桶排水，当涌水量大于5m3/h时，由水泵排水。当涌水量大于10 m3/h时采用工作面注浆或壁后注浆封堵水。

在吊盘上安装一台MD 50-100×7水泵和一个4m3水箱，工作面涌水由一台WQ50-60-15电动潜水泵排至吊盘水箱，再由水泵直接排至地面，排水管选用Φ108×5mm（240m）、Φ108×4mm（420m）无缝钢管，井壁固定。

3.12 信号、通讯和照明

3.12.1信号系统

（1）井筒吊盘至井口设一套DX-1通讯信号装置，在吊盘上随时向井口发送信号。当在井下发出信号指令后，井口及提升机房均有声光指示系统，井口和吊盘配有探头，提升机房内通过电视监控系统可以对井口、吊盘进行监控。

（2）井口至提升机房信号。井口到提升机房设置独立的声光信号，井口到提升机房的信号要能保留，严禁从井下向提升机房直接发送信号，严禁提升机房直接向井下发送信号。

3.12.2 通讯

（1）井口到井底利用DX-1型通讯装置，实现电话联系。

（2）井口到提升机房设置直通电话和一趟备用传话筒。

（3）生产指挥调度站设到两井口提升机房直通电话。

（4）为应对紧急情况，配备对讲机4部。

3.12.3 照明

井口卸矸台设两盏广场照明灯，用于卸矸台和井口照明。在工业广场安装适当数量的JJY19灯具供广场照明。

井筒内采用Dd250/127-EA型隔爆投光灯，井口封口盘下、吊盘的各层上各设一盏，下层盘下面悬挂三盏，放炮前提上吊盘以防爆破崩坏。井下照明电缆随吊盘绳下井且电压不得超过127V。

3.13 供电系统

在工业广场内建临时变配电所，将进入临时工业广场变配电所的高压电源分为三路馈出：一路供给主提升机；一路到变配电站变电器的一次侧，将6KV降压到380V进入低压配电间，通过各低压配电柜，送到各用电设备，一路将6KV降压到660V进入低压配电间，专供井下动力和排水。

主要负荷统计表见表3-13，提升机为高压用电设备，采用6KV高压直接供电。

详见临时供电系统图图3-13-1、3-13-2。

表3-13 主要负荷统计表

二 容量计算

1 有功功率最大同时系数 0.9 380V视在功率总计 KVA 456.93

2 无功功率最大同时系数 0.95 选择变压器容量 KVA 500

3 380V有功功率总计 Kw 357.05 最大负荷利用小时 h

4 380V无功功率总计 千乏 285.14 年耗电量 Kw·h

图3-13-1临时供电系统图

图3-13-2临时供电系统图

3.14 防雷、接地装置

（1）防雷装置

井架、变电所及炸药库均按相关规程安装独立的防雷装置。

（2）接地装置

井架、变电所、绞车房、稳车群、压风机房均按相关规程安设接地装置，各组接地装置在检测合格后，再将其连成一体即可。用于防雷的接地装置必须使用独立接地系统。

3.15安全梯

井筒内设安全梯（5节）一套，选用JZA-5/1000型凿井绞车悬吊，其配套钢丝绳型号为22NAT18×7+FC1770，天轮为型号MZS2.1-0-1×0.65。

4. 施工设备

4.1 凿井设备

凿井主要设备选型和主要见表4-1。

表4-1 凿井机械化作业线配套设施一览表

4.2 提升机、稳车地面布置

提升机、稳车地面布置平面图见图4-2-1。

图4-2-1 稳绞平面布置图

5. 结束语

任何一套好的设计方案都需要结合实际情况去完善，本文仅起抛砖引玉作用，希望能给同行于启示。

作者简介：程山（1962—），男，汉族，机电工程师，注册建造师，注册安全工程师，2011年2月毕业于浙江大学电气工程及自动化，曾发表多篇专业论文，现任金诚信矿业管理股份有限公司北京竖井工程分公司总经理助理，负责设备技术管理工作。