深厚表土层井筒建设工程进度影响因素分析

【摘 要】煤矿建设工程是煤矿企业的基础，而井筒是矿井的咽喉，是矿井建设工程的重要部分。本论文结合井筒建设的具体实践，对井筒建设工程的质量进行控制，并在保证质量的基础上提高建井速度。从而为新建矿井的建设提供参考依据，实现优质高效建井的目标。

【关键词】深厚表土层；井筒建设；影响因素；控制方法

引言

煤矿井筒在建设过程中施工条件复杂，工程技术要求高，受地质、水文等众多因素的影响，工程质量瑕疵和建设速度缓慢是井筒建设中的常见问题。由于建井时间长，工程建设进度难以准确估计，设计依据的地质情况经常与估计的不符，因而影响井筒的掘进速度和工程量。如何提高井筒工程建设速度，成为新建矿井过程中的关键问题。本文总结了设计施工方面对建井速度的影响因素，并以某矿为例，探讨了矿建设计方案的选择，并提出施工技术的改进措施。

1 设计施工对建井速度影响因素

1.1 施工技术

先进的冻结技术为快速施工奠定基础。虽然我国是采用地层冻结法凿井穿过含水层和不稳定的松散层最多的国家之一，但是由于黄淮地区表土层厚达400m～700m，采用冻结法施工建井穿过深厚土层，在冻结技术方面将面临世界性难题。同时根据以往冻结法成井穿过厚表土层的施工经验，在厚层粘土段，特别是在深部含水量低、具膨胀性的厚第三系粘土层段，由于其中的水大都为吸附结合水，冻点低，冻土强度低，该段井筒施工时，常发生冻结管断裂，开挖时冻结井壁位移大。

1.2 冻结质量

井筒的冻结质量对建井进度也有很大影响。以前冻结井开挖时间，以水文观测孔内的水位有规律上升并溢出孔口，确认冻结壁己经交圈后即可开挖。但过早开挖，会造成冻土墙未进入荒径，易发生片帮。随着冻结深度的加大，在深部厚粘土层中冻结管断管事故明显增多。断管严重危及工程安全，甚至导致工程失败，严重阻碍了井筒的建设进度。因此，如何保证井筒冻结质量，成为提高建井速度的一个重要问题。

1.3 设计方案

矿井设计方案直接关系施工的速度，为缩短工期，减轻企业的还贷压力，矿井建设，尤其是保障井筒建设速度最为重要。立井井筒工程量一般只占整个井巷工程量的2%～3%左右，但施工期一般要占矿井建设周期的40%～50%，工程施工时间比较长，所占比例较大，建设速度较慢，这也是整个矿井建设工程速度上不去的重要原因之一，因此矿井设计方案的选取对建井速度有重大影响。

2 矿建设计方案优选

设计方案的选择直接关系矿井建设的速度和企业效益。地质条件越复杂，在井筒建设工程中所采用的技术和施工工艺要求就越高，矿井设计方案就要越慎重。针对黄淮矿区表土层厚，矿井井筒松散层厚度大且含有大量的强膨胀性钙质粘土层等特点，容易导致施工方案变更。以该矿为例，该矿井表土深度582.7m，冻结深度702m；井筒冻结表土段最大荒径为11.3m，该矿在2006年7月22日主井井筒施工至685m进行冻结段套壁施工，后来因变更施工方案，掘进单位在2006年7月22日开始探水注浆施工，为加强该井壁结构的设计管理，大致可以做出3类6个方案进行比较。

（1）方案一：采用铸铁丘宾块复合井壁，内外井壁厚度均约500mm，中间加塑料薄板，铸铁丘宾块用于内层井壁下部地压大的地段，混凝土强度等级最高为C60；

（2）方案二：采用钢板混凝土复合井壁，内外井壁结构尺寸与方案一基本相同，不同处是用M16n钢板代替铸铁丘宾块；

（3）方案三：采用高强度混凝土等厚断面结构，内外壁之间夹l00mm厚沥青缓冲层，混凝土最高强度等级为C60；

（4）方案四：断面结构同方案三，混凝土最高强度等级为C70；

（5）方案五：采用高强度混凝土变断面结构形式，双层井壁中间夹有塑料薄板，外壁混凝土最高强度等级为C45，内壁馄凝土最高强度等级为C50；

（6）方案六：井壁结构形式与方案五相同，但混凝土最高强度等级不同，外壁最高强度等级为C50，内壁内壁混凝土最高强度等级为C70；经过技术经济比较，一、二方案施工难度较大，投资高，三、四方案掘砌工程量大。考虑到目前的施工工艺和技术，为确保矿区矿井的井筒能安全施工，确定采用方案五。从而在建井过程中避免了冻结法施工井筒过强膨胀性钙质粘土层时冻结管断裂事故的发生，在深厚表土井筒冻结法施工中创造了很好的成绩。

3 施工技术改进

3.1 技术总体思路

深表土冻结井筒的施工，如果冻结段采用常规的风镐与抓岩机配套的掘进方法，将会因施工速度上不去而造成过多的冻土进入荒径，并且施工速度越慢冻土进入荒径的越多甚至冻实，形成恶性循环，因此选择有效的冻土挖掘和破碎方法是提高冻结段施工速度的有效途径。借鉴地面土石方工程中利用挖掘机挖（装）土和破碎硅的成功经验，经过论证，确定选择美国进口CX55B型挖掘机用于井下冻土的掘进施工，技术上是可行的。

3.2 配套掘进技术核心

小型挖掘机（CX55B型）放置在井下工作面，通过履带式行走机构在工作面移位，利用动臂操作挖斗挖土和刷帮（或操作破碎锤破土），并将土集中在吊桶附近以利于装罐（也可辅助装罐）；吊盘上安装一台中心回转式抓岩机，负责将挖掘机集中的土装入吊桶。通过挖掘机司机和抓岩机司机的密切配合辅以专职人员的统一指挥，两种设备在工作面实现“双机配合”，挖土与装罐同时进行，共同完成冻结段土层的掘、装作业。

3.3 挖掘机的上下井运输

挖掘机的外形尺寸较小，其中机体长×宽×高=2480×1960×2600mm，只要把动臂拆除，基本可以通过封口盘、固定盘和吊盘，但吊盘喇叭口需做特殊处理：只要把动喇叭口钢梁的布置应满足挖掘机通过的要求，运输时还需拆除喇叭口和部分吊盘铺板。挖掘机上下井时，拆除动臂，利用钩头提升出井或下放到工作面。如果井筒开挖时就使用挖掘机，可以将挖掘机从一开始就放在井筒内工作，省去了一次向井下运输的环节。

3.4 挖掘机的站位与移位

井下空间狭小，吊桶、挖掘机、抓岩机、施工人员互相影响，挖掘机又占用工作面较多的空间，因此挖掘机站位必须合理。站位原则是避开吊桶、远离吊桶、靠近井帮（或外层井壁）、挖掘范围大并利于刷帮、利于把土集中在吊桶附近（最好是两吊桶之间）。较为理想的站位点是两吊桶连线的垂直线上并靠近井帮或外壁，如抓岩机下方或对侧等。挖掘机在井下行走路线是绕圈（距井壁或井帮约0.5m）行走，不宜在井筒中间穿行，其原因一是水位观测孔多布置在井筒中心位置，影响挖掘机行走，二是绕圈行走时挖掘机与吊桶、抓岩机的相互干扰最小，便于双机配合作业。

4 结束语

加快煤炭基建速度，特别是要加快建井速度、缩短建井工期，这不但能早出煤、多出煤，而且也是煤矿建设中的最大“增产节约”。据估算，一个大型矿井（300一400万吨）如能提前一年建成，其辅助车间及企业管理费用等就可节约400～1300万元。本文找出了影响矿井井筒建设进度的因素，并对这些影响因素进行了分析，对煤矿矿井建设具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]梁袁，赵久良，潘怀南.“三同时”建井新技术在刘庄煤矿的应用[J].建井技术，2003（3）.

[2]洪伯潜.我国深井快速建井综合技术[J].煤炭科学技术，2006（1）.

作者简介：

鲁亚楠，2008年毕业于河南理工大学土木工程岩土与地下工程专业，矿业工程建造师，注册安全工程师。