冻结井冻结段快速施工工法

冻结井冻结段快速施工工法HXGF-KJ1-2009山东华新建筑工程集团公司立井井筒工程量占矿井建设总工程量仅3.5％～5％，但其建设工期却占总工期的40％左右。随着市场竞争及提高经济效益的要求，加快立井施工速度，是缩短矿井建设工期的关键，特别是冻结井增加了冻结工期和费用，加快施工速度尤其重要。我公司自施工冻结井以来，对冻结井筒立井机械化快速施工进行了长期的研究与实践，在鲁新副井的施工中成熟地利用了超大荒断面冻结立井井筒机械化配套作业线，井筒冻结段自2008年9月11日正式开工，到2008年12月10日外壁施工完成共3月计成井271.0m，平均月成井90.4m。创同行业超大荒断面冻结立井井筒快速施工新记录，并且经过多年来国内、外各类冻结立井井筒施工实践，形成了大荒断面冻结立井井筒机械化快速施工综合配套的施工方法。一、特点1．根据冻结立井井简直径、深度及地质条件来合理的配置机械化装备，特别是采用挖掘机下井挖土装罐，工作面清底，节省了大量人工；解决了因单钩提升，吊桶装载距离远，出矸时间长的问题，提高工效近6倍。2.解决了立井施工，井下装矸时间太长对施工循环周期的影响，缩短了循环周期，有利于实现正规循环作业。实现了冻结立井井筒快速施工。   3．井筒开凿后立即进行永久支护，减少了岩层的暴露时间。不需进行临时支护，节省临时支护时间和材料，既减化了施工工艺，确保了施工安全，又有利于降低工程成本，增强企业的竞争力。   4．各工种实现专业化，按“滚班制”作业，充分调动了人的主观能动性。   5．掘砌段高一般2.5～4.28m，有利于爆破循环的实施，充分发挥机械化装备的优势。二、运用范围1．本工法广泛适用于煤炭、黑色金属、有色金属、稀有金属和非金属等各类矿山工程立井冻结井筒施工。   2．适用于井筒净直径不小于Φ5.5m，荒断面Φ6.5m以上。   3．井筒深度无限制，井筒断面越大越能发挥该工法快速施工性能。   4．井筒荒断面越小将影响配套机械化设备效率的发挥，施工速度、井壁质量等将受到一定的影响。三、工艺原理本工法以挖掘机挖土装罐为核心，配以大绞车、大吊桶、大模板和自动计量、自动搅拌、自动下料的砼搅拌系统；下料管下放砼；料斗中间及矸石溜槽底部采用加热保暖技术，克服了低温恶劣环境的影响；绞车、稳车电控用PLC控制等新技术形成了超低温环境下机械化快速施工综合配套的施工方法。实现大荒断面冻结立井井筒机械化快速施工的目的。采用SY-65C挖掘机挖土装罐为主，长绳悬吊式抓岩机为辅，配以人工用铁锹、风镐掘进刷帮。一套单钩JKZ－2.8/15.5大绞车配以5m3吊桶提升，φ159*6下料管下放砼。外壁采用金属整体大模板短段掘砌混合作业施工；内壁采用1米拆卸式钢模板自下而上倒模法砌筑内壁。四、工艺流程本工法的工艺流程如下：外壁施工依次反复循环，每一循环时间一般为20h，实例列举：冻结段正规循环图表见表1。表1班别工序名称工时时间（小时）时分1234567掘一班交接班10出矸准备20出矸430掘二班交接班10出矸准备20出矸430掘三班交接班10出矸准备20出矸330砌壁班交接班10敷设泡沫板、绑钢筋收立模找正220浇筑砼320收尾10说明：一个循环20小时，循环进尺2.5m，循环率90％，进尺为70m/月。  五、操作要点1.最合理的大荒断面冻结井机械化快速施工综合配套设备和方案。要确保大荒断面冻结井立井快速施工得以实现，前提条件之一就是要配备足够的装矸和提升能力来满足快速施工的需要。若采用传统的人工装矸显然已不能满足快速施工的条件。采用SY-65C挖掘机装矸刷帮和JKZ－2.8/15.5大绞车配以目前国内最大的5m3吊桶提升，很好地解决了超大荒断面冻结井出矸时间太长，制约提高成井速度的问题。大模板和自动计量、自动搅拌、自动下料的砼搅拌系统；料斗中间及矸石溜槽底部采用加热保暖技术；绞车、稳车电控用PLC控制等新技术形成了机械化快速施工综合配套的施工方法。实现了大断面快速施工的目的。当井筒净直径＞Φ5.5m，且井筒深度较浅时宜布置单钩提升；当井筒净直径>Φ7.0m，井筒深度较深时只要施工断面允许尽可能布置双钩提升。提升机选型应根据井筒直径、深度等综合确定。2.最优出矸与排矸设备的配套。立井快速施工每一循环中，出矸时间往往占40％～50％，如何缩短出矸占用的时间是快速施工得以实现的重要因素。目前国内冻结立井快速施工出矸一般均优选HZ—6型中心回转抓岩机出矸，但当井筒净直径>Φ6.5m，超大荒断面时，只要施工断面许可应优先考虑采用挖掘机机出矸。实例之一：我公司施工的鲁新副井净直径Φ7.0m、冻结井深271m施工时，选用SY-65C挖掘机，SY-65C挖掘机出矸，使出矸速度提高了近一倍，小班出矸时间缩短了2h左右，仅此一项整个井筒出矸时间就节省了500h，工人劳动强度也降低了60％以上，同时也提高了清底质量，为后续工作创造了良好的条件，提高了找平精度，使立模工作准确、快速。3.最优打眼爆破设备及技术。冻结立井施工速度与爆破效果有直接联系，而爆破效果由打眼设备及技术所决定。立井尤其打眼宜优选伞型钻架，配YGZ—70导轨式高频凿机凿岩。当井筒净直径为Φ5～Φ6m时，选用FFJD—9型伞钻较为有利。爆破技术宜采用深孔光面爆破技术，T220型高威力水胶炸药，反向连续式装药结构，5段毫秒延期电雷管分组并联方式。实例之一：冻结段炮眼布置见图3、冻结段爆破参数、爆破效果预期与实际对照分别见表2、表3。图1 冻结段炮眼布置图   表2 冻结段爆破参数表序号炮眼名称角度º炮眼个数圈径m炮眼深度炮眼布置装药量起爆顺序联线方式备注单孔全圈眼距mm圈距mm每炮眼全圈kg药卷重量1掏槽眼9061.82.01290070031.59Ⅰ并联2辅助眼90123.21.821.68378002112Ⅱ3辅助眼90184.81.832.48378002118Ⅲ4辅助眼90226.41.839.69137002122Ⅳ5辅助眼90307.81.850.48166502130Ⅴ6周边眼86609.11.810447610.530Ⅵ合计148121 表3 冻结段爆破效果预期与实际对照表名称单位数量名称单位数量炮眼利用率%95每米成井筒炸药消耗量Kg/m70.8每循环进尺m1.71每立方米实体岩石炸药消耗量Kg/m31每循环爆破实体岩石m3121每立方米实体岩石雷管消耗量个/m31.2每循环炸药消耗量Kg/m3121每米井筒雷管消耗量个/m86.5   4.最优砌壁模板及下料工艺相配套。砌壁模板是立井快速施工具有工艺特征的关键设备，模板性能好坏直接影响到施工速度的快慢及质量的好坏。目前，立井快速施工模板一般均采用MJY型整体金属刃脚下行模板，该模板具有脱模力强、刚度大、变形小、立模方便等优点，一般在地面由3～4台稳车悬吊。模板直径根据井简直径来选型，段高一般为2.5～4.28m，砌壁混凝土一般由混凝土集中搅拌站提供，强制式搅拌机拌料，底卸式吊桶或混凝土输送管下料。   5.地面排矸能力要与装岩、提升能力相适应。根据立井快速施工经验总结，地面排矸能力应以不影响装岩、提升来配置，一般采用落地矸石仓储矸，待浇灌混凝土时用1～2台自卸汽车及装载机集中排矸。六、立井机械化快速施工配套设备选型根据冻结井筒荒断面大的特征，结合立井机械化配套中凿岩、装岩、支护、提升和运输各个环节相互匹配的要求，使设备综合能力最大限度得到发挥，取得快速、经济施工的效果。经过多年来实践总结，在我公司冻结井井井筒施工的成熟经验基础上，对冻结大荒断面井筒快速施工进行了综合机械化配套进行设备选型。井筒布置1套单钩提升系统，选用JKZ-2.8/15.5型提升机配PLC电控系统，提5.0m3吊桶；SJZ－6.9型液压伞钻凿岩；1台SY-65C型挖掘机为主，一台HS－4型长绳悬吊式抓岩机为辅出矸；井筒另外布置一趟Φ159*6下料管、Φ108压风管，一趟Φ600风筒，一趟放炮电缆，两层吊盘，一套整体移动式液压金属模板，一路安全梯；动力电缆，照明、通讯、信号、泄漏通信电缆、监控电缆随吊盘绳敷设。见主要施工设备用量表超大断面冻结井井筒主要施工设备一览表序号名称规格数量额定功率生产能力备注一、提升系统1凿井井架GⅤ12提升机JKZ－2.8/15.5110003提升天轮φ3.0m14吊桶5m315钩头11吨Ⅱ型1二、悬吊系统1凿井绞车JZ210/600622模板稳绳2凿井绞车2JZ216/600142下料管3凿井绞车JZM25/800255吊盘4凿井绞车JZT10/700A175抓岩机5凿井绞车JZA5/1000A175安全梯6悬吊天轮φ800单槽97悬吊天轮φ1000单槽28悬吊天轮φ650单槽69悬吊天轮φ800双槽210块装钢模板φ7/1m1511金属液压整体模板YJM2.5/8～8.51冻结段YJM2.5/71基岩段12吊盘2层113安全梯1三、掘砌设备1挖掘机SY-65C150—602抓岩机HS-4130—403伞钻SJZ-6.914风钻YT－27155风镐G10306风煤钻15四、生产辅助设备1螺杆压风机6KV/40M332局扇DKJ63-No5.6222×23混凝土搅拌机JS-100013060m3/h4混凝土配料机PLD-1600A1125卷扬机JJK-136弯曲机17切割机18电焊机BX－330－129潜水泵PBH－18型310风泵BQF－50/25311振捣器ZN-701012手动葫芦10T113水泵DC50-80*5213214潜孔钻机MZ120-Ⅱ115注浆泵2TG-60/210116装载车ZL－50117自卸车10T2五、电气设备1箱变22综保开关DZZ-4-113综保开关WZXZ-4-114开关柜660V15开关柜380V16防爆开关3502六、其它1电视监控1套六、劳动组织及安全㈠工程施工项目管理为了能够快速、优质、安全、高效地完成大断面冻结井井筒工程施工任务。成立工程项目部，实施项目法人管理，全面履行工程施工承包，项目部将以承包合同为依据，以创全优工程为目标，实施从工程进点到全部工程竣工移交全过程的经营与管理，对工程施工质量、工期、成本实行全面控制，项目部对外认真履行施工合同，对内实行全面控制，制定和落实承包责任制。㈡　井筒施工时期的劳动组织项目部设经理1人，副经理3人，另设工程技术部，经营后勤部、机电部、安全调度室负责日常管理工作。㈢　施工作业制度劳动组织采用综合施工队形式，按专业化班组配备，井下三个掘进班一个砌壁班实行滚班制作业，地面辅助人员“三八”制作业。井筒冻结段掘砌施工时期，直接工采用专业工种“滚班”叫班制度，外壁循环进尺2.5m，循环时间20小时，循环率90％。见冻结段施工循环作业图表。工程技术及项目部管理人员，实行24小时值班制度。井筒冻结段施工配备总人数为100人，其中：项目部4人，直接工60人，辅助工、调度、质检、机电维修等36人，见项目部组织人员配备表和劳动力表。人员配备表类别冻结段施工经理部（经理副经理）4工程技术部、安全调度室4经营后勤部（食堂、澡堂、仓库、门卫等）7机电部5辅助（压风机、绞车司机）（井口信号把钩工）15直接工60合计100劳动力计划表年月人员施工阶段2008年6月18日—2008年8月10日2008年8月11日—2009年1月10日2009年1月11日—2009年2月8日平均高峰平均高峰平均高峰准备期120150冻结段158178合计120150158178128138㈣　施工技术安全措施施工中严格按《煤矿安全规程》和《煤矿建设安全规定》执行。加强安全技术管理，严格执行一工程一措施制度，认真编制单位工程施工组织设计或技术安全措施，优化施工方案，选择技术先进、经济合理、安全可靠的施工方法。井筒开工前，现场技术人员要首先编制出《表土段外壁掘砌施工技术安全措施》；进入冻结段前要编制《冻结段施工技术安全措施》、《利用380V电源放炮技术安全措施》、《壁座、加强段、套内壁施工技术安全措施》；上述措施经公司有关部门批准，并向全体施工人员传达贯彻后执行。贯彻技术安全措施，要将工程特征、技术要求、施工程序、操作要求和要达到的质量以及安全注意事项等向施工人员认真进行传达交底。七、质量要求   　㈠　本工法执行的主要规范、标准有：   (1)《矿山井巷工程施工及验收规范》(GBJ213—90)。   (2)《矿山井巷工程质量验收评定标准》(MT5009—94)。   (3)《煤矿安全规程》(1992年版)。   (4)《煤矿建设安全规程》(1997年版)。   　㈡　本工法在现行标准、规范中主要采取下列措施保证工程质量：   1.工程质量目标：施工范围内的所有单位工程质量全部达到优良。2.建立健全质量保证体系：⑴项目部成立质量管理领导小组，项目经理任组长。建立项目部质量保证体系。⑵项目部设专职质量检查工程师，对重点部位、关键工序要盯在现场。⑶各专业队设立质量管理小组，队长任组长，负责本工序的质量管理，不合格的工序不能进入下一道工序。⑷项目部设立施工技术组，有技术副经理负责管理、考核。根据作业工序在专业队设置经过培训合格的专（兼）职质量检查员。3.保证质量的组织技术措施：⑴严格执行《煤矿井巷工程质量检验及评定标准》、《矿山井巷工程施工及验收规范》、《煤炭工业建设工程质量技术资料管理规定》和《煤炭工业煤矿井巷工程、建筑安装工程单位工程质量保证资料评级办法》及合同书要求的质量管理及验收评定办法等有关质量规定，主动接受建设单位和监理部门的质量监督。⑵推行全面质量管理，开展群众性的QC小组活动。⑶严格按照质量、环境\职业健康安全（GB/T19001“2000”、GB/T24001“2004”、GB/T28001“2001”）管理体系运行。确定质量控制目标，实行全员、全过程、全方位的工程质量控制。⑷搞好图纸会审、技术交底及图纸资料的档案管理工作。⑸建立健全质量岗位责任制，制订明确的质量奖罚制度。⑹定期开展质量大检查，查措施、查记录、查隐患、总结经验教训，堵塞质量管理漏洞。⑺严格按《验收标准》组织施工，项目部成立专职质量检查机构，主要工序跟班检查。⑻严格按规范要求进行工程材料的检查，试验工作，确保原材料质量符合规定。⑼加强施工材料的计量工作，搅拌站配自动计量自动上料设施，定期进行计量，确保砼配比的准确性。4.质量控制措施：⑴严格控制掘进断面，采用光面爆破，做到不欠挖、超挖不大于技术规范规定。⑵砌壁施工：断面尺寸必须符合设计要求；砌壁所用原材料的质量合格；做好井壁淋水的引排工作；施工用机具、模板等必须经过检查确认完好方可使用。混凝土应分层对称浇筑，每层浇筑高度不大于400mm，且连续灌筑。5.质量检测：质量检测后质量要达到下列要求：(1)井筒净半径不小于设计，也不大于设计50mm。   (2)井壁厚度符合设计，达到质量标准要求。   (3)井壁接茬密实、无杂物、无出水点。   (4)井壁混凝土强度符合设计，达到质量标准要求。   (5)井壁混凝土表面质量符合质量标准要求。   (6)井筒建成后的总漏水量小于6m3／h，井壁不得有0.5m3／h以上的集中漏水孔。   6.大荒断面冻结立井井筒工程质量保证体系见图。 八、效益分析大断面冻结井冻结段立井机械化快速施工工法，是在全基岩立井机械化快速施工基础上再优化而形成的，目前国内最合理的机械化快速施工综合配套的施工方法。其实质就是在保证工程质量的前提下，充分利用机械设备的高性能，尤其是大胆采用小型挖掘机，经过严格的管理来缩短井筒建设工期，其直接效益就是节省施工辅助费用，使矿井提前投产，减少贷款利息支出；间接效益就是积累了施工经验，提高了企业的知名度，带动了整个立井井筒建井技术向前发展。应用实例：鲁新煤矿副井（设计净直径φ7m，荒径φ9m）井筒深度333.633m，表土深度100m，冻结段深度271m。井壁结构为双层钢筋混凝土结构，局部为三层钢筋混凝土结构，井壁为双层，厚度1000～1250mm，混凝土强度为C30、C40。井筒冻结段自2008年9月11日正式开工，到2008年12月10日外壁施工完成共3月计成井271.0m，平均月成井90.4m。创我公司利用立井机械化快速施工冻结立井井筒各项记录，且工程质量被集团公司评为优良工程，全员人均效率高，机械化程度98％，施工设备完好率达100％。全井筒杜绝了一切轻伤以上的事故。同时，立井井筒连续快速施工也为施工单位积累了丰富的施工经验，增强了企业的信誉，这种无形的效益也极为可观。   由此可见，鲁新煤矿副井超大断面冻结井井筒机械化快速施工是成功的，为煤炭基建行业的科学技术发展起到了一定的促进作用，创出了中国煤炭建设史上超大断面冻结井立井井筒施工最好水平。