CN101598022A - 立井一次成巷的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于立井和大倾角斜井的一次成巷的施工方法。本发明提供的方法采用掘砌分开平行施工、互不干扰。本发明即可克服现有施工方法技术复杂、设备繁多、安全质量差等弊端；又能提供一种施工方法简单、施工环境好、井壁质量高的施工方法。同时，还可以解决现有立井长期难以解决地井壁“泄漏淋水”的问题。

Description

立井一次成巷的施工方法

本发明是一种用于立井和大倾角斜井的施工方法，它特别适用于穿过深厚表土层和软基岩条件下的施工。

目前我国煤矿有60％以上的矿井采用立井开拓方式，冶金矿山也绝大多数采用立井开拓方式。由于立井施工技术复杂、场地狭窄、环境恶劣、专业性强、设备繁多、安全性差。立井建设工期占矿井建设总工期的40％～50％(1)。以目前国内外普遍采用的立井掘砌混合施工方法为例，也存在着井壁接茬多、掘砌施工交替频繁、施工组织复杂、工程质量难以控制、井壁“泄漏淋水”难以解决等弊端(2)。

本发明即能克服现有立井施工的弊端，又能达到施工组织简单、施工环境好、井壁质量好、安全程度高的目的。

本发明的立井一次成巷施工方法就是采用掘砌分开、平行施工、互不干扰。如图1所示：其中(1)井壁浇铸处(2)模板(3)井壁调正装置(4)井壁(5)井壁余隙(6)压力检测孔(7)余隙密封(8)壁座(9)疏水降压井(10)挖掘工作面(11)注浆孔。图1所示的11个部位，按其功能可构成四部分：其中一、掘砌分开平行施工；二、疏水降压和井壁密封；三、井帮加固；四、井壁垂直度调整。下面，根据图1分别进行单述。

一、掘砌分开平行施工：

这一部分是实现一次成巷施工方法的主要部分。不论是挖掘工作面(10)，还是井壁浇铸处(1)都能独立施工，互不干预。都能实现专一化、专业化和连续化的施工条件和目的。这样不论是挖掘工作面，还是井壁浇铸，都可以实现速度快、效率高、质量好、安全可靠的施工目的。挖掘工作面(10)的连续不断挖掘，井壁(4)就不断下沉，就可以从根本上消除了井帮超挖和欠挖的问题，以及由于井壁超挖和欠挖所造成的弊端。图1中所示的挖掘工作面(10)的施工方法可以采用挖掘法、射流法、***法及混合法。

本发明的井壁可以采用常规设计的井壁，井壁的结构可以是单层的，也可以是双层的，还可以是复合的。同时，还可以采用常规难以采用的AV柔性井壁、球墨铸铁丘滨块井壁、预制块井壁、预制井壁等。本发明浇铸井壁的混凝土还可以采用常规难以采用的高性能混凝土，如C70～C110的高标号混凝土。这样，井壁的强度可以大幅度提高，井壁的厚度可以减薄，井壁在复杂地质条件下的承载能力加强，适用范围拓宽。

掘砌分开平行施工，不但为井壁浇铸改善了环境，而且也为井壁浇铸实现了专一化、专业化和连续化，为井壁无接茬浇铸、连续浇铸创造了条件，实现了井壁浇铸的无接茬式、连铸式，使井壁浇铸真正实现了“一体化”。克服了传统井壁接茬多、质量差、强度低、“泄漏淋水”等难以解决的弊端。模板(2)采用常规模板，即可以采用液压滑升式，也可以采用倒板式。

二、疏水降压和井壁密封：

这一部分是为了解决挖掘工作面(10)的水患危害，保证施工安全，并尽可能的提供相对较干的施工环境。如图1所示的疏水降压井(9)的数量和井径可以根据水文地质井检涌水量确定。它的设计可以参照矿井排水标准，并要有一定的备用疏水能力，以保证疏水降压效果和安全可靠程度。压力检测孔(6)即可检测壁后水压力，又可疏水(必要时还可注浆)。井壁余隙(5)，井壁余隙是为了井壁垂直度调整时井壁要有一定的活动量。为了保证余隙的长期作用与效果，余隙内需注入浓度较大的泥浆护壁，并要随时观测泥浆浆位高低和泥浆失水状况。井壁余隙的大小可根据地质状况确定，以能保证井壁的自由度为宜。余隙密封(7)，余隙密封可根据需要采用一道或数道柔性密封。壁座(8)，壁座(8)的外径面与底平面和与岩土的接触面构成了壁座的接触密封。壁座的接触密封和余隙的柔性密封及余隙泥浆构成了井壁密封***，用于封堵井壁余隙水串入挖掘工作面。疏水降压措施和井壁密封***共同组成了挖掘工作面水患危害的安全保障***。

三、井帮加固：

壁座(8)下部的注浆孔(11)分两部分组成，其中上部注浆孔注润滑剂，润滑剂一般采用水，也可以根据需要注润滑油、润滑脂等。还可以注入加固材料，如水泥浆、化学浆等加固材料加固井帮。下部注浆孔是为了井帮能坍塌和泄漏的部位随时注浆，用以加固井帮，防止井帮坍塌和泄漏。如松散土层、松散沙层、沙砾层以及基岩层等部位，都要随时注浆加固或注浆密封。以上构成了井帮加固***，用于保证井壁余隙的长期作用与效果。

四、井壁垂直度调整：

井壁垂直度的调整分上下两部分组成。上部由图1所示的井壁调正装置(3)组成，井壁调正装置(3)一般采用液压式、也可以采用机械式。它的数量可以采用4组、6组、8组等，可根据需要而定。一般情况下，应尽可能的将井壁调整在井壁余隙中心。

下部井壁垂直度调整，主要是通过挖掘施工工艺调整壁座(8)的相对位移来实现。因为有井壁余隙的存在，井壁始终会有自由度，这样只要调整壁座的相对位置，就可以随时调整井壁的垂直度。也就是说，在井壁挖掘沉降“动”的过程中随时进行纠偏。需要特别强调地是挖掘工作面(10)的施工，必需以保证井壁垂直度为中心，特别是当施工到巨厚膨胀性粘土层时，必需以最小的垂直度误差进入粘土层，当膨胀性粘土将井壁余隙(7)的间隙膨胀封严以后，将井壁余隙(7)内注入润滑脂或润滑油，以防井壁被巨厚膨胀性粘土层抱住。并保证随时调整井壁垂直度的功能。

本发明的实施例：

本发明的实施例选择一个常规施工难度大、井径大、涌水量大和有巨厚膨胀性粘土的立井为例加以说明。该立井设计井筒深度677.85m，井筒净直径8m，井壁为双层内钢板束服钢筋混凝土井壁，内层井壁0.55m，外层井壁0.45m。双层井壁落底深度601.44m，如新生界水文地质柱状简图2所示的细砂岩层位上。该段井筒总高度602.94m(含井筒高出地面的1.50m)。井深进入298.94m时进入强膨胀性粘土层，厚度达110.7m。根据井壁设计，从井深280m起采用内钢板束缚钢筋混凝土井壁至601.44m。井壁厚度采用不变径措施，以减少井壁的负摩擦力，增加井壁的柔性。

壁座的直经可以与井壁直径(含余隙)相同，也可以比井壁薄，一般壁座厚度取井壁厚度的1/2～1/3之间为宜，壁座的厚度选择主要考虑岩土的强度，以能防止井壁自沉为宜。本实施例壁座厚度选择井壁厚度的三分之一。

施工设施简述：以改变常规为主。

井筒施工吊盘三层，第一层主要安装较大容积的临时储水箱。第二层安装三台串联式PM-300型杂质泵。第三层安装中心回转抓岩机、小型工作面注浆机等。吊盘固定在井壁上，吊盘安全钢丝绳做稳绳，并有稳车牵引。井壁需悬吊四趟管路，其中，两趟排水管路，一趟压风管路，一趟射流管路(兼做地面临时注浆)。这四趟管路均为永久管路，要根据设计标准安装，并要尽可能使这四趟管路在井壁上的重量分布均衡，以利于井壁的垂直度调整。

凿井井架采用专用凿井井架。井壁浇铸需按设内、外操作平台，内操作平台为双层，以备井壁管路安装做操作平台，内外操作平台同步移动，并有稳车牵引。内操作台兼做井筒安全盖。

提升绞车和空压机均利用矿方永久设备，通风机采用4-58-No-11-25D1型调速扇风机。测量、照明、通讯信号均与常规相同。综上所述，本发明节省了大量稳车、钢丝绳等设备和材料。

现根据新生界水文地质柱状简图2单述井筒实施方案：本立井的实施方案设计以挖掘法为主辅以射流法和***法的混合施工法。开始采用挖掘法，当施工到第四含水层时转入射流法施工，当施工到基岩层时采用***法。

下面根据新生界水文地质柱状简图2和井检抽水实验的涌水量单述疏水降压措施。第一含水层的井检流量735立方米/小时，埋深33.85m，设降水井泵650QJ800-38/1型一台，该泵流量800立方米/小时，扬程38m。第二含水层的井检流量762立方米/小时，埋深89.54m，设降水井泵650QJ800-114/3型一台，该泵流量800立方米/小时，扬程114.00m。第三含水层井检流量410立方米/小时，埋深293.19m，设降水井泵350QJ500-330/11型一台，该泵流量500立方米/小时，扬程330.00m。第四含水层井检流量210立方米/小时，埋深488.60m，根据施工方案设计，采用射流法施工。以上构成疏水降压***。

第一和第二降水井可供矿方生产和生活用水水源井。为了保证挖掘施工安全，要采用先疏水降压，后挖掘施工，先探后挖，边探边挖的施工措施。

疏水降压***采用井内(立井)井外(疏水降压)统一部署，统一设计。例如；第一至第三含水层的疏水降压措施以降水井泵为主，立井内的杂质泵作为备用排水安全保障***。当立井施工进入第四含水层时，挖掘施工转为射流法施工时，井内的另一条排水管路为备用排水***。基岩风化带含水量很小，仅30立方米/小时，仍用井内排水***。

综上所述的疏水降压***，可谓井内井外统一设计，相互配合，高度协调。具有***简单、安全可靠不需转水站等设施，就能解决涌水量高达2147立方米/小时的立井施工。

当施工到第四含水时，开始准备射流法施工的准备工作。其中主要是在另一条永久排水管路上安装一台DN360-75X7型备用泥浆泵作为采用射流法施工时的备用排水***。正在作施工转换准备时，发现第四含水层涌水量大量减少，经分析认为，四含水层比井检时涌水量减少为正常现象，由于井检孔径小，检测抽水时间有限(一般8小时)，对于这种水利流动条件极好的中沙含水层，误差很大，虽然四含水层流动条件极好，但无补给来源，属于静态水。在大流量排水的情况下，水位迅速下降，水量减少，计划的射流法施工不能实施了。因为杂质泵的排水能力为300～350立方米/小时，井下涌水量太小，必须在井上引进300立方米/小时的水，才能满足PM-300型杂质泵运转的需要，这样从经济上考虑是不合适的。因而继续采用挖掘法施工。由于本发明提供的掘砌分开平行施工的方法，无需担心井壁“泡汤”的问题，也没有“空帮”和“塌帮”的任何机会。所以，在涌水量比常规大的情况下，仍可照常施工。这样，很快就穿过第四含水层，正常施工到601.44m井筒设计落底处。对井壁进行生根密封处理后，新生界冲积层段的井筒施工就结束了。根据本立井井筒设计最后落底处677.85m，还有76.41m的基岩段井筒未施工，该基岩段井筒按设计采用普通法施工，在这里就不再熬述了。

采用本发明掘砌分开、平行施工方法浇铸的井壁，必须从井壁浇铸开始，就得时时保证井壁本体的垂直度。同时还要通过四柱垂线或激光指向仪等设施与电脑联网，随时检测井壁在井内的垂直度。对井壁在井内的垂直度和井壁浇铸的垂直度，要实现电脑化、智能化、数字化的“全天候”检测，井壁垂直度误差随时用数字显示，误差超过作业规程要求及时报警，达到随时掌控井壁垂直度的目的，以保证井壁的垂直度时时符合设计标准要求。

采用本发明的实施方案施工的立井成本与传统的冻结法施工立井的成本相比，具有显著的经济优势，以上述实施例的立井，井筒净直径8m，井深近700m的立井为例，采用冻结法施工的造价约1.9亿元。采用本发明的施工方案施工造价约1.4亿元。如果一个矿的几个井筒同时采用本发明的实施方案，其成本还可以低一些。而且本发明施工组织简单、施工条件好、成井质量好、安全可靠。因此，本发明具有巨大的经济效益和开发推广价值，是立井凿井发展史上的一次重大变革。

附图1的图面说明：图1是掘砌分开、平行施工的***示意图，其中(1)井壁浇铸处，(2)井壁浇铸的模板，(10)立井挖掘施工工作面，由此实现了掘砌分开、平行施工的条件和目的。疏水降压井(9)、压力检测孔(6)和余隙密封(7)及壁座(8)构成了立井挖掘施工工作面(10)水患危害的安全保障***。

附图2的图面说明：图2是一个新生界水文地质柱状简图，(即井检孔的柱状简图)，其埋深以地平面设计标高正负零的为基准，水文地质柱状图的实际埋深数据为各含水层的底板线和主要地层的底板线，单位为m。

Claims (5)

1、一种用于立井和大倾角斜井的一次成巷的施工方法。其特征在于该方法采用掘砌分开、平行施工；并有疏水降压***、井壁密封***、井帮加固***及井壁垂直调整***所组成。

2、如权利要求1所述的施工方法，其特征在于该方法采用挖掘法、射流法、***法及混合法。

3、如权利要求1所述的砌壁施工方法，其特征在于该砌壁施工方法采用连铸式、无接茬式。

4、如权利要求1所述的疏水降压***，其特征在于该疏水降压***采用井内井外统一配合式。

5、如权利要求1所述的井壁密封***，其特征在于该井壁密封***有壁座(8)、壁座注浆孔(11)、余隙柔性密封(7)及井壁余隙(5)的泥浆所组成。