立井短段掘砌混合作業(yè)法施工技術(shù)

1、立井短段掘砌混合作業(yè)法施工技術(shù)摘要：從立井鑿井作業(yè)方式的發(fā)展，全面介紹了短段掘砌混合作業(yè)法及其配套施工設(shè)備的研究成果，以及近年來對該工藝和設(shè)備的性能完善提高和大力推廣應(yīng)用情況。應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，在立井施工中取得了優(yōu)質(zhì)、快速、經(jīng)濟(jì)、高效的結(jié)果。1 立井作業(yè)方式的現(xiàn)狀和發(fā)展50年代中期，國外已出現(xiàn)立井混合作業(yè)施工法；6070年代，這種方法及鑿井機(jī)械化配套技術(shù)得到大力發(fā)展，顯出其優(yōu)越性及潛力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，前蘇聯(lián)、波蘭等國混合作業(yè)法比例已達(dá)90%，德國為100%，捷克、日本和加拿大等國也已大量采用混合作業(yè)法施工，只有南非有部分井筒還采用手抱鉆打眼、多層吊盤平行作業(yè)方式施工。在國外，混合作業(yè)法施工普遍采用深孔爆

2、破一掘一砌正規(guī)循環(huán)的作業(yè)方式，循環(huán)進(jìn)尺3.04.5m，平均月成井速度5060m。我國最早廣泛使用的施工方式是單行作業(yè)方式。6080年代掘砌平行作業(yè)曾在我國一些立井中采用，80年代中期以后很少采用。60年代短段掘砌作業(yè)方式在我國開始應(yīng)用，至80年代已達(dá)施工井筒量的1/3左右。短段掘砌以模板砌壁高度為掘砌段高，取消臨時支護(hù)，永久混凝土井壁緊跟掘進(jìn)工作面。掘砌段高開始為1.01.5m，后期為2.02.5m。由于當(dāng)時的工藝和設(shè)備不夠完善，施工速度一直比長段掘砌單行和平行作業(yè)低。掘砌安一次成井作業(yè)方式(井筒永久裝備的安裝工作與掘砌工作同時施工)的井筒施工布置比較復(fù)雜，必須在一定條件下方可采用，其施工井筒

3、數(shù)量一直有限。1974年以來，煤炭、冶金、一機(jī)3個部組織立井施工機(jī)械化配套攻關(guān)，相繼研制一些大型鑿井設(shè)備，但作業(yè)仍多沿用單行作業(yè)方式。到80年代初長段單行作業(yè)在我國仍很流行，其次則提倡平行作業(yè)。立井短段掘砌混合作業(yè)法及其配套施工設(shè)備的研究被列為國家“六五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目后，經(jīng)煤科總院北京建井研究所與有關(guān)單位共同合作研究，形成了以傘形鉆架、大斗容抓巖機(jī)和MJY型整體金屬模板為主體的立井施工機(jī)械化作業(yè)線，使短段掘砌混合作業(yè)法成為一種工藝簡單、施工安全、成井速度快、成本較低的施工作業(yè)方式，并很快被推廣使用。進(jìn)入90年代，國內(nèi)使用短段掘砌混合作業(yè)法施工的立井比例不斷提高，目前已達(dá)到80%左右，施工中取的

4、了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。2. 混合作業(yè)法的研究與配套技術(shù)2.1研究目的及內(nèi)容研究目的是在取消臨時支護(hù)后，進(jìn)行短段掘砌及與之相配套的傘形鉆架、大抓巖機(jī)、整體下移金屬模板等技術(shù)參數(shù)及其相互最佳匹配關(guān)系的研究。還包括4m深孔爆破、管子下料、早強(qiáng)混凝土等。使用該套技術(shù)在一般地質(zhì)條件、涌水量不超過10m3/h的情況下，可不受斷面及深度的限制而應(yīng)用于立井普鑿工程，使平均成井速度達(dá)到4050m/月，掘進(jìn)工效達(dá)1m3/工以上。研究內(nèi)容包括：混合作業(yè)法總體參數(shù)及施工組織的研究；深孔爆破技術(shù)的研究；提高機(jī)械操作式大型抓巖機(jī)抓斗耐用性的研究；整體下移金屬模板的研究；砌壁用早強(qiáng)混凝土的研究；混凝土輸送和澆灌技術(shù)的

5、研究等。 2.2 試驗(yàn)情況1987年在平頂山六礦北山進(jìn)風(fēng)井進(jìn)行試驗(yàn)，井筒凈直徑為6.8m，井口標(biāo)高為+38.7m，井深705.5m。主要配套裝備：V型井架、瑞典HTVD-3.5型提升機(jī)、JK-2.5/20型提升機(jī)、540t穩(wěn)車16臺、日本ZC-3436型4臂傘形鉆架、HZ-6型中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)、23m3吊桶、排矸汽車、YJM-3.5/6.8型整體下移金屬模板。采用3.5m段高一掘一砌正規(guī)循環(huán)的作業(yè)方式。(1)鑿巖爆破。傘形鉆架上采用YGZ-70型獨(dú)立回轉(zhuǎn)式鑿巖機(jī)，25mm、長4 700mm六角形釬桿，55mm十字形釬頭，全斷面炮孔數(shù)量84122個，打4m深炮孔。循環(huán)炸藥量364kg(T100，T

6、200和T300型煤礦水膠炸藥)，采用特制的工業(yè)8號雷管。實(shí)際爆破效率達(dá)到87.95%。(2)抓巖排矸。采用主提3m3吊桶不摘鉤及副提2m3吊桶摘鉤方式提升，出矸效率最高170m3/班，正常出矸130m3/班。井口座鉤翻矸，2輛自翻汽車排矸。(3)砌壁。用YJM-3.5/6.8型整體下移金屬模板砌壁，全井完成171個循環(huán)，成井約600m，模板由3臺10t穩(wěn)車地面懸吊?；炷翑嚢枵旧a(chǎn)能力為25m3/h，混凝土輸送采用下料管直接入模。(4)排水及接管。因注漿效果差，井筒平均涌水量為54m3/h，配3套排水系統(tǒng)，由NBD型吊泵和80DGL7×75型吊泵通過吊盤水箱接力排水。壓風(fēng)管、排水管

7、、供水管和風(fēng)筒采用井壁預(yù)埋件井內(nèi)吊掛，通常隨井筒掘進(jìn)，約3040m進(jìn)行一次接管工作，接管1次需12d。(5)施工管理。三八作業(yè)制，實(shí)行正常掘進(jìn)班與包機(jī)組相結(jié)合的勞動組織形式，傘鉆、抓巖機(jī)的操作維修采用包機(jī)組形式。鑿巖時，8名打眼工輪換作業(yè)，一般4名操作；出矸時，除抓巖機(jī)司機(jī)和信號工外，工作面還配有34人進(jìn)行刷幫和清理浮矸；清底時，增至1113人；砌壁45人。打眼、出矸時多余的井工在攪拌站備料。正式試驗(yàn)時間為1988-05-081988-08-08，歷經(jīng)91d，完成39個循環(huán)，平均每個循環(huán)耗時59h(其中鉆爆、出矸、砌壁和影響分別耗時640，1 530，535和835min)。爆破進(jìn)尺3.43m

8、，3個月共成井121.1m，平均月進(jìn)尺約40.37m，工效約1.8m3/工，達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平。 2.3研究成果1988年10月，能源部科教司組織現(xiàn)場鑒定會，對國家“六五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目“立井短段掘砌混合作業(yè)法及其配套施工設(shè)備的研究”進(jìn)行鑒定和驗(yàn)收，認(rèn)為通過攻關(guān)研究使我國立井機(jī)械化施工水平接近國際先進(jìn)水平。該項(xiàng)目成果被列為國家重大科研成果，1991年獲能源部科技進(jìn)步三等獎。2.3.1形成混合作業(yè)法成套技術(shù)試驗(yàn)證實(shí)了45m無臨時支護(hù)空幫鑿巖、4m深孔爆破、管子下料、早強(qiáng)混凝土等配套技術(shù)和新工藝所構(gòu)成的立井混合作業(yè)法是成功的，是一套技術(shù)工藝先進(jìn)、機(jī)械設(shè)計(jì)配套合理、總體參數(shù)確定得當(dāng)?shù)姆椒ā?.3.2找

9、到了合適的工藝及參數(shù)采用3.5m段高一掘一砌短段掘砌混合作業(yè)的深孔爆破、空幫高度、混凝土澆灌及工藝流程等工藝和參數(shù)是正確的，掏槽眼采用分段爆破，大直徑(55mm)爆破，提高了爆破效率，且達(dá)到減震和抑制矸石拋擲、防止崩壞設(shè)備的目的。2.3.3施工設(shè)備合理(1)鉆架。以日本ZC-3436型4臂傘形鉆架為主，將其液壓泵站改用國產(chǎn)泵站(TJ9型風(fēng)馬達(dá)及CB-C18-FL型液壓泵)，鑿巖機(jī)改用國產(chǎn)YGZ-70型獨(dú)立回轉(zhuǎn)鑿巖機(jī)，操作簡便、耐用，在整個試驗(yàn)期間未因其本身性能、結(jié)構(gòu)及質(zhì)量問題影響施工。(2)抓巖機(jī)。采用HZ-6型中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)，配置了DTZT-6型抓斗，提高了抓斗的抓巖性能和耐磨性。在其工業(yè)性

10、試驗(yàn)期間，6個月抓巖17 630m3，抓斗主要零部件均未損壞，其性能優(yōu)于原其他國產(chǎn)抓斗和日本進(jìn)口抓斗性能。(3)模板。所用模板有所創(chuàng)新：斷面設(shè)計(jì)增加了模板剛度；減少收縮口1個，減少了脫模機(jī)構(gòu)數(shù)量；加大了模板段高(達(dá)到了3.5m)，減少了接茬數(shù)量；采用了三角漏斗折頁式澆注口，可保證井壁接茬處混凝土澆滿密實(shí)；新設(shè)計(jì)一種鐵蓖工作臺，不工作時懸吊在模板上口，工作時用支撐桿支撐即可形成1個環(huán)形澆注工作臺；實(shí)現(xiàn)液壓脫模立模，脫模簡單可靠。2.3.4社會和經(jīng)濟(jì)效益好本次試驗(yàn)的立井混合作業(yè)法及成套技術(shù)中的設(shè)備及工藝參數(shù)配套合理，機(jī)械化程度高，改善了作業(yè)環(huán)境，減輕了工人繁重的體力勞動。該項(xiàng)技術(shù)適應(yīng)性好，無須臨時

11、支護(hù)，節(jié)省了材料、工時及費(fèi)用，簡化了作業(yè)程序，充分發(fā)揮了機(jī)械化施工效能，操作簡單，節(jié)省了人員，加快了施工進(jìn)度。與其他作業(yè)方式相比，掘砌段高小，作業(yè)成效穩(wěn)定，便于管理，施工安全性好。試驗(yàn)期間平均月成井比計(jì)劃進(jìn)尺提高了18.39m，超產(chǎn)1m可降低成本5 479元，并節(jié)省臨時支護(hù)費(fèi)303元，試驗(yàn)期間超產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益為302 277元。整個井筒采用混合作業(yè)法施工可使工期提前13.58個月，總經(jīng)濟(jì)效益為138494元。3. 混合作業(yè)法的應(yīng)用與完善提高3.1列入原煤炭部“100推”重點(diǎn)推廣項(xiàng)目由于短段掘砌混合作業(yè)法的明顯優(yōu)點(diǎn)，被列入原煤炭部“100推”重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，并很快被全國基建單位逐步推廣使用，全國立井采

12、用混合作業(yè)法施工比例逐步提高，并創(chuàng)造出一批快速施工記錄。 3.2配套施工設(shè)備性能的完善提高在完成立井短段掘砌混合作業(yè)施工配套設(shè)備研究基礎(chǔ)上，“七五”國家攻關(guān)項(xiàng)目和煤炭行業(yè)科研項(xiàng)目中又將鑿井設(shè)備井內(nèi)吊掛、鉆架、抓巖機(jī)和模板等配套設(shè)備進(jìn)行單機(jī)性能的完善提高，使混合作業(yè)法適應(yīng)性更強(qiáng)。3.2.1鉆架研制和改進(jìn)研究成功與模板相配套的LBM型模板固定式鑿巖鉆架。該鉆架高度低，可與小井架配套；提升重量較小，無須大提升機(jī)，可用于深井；穩(wěn)定性較好，能打4m深炮孔，還可兼打12m深注漿探水孔，為工作面探水注漿開辟了一條新途徑。該鉆架結(jié)構(gòu)新穎、設(shè)計(jì)合理、加工簡單、使用可靠、適應(yīng)性強(qiáng)，主要技術(shù)指標(biāo)能滿足施工要求，結(jié)構(gòu)

13、屬國內(nèi)首創(chuàng)，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，具有很好的推廣應(yīng)用前景2。同時將一批FJD-6型傘鉆由氣動操作改成全液壓操作，并成功地在中小立井中使用。開發(fā)新型YGZ-55型鑿巖機(jī)與FJD-6A型傘鉆配套，能實(shí)現(xiàn)兼打40m注漿孔。還對70年代進(jìn)口的日本鉆架進(jìn)行了改造，降低高度、減輕重量，使之應(yīng)用范圍擴(kuò)大，可在井筒直徑5.08.5m中使用。3.2.2抓巖機(jī)改進(jìn)和抓斗系列對HZ中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，研究成功了抓斗落地松繩具有自控裝置和擺動液壓缸油路閉路循環(huán)自潤滑防污系統(tǒng)，使該抓巖機(jī)性能得到了提高。在DTZT-6型的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)了DTQ系列通用抓斗，斗容為0.2，0.4，0.6m3，除在中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)上配

14、套外，還可與長繩懸吊和吊盤懸吊抓巖機(jī)配套使用，其中DTZT-6型抓斗獲原煤炭部科技進(jìn)步三等獎。3.2.3MJY型系列多用金屬模板1989年以后，煤科總院北京建井研究所開始對MJY-3.5型整體下移金屬模板性能進(jìn)行改進(jìn)，逐步實(shí)行系列化設(shè)計(jì)，并在全國大力推廣使用。凍結(jié)法施工的井筒有內(nèi)壁、外壁和基巖井壁段之分，所需模板直徑也要相應(yīng)改變，為此一般需加工3套模板以上；因此，根據(jù)需要研制了既能下行筑壁，又能上行套內(nèi)壁的模板，并在澆筑外壁時可多次變徑使用，使模板實(shí)現(xiàn)了多用途。MJY型系列多用金屬模板，直徑從4.58.5m分9個檔次、高度從2.54.0m共分4個高度，按直徑和段高不同排列組合為36種模板，已實(shí)

15、現(xiàn)系列化(質(zhì)量6.2824.7t)；實(shí)現(xiàn)了變徑設(shè)計(jì)，模板變徑以凍結(jié)段內(nèi)壁厚度為半徑增量，把模板直徑擴(kuò)大到外壁直徑，有些井筒模板變徑23次；還可上行砌壁。MJY型系列多用金屬模板已通過鑒定，其技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)，獲原煤炭部科技進(jìn)步二等獎，已在80余個井筒中推廣應(yīng)用，其中一模多用模板有10余套。應(yīng)用MJY型系列多用金屬模板月進(jìn)尺突破100m的有近30個井筒。3.2.4混凝土分料器和振搗器的研制新研制的QFH型混凝土分料器采用獨(dú)特的傘型結(jié)構(gòu)，液壓缸調(diào)節(jié)支撐臂；雙分料管360°轉(zhuǎn)動；完全實(shí)現(xiàn)了對稱澆注。既減輕了工人的勞動強(qiáng)度，提高了井壁澆注質(zhì)量，又加快了澆注速度，降低了工程成本，有較明顯的

16、社會和經(jīng)濟(jì)效益，屬國內(nèi)領(lǐng)先水平。ZNQ-50型插入式高頻振搗器采用氣流式高速行星及高頻搖滾結(jié)構(gòu)，振動頻率高(200300Hz),技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、摩擦阻力小、壽命長，主要技術(shù)性能指標(biāo)在國內(nèi)居領(lǐng)先水平。3.2.5鑿井設(shè)備井內(nèi)吊掛技術(shù)研究井壁吊掛技術(shù)的研究，成功地將壓風(fēng)管、排水管、供水管和風(fēng)筒吊掛在井壁上，減少了地面穩(wěn)車數(shù)量，節(jié)省了大量鋼絲繩。該項(xiàng)目獲原煤炭部科技進(jìn)步二等獎。 3.3編入“井巷施工50項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)”該技術(shù)除煤炭系統(tǒng)基建單位廣泛使用外，在冶金、有色、化工和水電系統(tǒng)也逐步得到應(yīng)用，創(chuàng)造出許多立井快速施工紀(jì)錄。根據(jù)井筒和裝備條件，因地制宜地在凍結(jié)表土段采用短段掘砌混合作業(yè)法施工，基巖段中靈活采用一掘一砌和多掘一砌等作業(yè)方式，同樣取得較好的效果。原煤炭部“九五”期間“100推”續(xù)集重點(diǎn)推廣項(xiàng)目中，把經(jīng)過改進(jìn)的配套施工設(shè)備列入。在新編的“井巷施工50項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)”中，把上述科研成果編入短段掘砌作業(yè)、傘鉆打眼、中深孔光面爆破、整體模板