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立井机械化快速施工工法

立井井简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,特别是大于800m的深立井井筒,加快施工速度尤其重要。20世纪80年代全国煤炭基建立井平均月施工速度仅20-30m,1986-1996十年间全国立井井筒只有23次突破百米大关。中煤五公司第三工程处从1990年摩洛哥杰拉达煤矿Ⅲ号井井筒(净径为¢6.8m,井深为785.1m)施工开始,首次系统运用立井机械化配套作业线,并于同年3月和11月分别创月成井106.4m和107.6m的好成绩,全年共施工井筒569m,两个水平马头门及井底车场80m,立井平均月成井速度为81.3m。随后于1993年10月在山东省枣庄矿务局付村煤矿(年产4Mt)副井井筒(净径为¢8m,井深为547.7m)施工中,再次运用立井机械化配套作业线,月成井创120.1m全国同类井型*高记录,且全井筒平均月成井速度达78m。1996年8月中煤五公司三处中标了河北宣东二矿副井井筒工程,该井筒净径为¢6.5m,井深为850.3m。根据合同要求全井简月平均施工速度不能低于80m。针对上述要求,三处提出了“立井机械化快速施工的研究计划”,于1997年12月17日填报了1998年科学技术项目计划任务书,同年12月20日由中煤五公司批准同意上报省部计划,1998年6月24日由江苏省煤炭工业管理办公室同意立项。通过宣东二矿副井井筒立井机械化快速施工的研究与实践,中煤五公司三处成熟地利用立井机械化配套作业线,井筒自1997年7月3日正式开工,到1998年2月18日共7个半月计成井816.0m,平均月成井108.8m。其中1997年9月-1998年2月基岩段施工连续6个月成井713.6m,平均月成井118.8m,*高月成井146.0m,*高日成井7.2m。创国内立井井筒快速施工新记录,且工程质量经煤炭工业部河北工程质量监督*站评定为优良工程,经原国家煤炭工业局评为1998年度全国煤炭系统优质工程。1998年11月由中煤五公司三处完成了《立井机械化快速施工研究成果报告》。该项技术研究成果已通过了江苏省煤炭工业管理办公室组织的技术鉴定,并获得1999年度的江苏省煤炭工业科学技术进步“一等奖”。经过多年来国内、外各类立井井筒施工实践形成了立井井筒机械化快速施工综合配套的施工方法。
     一、技术特点
     1. 根据立井井简直径、深度及地质条件来合理配置机械化装备,实现快速施工。
     2. 施工各工序之间紧密衔接,有利于实现正规循环作业。
     3. 井筒开凿后立即进行永久支护,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3-5m,有利于深孔爆破的实施,充分发挥机械化装备的优势。
     二、适用范围
     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井筒施工。
     2. 适用于井筒净直径不小于44.5m,*大可达¢8.0m以上。
     3. 井筒深度无限制,井筒越深越能发挥机械化快速施工性能。
     4. 井筒涌水量要求小于10m3h,水量超过10m3/h时应采取矿用排沙立泵综合治水措施,否则将影响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
     本工法工艺核心部分就是按“四大一深”工艺进行施工,即提升选用凿井专用“大提升机”,配“大吊桶”;出矸选用“大抓岩机”;凿岩采用“伞钻深孔”光面爆破。实例之一:断面布置图及机械化配套
    操作要点。
     (1) *佳提升设备的配套。立井施工所需各种材料、人员上下,尤其是爆破后的矸石等全部需提升设备从井下工作面提到地面(或从地面下放到工作面)。因此要确保立井快速施工得以实现,前提条件之一就是要配备足够的提升能力来满足快速施工的需要。当井筒净直径<¢5m,且井筒深度较浅时宜布置单钩提升;当井筒净直径>¢5.5m,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简直径、深度等综合确定,吊桶大小应与提升机相配套。
     (2) *优打眼爆破设备及技术。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。立井尤其是深立井施工,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¢5-¢6m时,选用FJD-6型伞钻,当井筒净直径为¢5-¢8m时宜选用FJD-6A型或FJD-9型伞钻较为有利。爆破技术宜采用深孔光面爆破技术,T220型高威力水胶乍药,反向连续式装药结构,5段毫秒延期电雷官分组并联方式。实例之一:基岩段炮眼布置见图3、基岩段曝破参数、曝破效果预期与实际对照分别见表2、表3。
    (3) *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%-60%,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。目前国内立井快速施工出矸一般均优选HZ-6型*回转抓矸机出矸,当井筒净直径>¢6.5m,井筒深度>500m时,只要施工断面许可应优先考虑两台*回转抓矸机出矸。实例之一:在净直径¢6.5m、井深850.3m施工时,布置了2台*回转抓矸机,实践证明两台*回转抓矸机同时出矸,使抓岩速度提高了近一倍,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30%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。
     (4) *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3-5m,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。
     五、立井机械化快速施工配套设备选型
     根据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*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,立井机械化快速施工主要配套设备选型见表4。实例之一:净径¢6.5m、井深850.3m机械化主要设备见表5。
    六、劳动组织及安全
     立井机械化快速施工只有按项目法管理严密组织、精心施工才能产生高效率。根据工程实际情况设立项目部,配置经营管理、工程技术、物资设备及生活保障等部室,管理、服务人员要精干。实例之一:管理、服务人员仅23人,人员配置见表6。基岩段根据立井快速施工经验,采用与立井机械化快速施3232法“四大一深”工艺,将作业人员按打眼放炮、出矸找平、立模砌壁、出矸清底四道工序实行“滚班制”作业,改变通常按工时交接班为按工序交接班,按循环图表要求控制作业时间,保证正规循环作业。实例之一:采用“滚班制”作业使正规循环时间由正常24h缩短到18h左右,*短一个循环作业时间仅15h,其基岩段施工在册人员共计110人,劳动组织见表7。
   八、效益分析
     立井机械化快速施工工法,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,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。实例之一:利用立井机械化快速施3232法创立井井筒连续6个月破百米大关,基岩段连续6个月累计成井729.3m,平均月成井121.2m,*高月成井146m,全井筒(850.3m)平均月成井108.3m,且工程质量被国家煤炭工业局评为部优工程,连续6个月超百米记录见表8。全员人均效率达29.4万元/年,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,副井一期工程建设工期较合同工期提前6个月,给中煤五公司三处节约人工费和辅助费近400万元(见表9),为建设单位总投资节省近亿元,贷款利息省下3000余万元。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。
     目前国内800多米深的一对年产90万吨矿井建设工期一般需4-6年时间建成投产。由于宣东二矿副井井筒连续优质快速施工,提前落底,还可带动整体工程往前赶,整个矿井建设工期可望3年完成。由此可见,宣东二矿副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立井井筒施工*高水平,这个记录也是世界一流水平。
    实例之一:煤矿宣东二矿是国家立项投资的重点工程项目,该矿设计年产0.9Mt,采用立井开拓,布置主、副两个井筒,其中副井井筒净直径为¢6.5m,井筒深度为850.3m,由中煤第五建设公司第三工程处采用“立井机械化快速施工工法”施工。工程于1997年7月3日正式开工,到1998年2月18日井筒工程竣工,全井筒平均月成井108.3m,其中基岩段连续6个月破百米,平均月成井121.2m,创国内、外立井快速施工新记录,工程质量被评定为部优工程。施工工期提前6个月,为施工单位节约人工费和辅助费近400万元,为建设单位总投资节省近亿元,贷款利息省下3000余万元。本工程是立井快速施工工法应用效果*明显、经济效益*突出的典范。
     实例之二:枣庄矿务局付村煤矿,是年产4Mt的特大型矿井,其中副井井筒净直径为中8.0m,井筒深度为547.7m,由五建设公司第三工程处“采用立井机械化快速施工工法”施工。工程于1993年3月18日正式开工,到1994年8月井筒工程竣工,其中1993年10月创大直径立井井筒机械化快速施工全国*高记录,月成井120.1m,工程质量被评为部优工程。
     实例之三:我国煤炭基本建设行业的*个国际中标项目--摩洛哥王国杰拉达Ⅲ号井。该井筒净直径为¢6.8m,井筒深度为785.1m,井内有三个辅助水平和一个箕斗装载硐室,由中煤第五建设公司第三工程处“采用立井机械化快速施工工法”施工。工程于1988年11月14日正式开工,到1991年3月井筒工程竣工,1990年实现了全年平均月成井81.3m,3月、11月*高月成井分别达106.5m和107.3m的好成绩。立井机械化快速施工技术设备先进,工艺配套完善,并具有充分的可靠性和较强的施工能力;井筒规格和竖直度符合国际标准和摩方法规要求;工程质量好,井壁混凝土密实强度全部达到国际质量标准;井筒无明显出水点,全井筒建成后总漏水量为1.9m3/h;实现了人员少(项目部共108人,其中管理人员仅25人);工期较投标工期提前7.7个月;工程成本比投标造价降低约11.3%。
    实例之四:曲阜裕隆集团总公司在济宁地区开发的一对新型矿井,年产0.45Nt,采用立井开拓,布置主、副两个立井井筒,表土段及基岩风化带采用冻结法施工,基岩段采用普通法施工,整个矿井打钻、冻结、井筒掘砌、机电安装等工程均由中煤第五建设公司第三工程处负责施工,其中主、副两个立井井筒均采用机械化快速施工工法施工。主井井筒净直径为¢4.5m,井筒深度为335.0m,于t99878日正式开工,8月和9月分别创冻结段月成井121m125m的好成绩。副井井筒净直径为¢5.0m,井筒深度为370.1m,于19981018正式开工,11月份创冻结段月成井216.5m的全国*高记录,该记录被载人《中国企业新记录》(3),主、副井井筒工程均被评为部优工程。
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