千米立井安全高效建井技術(shù)

摘 要：文章以潘一東井第二副井施工為例，通過對(duì)第二副井采用地面預(yù)注漿、表土凍結(jié)、深孔爆破等技術(shù)，強(qiáng)化機(jī)械化配套，實(shí)現(xiàn)了井筒快速、優(yōu)質(zhì)、安全施工，為千米深井建井積累了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：千米立井；建井技術(shù)；預(yù)注漿

1 工程概況

潘一東井第二副井服務(wù)礦井第二水平，設(shè)計(jì)深度1034.2m，表土深203.6m。其中凍結(jié)段井壁為內(nèi)外層復(fù)合井壁，鋼筋砼支護(hù)，砼強(qiáng)度C30～C60，外壁550mm，內(nèi)壁600mm；基巖段為單層井壁，素砼支護(hù)，砼強(qiáng)度C30～C50，-700m以上厚600mm，以下厚700mm，破碎帶和過煤層段井壁厚度900mm。

2 地面預(yù)注漿

根據(jù)第二副井井檢查孔簡易水文觀測結(jié)果及檢查孔巖芯來看，裂隙絕大部分為開式，未充填，導(dǎo)水及賦水性較強(qiáng)。故合理選擇注漿圈徑、注漿量、注漿段高和注漿壓力，是本次注漿的關(guān)鍵。

2.1 注漿參數(shù)設(shè)計(jì)

第二副井內(nèi)圈直孔注漿和外圈Y孔注漿。內(nèi)圈布置注漿孔8個(gè)；外圈“Y”孔自300m左右起定向鉆進(jìn)分叉成8個(gè)。內(nèi)圈直孔注漿起止深度為227.00～512.00m；外圈“Y”型分支孔注漿起止深度為502.00～1045.2m，“Y”型分支孔注漿段與內(nèi)圈孔注漿段重合10m。根據(jù)含水層深度及厚度，內(nèi)圈孔段高為60～77m、外圈孔段高不超過為100m為宜。本次注漿段高依據(jù)第二副井檢查孔揭露的含水層位置及厚度情況，段高劃分為10個(gè)注漿段，段高60～98m。

為保證注漿質(zhì)量，即在井筒周圍形成有效的堵水帷幕，漿液有效擴(kuò)散半徑應(yīng)相應(yīng)增大，必須提高注漿壓力。巖帽段注漿壓力為1.5～2.0倍的靜水壓力。內(nèi)圈孔基巖各段注漿終壓取2～2.2倍的靜水壓力。外圈孔基巖各段注漿終壓取2倍的靜水壓力。注漿壓力根據(jù)實(shí)際情況可有所調(diào)整。

2.2 實(shí)際注漿情況及注漿效果

本次注漿實(shí)際注漿量38938m3，是原施工組織設(shè)計(jì)注入量31604m3的123.21%，設(shè)計(jì)每米注入量38.63m3，實(shí)際每米注入量47.59m3。本次注漿通過壓水試驗(yàn)來預(yù)計(jì)井筒剩余涌水量為0.895m3/h，井筒實(shí)際涌水量為3.6m3/h，達(dá)到預(yù)想效果，實(shí)現(xiàn)了打干井的目標(biāo)。

3 井筒凍結(jié)

凍結(jié)法施工首先考慮的是井筒掘砌安全問題，其次要實(shí)現(xiàn)上部片幫量少、下部少挖凍土，提高綜合成井速度。故在保證凍結(jié)壁強(qiáng)度、厚度的技術(shù)原則下，實(shí)現(xiàn)井筒施工綜合效益最大化的目標(biāo)。

3.1 凍結(jié)設(shè)計(jì)

凍結(jié)壁厚度計(jì)算普遍采用多姆克公式，計(jì)算為4.1m。設(shè)測溫孔4個(gè)。T1、T4深276m；T2、T3深204m。設(shè)計(jì)布置水文孔三個(gè)，報(bào)導(dǎo)層位為賦水砂層：淺孔W1孔深48m、報(bào)導(dǎo)層位22～46m；深孔W2孔深72m，報(bào)導(dǎo)層位52～70m；W3深度188m，報(bào)導(dǎo)層位163～186m。

3.2 鉆孔施工

按設(shè)計(jì)鉆孔質(zhì)量要求：所有鉆孔向井中方向偏斜最大值不得超過300mm；表土層偏率不大于0.2‰，最大孔底距不大于1.6m；基巖段偏率不大于0.3‰，相鄰兩深孔最大孔底距不超過3.5m。經(jīng)檢測，表土段相鄰兩孔最大水平間距為1546mm，在Z33～Z34之間，其次為1523mm，在Z2～Z3之間；基巖段相鄰兩深孔最大孔間距

3196mm，在Z41～Z43之間；其次為3041mm，在Z17～Z19之間。綜上所述，最大孔間距均小于施工組織設(shè)計(jì)要求，造孔質(zhì)量優(yōu)良。

3.3 凍結(jié)設(shè)備配置及運(yùn)轉(zhuǎn)

經(jīng)計(jì)算，第二副井凍結(jié)需冷量174.64×104Kcal/h，結(jié)合淮南礦區(qū)凍結(jié)經(jīng)驗(yàn)，凍結(jié)站采用高效螺桿壓縮機(jī)組制冷，裝機(jī)制冷量大于需冷量的4倍以上。故凍結(jié)站共配備6臺(tái)25型壓縮機(jī)、2臺(tái)20型壓縮機(jī)，采用串聯(lián)雙級(jí)方式運(yùn)作，裝機(jī)制冷量721.2×104Kcal/h。

3.4 凍結(jié)效果

開機(jī)送冷至交圈冒水共52天，凍結(jié)第54天試挖，驗(yàn)證凍結(jié)壁強(qiáng)度、厚度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，井筒于凍結(jié)第58天正式開挖。實(shí)際揭露，井筒淺部主要為粘土地層，井幫溫度相對(duì)下部砂性地層溫度高，到累深80m后井幫溫度達(dá)0℃，向下凍土進(jìn)幫，在188m處凍土最大進(jìn)井幫700mm。至凍結(jié)表土段施工完畢時(shí)，井幫溫度達(dá)-7℃，開挖過程中無斷管、無井壁壓壞、無漏水，井筒一次性順利通過凍結(jié)段。

4 井筒施工技術(shù)

（1）表土段。掘進(jìn)設(shè)備采用2臺(tái)小松PC60型挖掘機(jī)，人工輔助掘進(jìn)，先挖井筒凈徑以內(nèi)部分，人工輔助逐段刷幫，挖掘機(jī)配合2臺(tái)HZ-6中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)裝罐出矸。施工前制定切實(shí)可行的防片幫措施，指導(dǎo)施工。

（2）基巖段?；鶐r段采用鉆爆法掘進(jìn)，采用FJD-6G型傘鉆配YGZ-70型鑿巖機(jī)配B25×5000mm六角中空合金鋼釬、Φ55mm十字型合金鉆頭鑿巖，凍結(jié)基巖段爆破材料采用三級(jí)煤礦許用防凍炸藥和抗雜散秒延期電雷管，基巖段（凍結(jié)基巖以下50m起）采用三級(jí)煤礦許用含水炸藥，抗雜毫秒延期鐵質(zhì)腳線（揭煤期間用銅質(zhì)）電雷管，雷管腳線長度6.5m。采用2臺(tái)HZ-6中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)裝罐出矸。挖掘機(jī)清理凈底。通過以上機(jī)械化配套，圍繞著井筒掘進(jìn)，形成了“兩掘、兩裝、兩提”同時(shí)作業(yè)的方法，提高了掘進(jìn)速度。

5 井筒快速掘砌關(guān)鍵技術(shù)

5.1 加強(qiáng)注漿

通過地面預(yù)注漿，切實(shí)解決基巖段含水層出水問題。對(duì)破碎帶、斷層、煤層、井筒連接處等部位，進(jìn)行加強(qiáng)注漿，一方面進(jìn)行圍巖加固，另一方面防止破碎帶、斷層導(dǎo)水?；鶐r第一含水層采取及注又凍的措施，安全通過第一含水層。

5.2 加強(qiáng)凍結(jié)監(jiān)控和分析

測溫系統(tǒng)采用多路數(shù)字溫度監(jiān)測儀對(duì)凍結(jié)壁溫度場進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)在各個(gè)凍結(jié)器設(shè)置溫度傳感器，監(jiān)測所有凍結(jié)器去回路溫度情況，分析對(duì)比單孔鹽水流量是否達(dá)設(shè)計(jì)要求。認(rèn)真分析和總結(jié)了潘一東風(fēng)井、主井和副井凍結(jié)工程的不足，第二副井中將22～46m表土含水層作為報(bào)導(dǎo)層位，能準(zhǔn)確的判斷淺部凍結(jié)壁發(fā)展情況。

5.3 優(yōu)選鑿井設(shè)備

在立井機(jī)械化配套方面，構(gòu)建 “四大一挖”鑿井設(shè)備系統(tǒng)，即“大絞車”、“大吊桶”、“大抓巖機(jī)”、“大模板”和小型挖掘機(jī)，圍繞著井筒掘進(jìn)，形成了“兩掘、兩裝、兩提”同時(shí)作業(yè)的方法，提高了掘進(jìn)速度。結(jié)合良好的凍結(jié)效果和基巖段光面爆破技術(shù)，掘進(jìn)平均段高循環(huán)時(shí)間16小時(shí)，成井4m，井筒掘進(jìn)速度快。

6 結(jié)束語

潘一東礦第二副井通過采用地面預(yù)注漿、表土凍結(jié)、深孔爆破等技術(shù)，強(qiáng)化機(jī)械化配套，實(shí)現(xiàn)了井筒快速、優(yōu)質(zhì)、安全施工，為千米深井建井積累了經(jīng)驗(yàn)：

（1）凍結(jié)站裝機(jī)制冷能力不小于井筒需冷量的4倍，主孔間距1.2m、輔孔間距在2.6m左右、圈距在2.0m左右、內(nèi)圈孔距離井筒最大掘進(jìn)荒徑1.4左右，能為井筒凍結(jié)快速交圈冒水及較快達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度和厚度提供保障，實(shí)現(xiàn)少挖凍土的目標(biāo)。同時(shí)加強(qiáng)對(duì)含水層報(bào)導(dǎo)，采取分層報(bào)導(dǎo)的方法，每層配獨(dú)立的報(bào)導(dǎo)水文孔，確保層位報(bào)導(dǎo)的準(zhǔn)確性。

（2）立井掘砌施工中采用“四大一挖”機(jī)械配置，即：大絞車（滾筒直徑3.0m以上）、大吊桶（4m3以上）、大模板（4m以上）、大抓巖機(jī)（0.6m3）、挖掘機(jī)等綜合機(jī)械化配套設(shè)備，形成了“兩掘、兩裝、兩提”同時(shí)作業(yè)的方法，能實(shí)現(xiàn)了立井凍結(jié)沖積層的快速掘砌。在基巖段使用鉆爆法掘進(jìn)時(shí)，保證大絞車（滾筒直徑3.0m以上）、大吊桶（4m3以上）、大模板（4m以上）、大抓巖機(jī)（0.6m3）、挖掘機(jī)配合清理的機(jī)械化配套，能實(shí)現(xiàn)深井基巖快速掘砌。

作者簡介：羅星剛（1983-），男，四川蒼溪人，2007年河北工程大學(xué)采礦工程專業(yè)畢業(yè)，現(xiàn)工作于淮南礦業(yè)集團(tuán)潘一礦東井，一直從事采礦技術(shù)與管理工作。