第三章施工方案及施工方法

-33-第三章施工方案及施工方法第一节表土施工根据矿井初步设计，主、副、回风斜井井筒均需穿过的表土段、基岩风化段约30m。本节就井筒需穿过的表土段、基岩风化段的施工方法进行论述。一、井口开挖斜井井口开挖方式通常有明槽和暗槽两种开挖方式。暗槽开挖具有工程量省，施工工期短等优点，但对于井口布置在相对较平坦的地段其致命弱点是顶板不易维护且安全性差。明槽开挖特点正好与其相反。本矿井工业广场选择在相对较平坦的地段除风井外，主、副井口布置于工业广场内。暗槽开挖井口，顶板不易维护，施工难度大。因此，设计推荐井口开挖先开挖明槽并进行砌筑，再进行井筒正式掘进。明槽开挖几何尺寸的边坡稳定是按砂土确定的，当实际揭露岩土发生变化时可按下述方法改变明槽开挖。1、当明槽周边岩土稳定时经计算主、副、回风斜井明槽开挖土方量分别为：120m3、185m3、141m3，当明槽边坡为粘土、干黄土时可将明槽两侧做成直立槽壁，再用横向支撑将两侧壁顶紧，减少明槽挖掘量。横撑可使用直径200mm圆木及木垫板，横撑布置间距为2×2~2.5m，为防止圆木下滑,可用铅丝与放在地面上的横梁相联。横梁直径与横撑圆木相同，两端都做有长度大于300mm的槽口。明槽门脸部分须用斜撑支护，斜撑由木质挡板、圆木、木桩组成。2、当明槽周边岩土不稳定时当土层不够稳定，或夹有流砂层时，可采用台阶式边坡。台阶侧壁用短木桩插板维护，台阶尺寸为0.55×0.55m，形成45°台阶边坡。木桩台阶法能有效地控制人工边坡角，为顺利施工创造条件。3、施工设备选择-34-根据表土层的土质，可以选用各种不同挖掘工具。当动力条件形成时，在坚硬土层中，可使用风镐挖掘，较软的土层可人工挖掘。挖掘砾石、风化基岩，可以使用普通风镐尖。挖掘致密粘土时，可将风镐尖加工成铲型。当表土坚硬和挖掘风化基岩段时，可采取松动爆破法破岩。明槽挖掘应沿斜井底板进行，并一次铺设临时轨道，用小绞车提升V型矿车。若明槽挖掘是由浅而深分层进行，槽内不便铺设轨道，除采用人力接力台阶传土外，可用小绞车牵引手车。当土方量较大时，可用耙斗装岩机装车。明槽弃土可用来就近平整场地，但需留足回填用土。排土距离较远时，可用铲运机自装自卸。当明槽内涌水量超过3.0m3/h，槽内应设水泵排水。因明槽深度不大，选用潜水泵较为方便。4、施工注意事项表土施工应防止雨水淋蚀。当没有地下水时，可以搭设临时防雨棚。表土施工前，须在井口四周修挖排水沟，将水引至场外。土壤渗透性大时，水沟须用砖石砌筑砂浆抹面。必要时还要加筑防洪沟。土方和材料的堆放位置，一般应在明槽边坡上缘0.8m以外，弃土堆置高度不应超过1.5m。二、风化基岩段掘进施工施工方法取决于风化基岩段的稳定性等因素。当风化基岩段稳定性较差，又承受浅部地压，适于采用短段掘砌施工方法。本矿井主、副、回风斜井的风化基岩段的掘进断面较大不宜采用全断面一次掘进法。以下推荐几种施工方法供施工时根据具体条件选择。1、中间导硐法当风化基岩较稳定，可在井筒中间先掘2.0米左右深的导硐，而后向两侧逐步扩大。临时支架沿井筒轴向架设，棚梁上端插入已砌好的碹拱头，下端支于紧靠工作面正前方的顶柱上。刷大时两侧要同时进行，每次刷大宽度0.6m左右，并立即架设一根顺井筒轴向的棚梁。待刷够掘凿断面后，及时进行砌碹.。-35-2、两侧导硐先墙后拱法当风化基岩不太稳定时，可先在断面两侧分别掘进小断面导硐。掘导硐时，先架设木棚子，空顶处要用背板楔子背紧。掘出2～4m后，在导硐内砌墙。之后掘砌拱顶部分，最后掘出下部中间土柱。导硐宽1.5m左右，其高度略高于墙。掘拱顶部分时，金属临时支架的拱梁，立于两侧砌好的墙上，碹胎可利用下部的中间土柱支撑。若拱高较大时，拱顶部分也可采用中间导硐法施工。3、先拱后墙法当井筒工作面下部进入岩石风化带之后，或工作面上部风化基岩松软，下部风化基岩密实，可先掘砌上部、后掘砌下部。在掘完上部风化基岩后，即可在风化岩石上刷出临时壁座，先将碹拱和部分碹墙砌上，然后再掘下部的风化岩石，并补砌下部的碹墙。掘砌段距以3~5m为宜。4、板桩法在不稳定风化基岩中掘进斜井井筒时，可采用板桩法。即沿掘进断面四周打入板桩，之后将围起之风化基岩掘出，随后砌筑永久支护。由于井筒掘进断面较大，可先用板桩法掘小断面，采用临时支护。穿过不稳定地层后，再用同样方法，将断面扩大至设计规格，并及时砌筑永久支护。5、排水主井、风井在掘进工作面中央挖掘超前小井，小井用有小孔的圆筒支护和滤水，副井的水沟必须紧跟迎头，并保持畅通。三、风化基岩段支护当风化基岩段较稳定时，明槽部分的砌碹，可等井筒掘进5～10m后，斜井自下而上一次砌至井口，井口临时标高要高出地表。平硐由里向外一次砌到井口。明槽碹顶外部须抹防水层、夯填三合土，然后再回填土。回填土应水平分层夯实，每层虚铺厚度：人力打夯不大于0.2m，蛙式打夯机打夯不大于0.3m。当井筒处于浅部地压最大值附近，且底板土质较差时，应将基础槽回填夯实，并核算墙基。若墙基开始下沉，可采用砂桩法防止继续下沉，即在墙基附近挖小直径柱状孔(呈梅花布置)，填入砂与白灰后将孔夯实。白灰能吸收墙基附近水分，并能与砂-36-粒密实结合成为整体。每次砌墙之前，先要进行测量。中、腰线平均5～10m放线一次。短段掘砌接碴较多，必须注意接碴质量。混凝土碹头接碴处须凿出麻面，砌碹时要防止风化基岩块掉入砌体。临时支架应尽可能回收复用。壁后充填必须密实。在有较大涌水的地段，井壁必须采用整体浇灌混凝土，必要时可在混凝土内掺入防水剂。施工时应将水导走，井壁达到设计强度后再进行壁后注浆。在不稳定风化基岩段中砌墙基，为了保证基础达到设计深度，先将带有牙槽的铁模板(高1.3～1.7m)依次打入底板，四周封闭后，将砂石挖出，再将预制块放入墙基底部，然后浇注混凝土。第二节斜井基岩施工斜井施工由于受井筒倾角的制约，给装岩、提升、排水等工序带来一定的难度，我国斜井施工经过几十年的探索，初步形成了一套比较成熟的掘进机械化作业线，即多台风动气腿式凿岩机凿岩、装岩机装岩、箕斗或胶带提升、矸石仓排矸，激光仪指向测量、潜水泵排水、局部通风机通风的作业线。上述机械化施工作业线，将传统的煤炭矿井斜巷施工矿车排矸改为大容量箕斗排矸，每一斜井井口增加了钢结构矸石仓和上仓栈桥，增加了一定的施工措施费用，但大大地缓解了斜井施工排矸难，解决了困扰施工速度瓶颈。二十世纪80年代阳泉矿区贵石沟矿主斜井全长1140m，掘进断面为19.03m2,斜井一年到底，创大断面月成井150.7m的好成绩。1991年6月在大同矿区马脊梁新高山主斜井施工中，掘进断面为15.02m2,创月成井376.2m的全国记录；而后在云冈南翼回风斜井、主斜井及忻州窑回风斜井的施工中，月平均进尺分别达到120.8m、230m和244m的好成绩。本矿井主、回风斜井基岩段长分别为：145.0m、998.0m，副井基岩段332ｍ；掘进断面分别为：9.27m２、17.3m２、9.27m２。采用上述机械化施工作业线，精心组织达到上述好成绩也是可以办到的。一、钻眼爆破-37-１、凿岩机的选择使用导轨式凿岩机有助于推广深孔光爆，但在斜井施工中，使用凿岩台车调车困难；使用钻装机，又不能使钻眼与装岩两大主要工序平行作业。目前所生产的液压气腿式凿岩机钻眼速度虽高，但其后部配备的工作车影响装岩工作。因此，国内外斜井快速施工，仍以使用多台风动气腿式凿岩机同时作业为主。本矿井斜井基岩段施工，凿岩机选用ZY－24型风动凿岩机，其耗气量2.8ｍ3/min,钻深5ｍ，冲击水压0.2~0.3MPa，以0.7～0.8m宽的工作面设置1台，2台同时作业，操作人员实行五定（人、钻、位、眼、时）、两专（安眼、修钻）负责制，使用多炮棍导向，掌握炮眼角度。2、炮眼布置炮眼布置应根据岩性变化及时调整数量、深度、角度等有关参数。一般炮眼深度取2m，掏槽方式为楔形，另加空心眼。采用2台JZB—1型激光指向仪定向，其最大有效距离500ｍ，电压等级127V两台交替前移，互相校正，用以划定眼位。工作面凿岩与6m外耙斗装岩机装岩、接轨、移机同时进行；打下部眼与工作面排水同时进行；吹一侧炮眼与另一侧打眼同时进行。放炮后先打顶板正中部分锚杆，长、短钎交替套打锚杆眼、边打边安装，而后在打掘进眼时，将拱部锚杆补齐。二、耙斗装岩机装岩掘进工作面配备ZYC－21－1型耙斗装岩机，装载能力30~40m3/h，电机功率13KW，为防止机体下滑，在两侧应增设两根可调整高度的支撑，耙岩机最佳距离为15ｍ，耙斗插入角70°。三、运输设备主、副、风井均采用矿车运输。本着安全、经济、可靠的原则，根据矿井的生产能力，运输条件及辅助运输量，副井选用600轨距的CDXT－85隔爆型电池机车牵引矿车运输。矿车型号为：MG1.1－6B固定式矿车，材料车MC1－6B材料车，平板车MP16－6A。四、排矸-38-采用22kg/m钢轨，轨距600mm，MG1.1－6B固定式矿车提升排矸，建井期间的排矸顺等高线沿沟排弃，作为工业场地的回填，生产期间的排矸进入距井口东南约1000ｍ的荒沟内，矸石山占地1.5公顷，容量160万吨。五、通讯、照明选用矿用型调合一电话站，使用本安型程控电话机。建井期间通讯及信号采用有数字显示、自动记忆、误动闭锁等功能的TXH型信号装置，设在耙斗机后10ｍ处。照明采用白炽防爆灯，每隔40ｍ设一个，在喷射作业地点设聚光灯。施工装备明细表见下表。主、副、斜井基岩施工装备明细表序号名称型号数量备注主井副井回风井1耙斗装岩机ZYC-21-11112矿车MG1.1-6B5553材料车MC1-6B2224平板车MP16-6A1115喷浆机HPHC-51116凿岩机ZY-2488147污水泵100WGF2228局部通风机J(B)D62-N051119光学瓦斯检定仪GWJ-1A22210激光指向仪JZB-111111放炮器MFB-144512通讯信号JXH-1111六、锚喷作业1、锚喷作业方式的方案比较方案一：喷射机、搅拌机设在井下随支护工作面移动；方案二：喷射机、搅拌机均设在斜井地面井口附近，利用井口与工作面的自然高-39-差，实行远距离管路输送喷射砼。方案一的优点是：技术较简单；缺点是：设备移动频繁，设备布置复杂，对掘进工作有一定干扰，致命的缺点是当巷道实施喷浆时，喷浆料需占用轨道和提升机，支护与提升排矸不能平行作业，势必影响矿井建设速度。方案二的优点是：支护与掘进能平行作业，对矿井建设速度有保证。因此设计推荐方案二，主井、回风井机将喷射机、搅拌机均设在斜井地面井口附近，利用井口与工作面的自然高差，实行远距离管路输送喷射砼，副井设在井下随支护工作面移动。2、作业方式主、副、回风斜井基岩永久支护设计为锚网喷支护，喷砼厚100mm。设计拟推荐，采用HPHC-5型喷射机与安－IV型混凝土搅拌机，人工操作喷头。井口设集中搅拌站，远距离管路输料，当输料距离增至700m以上时，采用了输料管路中途助吹措施，以减少堵管事故。初喷厚50mm左右，先补不平处，然后分层喷射达到设计支护壁厚。七、防跑车装置在斜井提升运行过程中，如稍有不慎便可能发生提升容器掉道、脱钩或断绳，使提升容器沿斜坡下滑，产生巨大冲击力，造成破坏性极大的跑车事故。尽管制订了作业规程，对钢丝绳、连接装置、轨道铺设以及司机、操作工操作有严格要求，而斜井跑车事故，仍时有发生。为此，《煤矿安全规程》第46条规定“开凿或延深斜井、下山的上口设置防止跑车装置，在掘进工作面的上方设置坚固的跑车防护装置。”我国在斜井施工中总结出“一坡三挡”的经验，即在井口地面平车场入井处、井口以下20m处和井下掘进工作面上方20m处，均设置安全挡车器。安全挡车器防跑车装置的类型很多，主要分井口与井下两类，其中效果较好，有代表性的有：井口挡车器、钢丝绳挡车器、电动挡车器、摆杆挡车器等施工单位可根据需要和可能进行选用。斜井施工期间必须每隔40m设置躲避硐并设红灯。八、施工组织管理全井核定岗位定员139人。实行掘进“四六制”、喷砼“三八制”，多工序阶段平行施工的劳动组织。喷砼两个班作业，一个班负责耙斗装岩机前初喷，另一