第三章立井井筒施工组织设计

1第三章立井井筒施工组织设计1.井筒概况1.1.水文地质根据根据永夏安全改建工程井筒检查孔地质报告成果资料，井位处地层自上而下为：第四系、第三系、二叠系（上石盒子组、下石盒子组）。副井井位处新生界松散层厚为：340.45m，基岩风化带厚分别为12.87m。北回风井井位处新生界松散层厚为294.03m，基岩风化带厚为29.97m左右。箕斗井、副井和回风井井筒基岩段有两个主要含水层，煤间砂岩裂隙第一含水层(段)，其垂深在1147.50米～1154.00米，厚度为60～100米；第二含水层(段)，其垂深在1267.50米～1329.00米，厚度30～40m。副井井筒基岩段全井筒混合含水层涌水量171.55m3/h。二叠系煤系各砂岩裂隙含水层（段）由于砂岩裂隙不发育，富性弱，渗透性差，在自然状态下，地下水运动缓慢，处于半封闭状态，地下水补给、排泄条件差，以储存量为主。主要为区域层间补给、迳流、排泄。垂向上各含水层（段）之间都有相应的隔水层，正常情况下无直接水力联系。副井基岩段两个含水层均在设计水平以下，其风化带以下至井底水平之间没有较大的含水层。二叠系地层岩性主要由砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成，以泥岩、粉砂岩为主，砂岩次之。不同岩石的抗压强度大小不同，一般是砂岩粉砂岩泥岩。而风氧化带岩石由于风化裂隙发育，受地下水作用影响，岩石的抗压强度明显降低。总体上二叠系基岩段岩体工程质量较差，岩性软弱。预计井筒涌水量见副井井筒单层涌水量计算结果表3—1表3—1副井井筒单层涌水量计算结果表含水层名称井筒深度（m）涌水量（m3/h）基岩风化带322.33~333.10110K5砂层326.97~372.18400三煤下砂层443.85~447.13150二煤顶砂层483.4~48975K3灰岩547.92~549.731521.2.副井井筒主要技术特征井筒主要技术特征祥间表3—2表3—2副井主要技术特征表序号项目名称单位指标备注1坐标Xm375180.00含水层深度砼标号C30~C60Ym39442315.002标高井口m+34.60井底车场m—5053井筒深度锁口m6.5冻结段m404基岩层m161.6全深m565.64井筒净直径m6.55井筒净断面m233.186井壁厚度表土段mm1200~1600基岩段mm4507掘进断面表土段m270.88~76.20基岩段m243.08井壁结构表土段双层砼基岩段单砼9井筒掘进工程量m333585.262.井筒施工本矿井深部井工业场地内设的箕斗井、副井、回风井分别需穿过353.03m~362.93m左右厚的新生界松散层和基岩风化带；浅部北回风井井筒需穿过324m左右厚的新生界松散层和基岩风化带，目前各井筒可供选择的井筒施工方法只有冻结法和钻井法。而箕斗井、副井和回风井井筒穿过的基岩所占的比例约为67.0%~68.0%左右，厚度达692.0m～723.0m。若采用钻井法施工，需在工业广场内设置泥浆池和预制井壁场地等，这对工业场地的布置、井口附近有关永久建筑物的施工及环境保护影响较大。而且，钻井法施工不能一次钻到井底，即井筒穿过的新生界松散层采用钻井法施工，基岩段采用普通法施工，这样两种施工方法的施工单位之间和施工工艺之间均需相互转换，不可预见的因素较多，且钻井法施工综合成井速度慢，建井工期难以保证。北回风井从技术方面考虑采用两种施工方法均可，但采用钻井法施工需在工业场地内设置泥浆池和预制井壁场地等，对工业场地的布置、井口附近有关永久建筑物的施工及环境保护影响较大。就穿过的新生界松散层厚度和井筒净直径而言，根据两淮井筒施工经验，冻结深度在389.0～400.0m左右的箕斗井、副井、回风井和冻结深度在340.0m的北回风井井筒，不仅技术可靠，经济合理，而且建井速度、工期和井壁质量均较易得到保3证。综上所述，本矿井内设的副井穿过的新生界松散层段井筒建议采用冻结法施工。2.1.表土施工2.1.1.表土特征表土层为第三、第四系冲积层，厚292.68m，主要由粘土和粉细砂组成，由于粘土前度低，可塑性强，塑性指数在14.1~19.9之间，且粘土具有亲水性，遇水膨胀及失水收缩的特征，在天然状态下处于固结状态。一旦开挖采动，可与上覆砂层沟通，在水的作用下，结构遭到破坏，力学强度降低，同时产生膨胀、你话沿界面滑动等。对井筒稳定不利。风化带厚度33.6~41.6m，为上石盒子组岩层，主要由泥岩、砂质泥岩和中细砂组成。预部风化裂隙发育，岩层破碎，该层含水微弱。2.1.2.临时锁口根据设计图纸，副井井筒有深度为6.5m的井颈，在井颈结构图尚缺的情况下，初步设计临时锁口，锁口净径Φ8.2m，井壁厚800mm，深度6.5m，上口600mm高，用砖砌筑；下部用C20砼浇注。副井井筒锁口标高按设计为+34.6m。在锁口施工前，应先将井架基础施工完毕，而后开始施工副井临时锁口。由于副井临时锁口较深，应分两段施工，分段界限以静水位为准。上段用木模板自下而上施工，完毕后，即开始立井架、安装天伦平台和翻矸平台；下段临时锁口施工至离井口标高5m，即+29.6m位置时要预留固定盘梁窝。2.1.3.表土施工方案的选择根据设计副井井筒深度565.6m，井筒穿过第三、第四系冲积层二叠系上石盒子组的基岩风化带裂隙含水层和K5砂岩段裂隙承压含水层，副井穿过冲击层厚度为294.75m。冲击层富水性强，稳定性差，井筒表土段和风化基岩段采用冻结法施工。考虑K5砂岩富水性强，K5砂岩与表土段一同冻结。副井冻结深度为404m，井筒基岩段深度161.6m，采用普通法施工。其优选施工方案如下：（一）冻结方案（1）长短腿差异冻结。防片帮在主冻结孔内侧布置一圈防片帮孔，孔深220m，孔数13个，孔距2.75m，圈径11.5m。（2）在离井筒中心1m位置对称布置2个水文孔，孔深分别为88m和268m。（3）副井冻结孔42个，开孔距1.27m，圈径17m。（二）冻结段施工方案（1）作业方式：外层井壁采用短段掘砌，正规循环作业，一般高度为3.0m。（2）掘进工艺：一般采用人工挖掘未冻土，风镐挖掘冻土。当冻土扩入井帮2m以上时，考虑采用爆破法作业。根据冻土情况不知炮眼，采取全断面一次光面爆破，并制定冻结岩层安全爆破措施，验房崩断冻结管。（3）筒形壁座网喷砼支护段选用防冻速凝剂，确保砼质量和施工安全。（4）采用J851早强减水剂配置高强、早强施工砼，确保砼强度增长率大于冻结压力的最大增长率，防止外层井壁压坏。4（5）内层井壁采用液压滑模套壁和JQ防裂密实砼，提高井壁的整体性和封水性。（6）内外层井壁之间根据设计采用自上而下的夹层注浆法以期封堵井壁漏水。（三）冻结段施工方法挖掘方式（1）冻土未进入荒经且距荒经500mm时可采用分层、分区台阶式挖掘法，中心超前，人工挖掘。（2）冻土进入荒经200~500mm时，全断面一次挖掘，风镐刷帮，人工装土砂层，粘土层可用抓岩机直接抓取。（3）冻土进入荒经1000~2000mm时，可用多台风镐，风铲破土，对风动机具挖掘困难的岩层，砾石层及砂层可考虑采取浅眼少装药的松动爆破进行破土，使用抓岩机配合抓土。（4）全部冻实后，采用全断面控制爆破，YY—24风钻打眼，机械装岩。合理确定爆破参数，制定循环图表。（5）冻结段基岩采用全断面钻爆发，直眼掏槽。（6）采用四、六制工序滚动作业方式，18小时一循环，循环进尺3m，月进度102m，有效循环个数34个，月循环率97%，足以保证冻结段外壁成井80m/月的指标。作业方式与掘砌段高的确定冻结段外壁采用短段掘砌混合作业方式。根据围岩的物理特性，冻结技术参数，施工方法及围岩暴露时间，选择合理的段高以保证施工质量和安全，由经验3.0m为安全段高。在掘砌施工中可根据冻结壁强度和位移实测结果调整模板高度。范围为2.0~3.0m。外围井壁浇筑冻结段外壁砌筑采用可调下行组合式刃脚模板，采用1.6m3底卸式吊桶运送砼。吊盘上设分灰器分灰。经斜溜式活节管入模、分区分层浇筑、分层分片捣固。工艺流程：冻土挖掘—测量—稳劳找平刃脚模板—铺泡沫塑料板—绑扎钢筋—浇筑砼—绑扎上不环筋—稳直筒模板—浇筑直模砼—封口清理。外层井壁设计砼标号C30~C60，考虑到土产材料与实验室选取的差异，施工中对砼配置提高一级。内层井壁浇筑外层施工到341.1m时，拆除刃脚模板。掘进到356.1m时，此段采用锚喷临时支护，内壁采用自动调平液压滑模，自下而上连续套壁，一直滑井到井口。2.1.4.表土施工劳动组织与管理根据表土段采用的施工方法及表土特征，表土段采用工序滚动作业方式。18小时一循环，循环进尺3.0m，有效循环个数34个，月循环率97%，月进度102m，足以保证成井80m的指标。2.1.5.基础施工（1）采用短段掘砌、正规循环作业，砌筑段高3.5m。（2）采用中深孔锅底采光面爆破。（3）过含水层采用探注、封堵综合防治措施。5（4）井壁浇筑防裂密实砼。采用喷射防裂密实砼接荐封水。（5）对基岩含水层施工，除采取综合防治水措施外，考虑在404~435m段适当位置开设一腰泵房，接力排水。2.1.6.表土施工期的确定冻结表土深度293.10m，平均月进度70m，泽掘砌工期为2.02个月，其中不包括探煤探水注浆工期。副井井筒基岩段施工采用短段掘砌混合作业，掘砌段高为3.5m，期施工方法采用中深孔爆破。正常基岩段眼深4.0m，含水层基岩段眼深2.8~3.0m。使用FJD—6A型伞钻凿岩，中心回转式抓岩机，采用3.5m高的整体下行刃脚金属模板，地面四台稳车悬吊。另外，为加快施工速度，提前竣工，在保证质量的情况下，取设计指标为80m/月。2.2.冻结深度根据安全改建工程井筒检查孔地质报告成果资料及相关规范，冻结深度必须深入不透水的稳定岩层10m以上，确定副井井筒的冻结深度分别为400.0m。2.3.井壁结构形式井筒冻结段采用双层钢筋混凝土内夹塑料板复合井壁，混凝土强度等级为C30~C60，且井筒在井壁与冻土之间视土层情况铺设25~50mm厚泡沫塑料板，借以隔热和减缓冻土压力。内层井壁按1.0H静水压力计算荷载，外层井壁按冻土压力计算荷载，并按内外层井壁共同承载全部水土压力校核，水土压力外荷载按1.3H计算。副井井筒冻结段支护深度393.0m，井壁厚度1250～1750mm，内、外层井壁间铺设双层1.5mm厚塑料薄板。副井基岩段井壁采用现浇素混凝土（破碎带采用钢筋混凝土）支护，强度等级为C40～C45。、副井井筒基岩段井壁支护厚度为600mm～700mm。2.4.凿岩设备及爆破图表爆破参数（1）炮眼深度L=错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。=3.5m式中L—巷道计划月进尺mN—每月完成作业天数n—每日完成掘进循环数（采用四、六制，全班循环）η—炮眼利用率，一般取0.85~0.9η1—正规循环率，一般取0.85~0.9（2）炸药单耗量的确定6根据井筒断面、岩性和涌水量，水胶炸药单耗量为q=1.65×1.15=1.90kg/m3（3）装药直径和炮眼直径药卷规格为Φ35×400×500，SYG—2型岩石水胶炸药，炮眼直径为55mm。（4）炮眼数目计算由经验公式计算得：N=3.3错误!未找到引用源。=3.3错误!未找到引用源。=81个（5）爆破条件：井筒深度为566.6m，净直径φ6.5m，副井井筒掘进直径φ7.4m，掘进断面积S=错误!未找到引用源。π7.42=43.0m2，低瓦斯矿涌水量见表3—1，岩石性质f值6~8.（6）炮眼布置a.掏槽形式及参数的确定由于采用3.5m中深孔爆破，且岩石较坚硬，故采用两阶同深分段掏槽形式，其参数如下：第一阶掏槽眼：D1=1800mmE1=940mmN1=错误!未找到引用源。=6个第二阶掏槽眼：D2=2400mmE2=840mmN2=错误!未找到引用源。=9个装药系数α取0.7，药卷改装后，每卷长度由原来的400mm变成280mm，故每眼装10卷炸药，其总装药量为Q1—2=（6+9）×10×0.5=75kg，第一阶掏槽眼底装5卷，上部装5卷，中间堵炮泥长度400mm。b.周边眼方便，周边眼布置在设计轮廓线50mm以内的线上，并