立井井筒施工(刘刚课件)

第十章井筒设计与施工本章提要井巷工程中井筒工程占有很大比例，是矿井建设的主要连锁工程项目。因此，本章内容主要包括：（1）立井井筒断面的设计；（2）井筒表土施工，重点是特殊法施工；（3）井筒基岩段的施工，这是本章的重点内容，包括立井作业方式、施工设备及井内布置、装岩与提升排矸以及砌壁工作，最后为井筒安装的基本知识；1.龙志阳.中国煤矿井巷施工技术现状。2.何东春,黄跃东,邓洪义.煤炭技术.立井井筒机械化配套快速施工.2004年7月第23卷第7期:77~783.张梦彪.深立井综合机械化快速施工技术.建井技术.2002年2月.第23卷第1期:37~394.韩文利.宣东二矿主井井筒优质快速施工.建井技术.2002年2月.第23卷第1期:16~185.杨杰,冯孝生.岱庄矿风井井筒基岩段施工技术.2002年8月.第23卷第4期:1~4参考文献中国矿业大学建筑工程学院刘刚：[e-mail]4中国矿业大学建筑工程学院刘刚：[e-mail]5第一节概述一．井筒分类（主井、付井、风井）中国矿业大学建筑工程学院刘刚：[e-mail]71．主井提升煤炭箕斗中国矿业大学建筑工程学院刘刚：[e-mail]82．付井提升矸石、上下人员、设备、材料、进风罐笼中国矿业大学建筑工程学院刘刚：[e-mail]93．风井回风、安全出口梯子二、井筒结构1.井颈：⑴深度：15～20m⑵壁厚：钢筋混凝土井壁（上段1.0~1.5m，中段0.6～0.9m，下段0.4~0.7m）2.井身：至进出车水平或箕斗装载水平表土段及风化基岩段：双层井壁，总厚800～1000mm基岩段：素混凝土井壁，厚400～500mm3.井底付井10m，主井35～75m，风井4～6m孔洞名称断面积m2孔顶距井口距离m用途安全通道＞1.2×2.0在防火门以下防火门封闭时疏散井下人员及进风暖风通道2~81.5~6严寒地区防止冬季井筒结冰和保证井下人员的正常工作通风通道4~203~7通风井筒出风用排水管孔1.5~42~3通过排水管用压风管口1.0~1.52~3通过压风管用电缆孔0.8~1.01~2通过电缆用井颈段的各种孔道三．施工特点1.工程量不大，但工期长。煤矿建设中，立井井筒施工是关键工程。虽然立井井筒掘进工程量仅占全矿井工程量的4％～5％，但工期却占35％左右。因此，加快立井掘砌速度，是缩短矿井建设工期的关键。而立井作业方式、施工技术及装备水平又影响着立井的掘砌速度。50年来，经过广大建设者的努力，目前我国立井机械化装备水平与施工速度已达到当代国际先进水平。2.施工复杂立井井筒一般要穿过表土与基岩两个部分，其施工技术由于围岩条件不同各有特点。表土施工方案选择主要考虑工程的安全，而基岩施工主要考虑施工速度。由于表土松软，稳定性较差，经常含水，并直接承受井口结构物的荷载。所以，表土施工比较复杂，往往成为立井施工的关键工程。正确的选择表土施工方案和施工方法，避开雨季施工，预先考虑片帮等突发事故的防范措施，确保立井井筒安全快速地通过表土层，并顺利转入基岩施工具有重要的意义。立井井筒施工包括掘进、砌壁和安装三大工序井筒正式掘进之前，先在井口上方设置井架，在井架顶部安装天轮平台，在井架第一平台标高处安设卸矸平台。与此同时，掘进井筒上口一段井筒，安设临时锁口、封口盘、固定盘和吊盘，在井口四周安装凿井提升机、凿井绞车、悬吊凿井用的各种施工设备及管线；建筑凿井用的压风机房、通风机房和混凝土搅拌站等辅助生产车间。待一切准备工作完成后，即可进行井简的正式掘进工作。立井基岩施工主要采用钻眼爆破方法。根据井筒掘砌作业方式的不同，拆模、立模、浇较混凝土等砌壁工作可在掘进工作面或吊盘上进行。混凝土在地面井口搅拌站配制，经混凝土输送管或底卸式吊桶送至砌壁作业地点，当这段井筒砌好后，再转入下段井筒的掘进作业，依此往复循环直至井街最终深度。3.安全工作2004.3.18，山东省枣庄市滕州市东大煤矿副井（基建井，由中国中煤能源集团公司五建公司第二工程处承建）发生提升过卷坠罐事故，井下共有11人（罐内2人，抓岩机内1人，井底工作面8人）作业，其中：7人死亡，1人重伤，3人轻伤。事故的主要原因是管理人员违章操作。按照规程，主要提升绞车必须配备正、副司机，正司机操作、副司机监护，但东大项目部分为四个班次进行作业，只有４名绞车司机，特殊工种人员严重不足；此外，绞车本身速度保护装置不全、过卷高度不足也是造成这一事故的重要原因。1988年1月13日中午，山东省张家洼矿山公司所属的井巷工程公司安装队，发生了一起死亡7人，重伤多人的重大恶性事故。当天上午7点半，安装队到张矿主井执行吊桶改罐施工的落盘任务，要把在井深434米的三层吊盘降到井深506米处。参加施工的职工有18人在井内工作，其中14人在吊盘上工作。吊盘悬吊在井内，直径为7.3米。三层吊盘上分别站有7人、4人、3人，负责放电缆、看稳绳、通讯、指挥。8点左右，开始落盘（井内作垂直下落）。在落盘过程中，盘上工作人员发现有4根钢丝绳悬吊的吊盘下落不平衡。井下指挥人员马上同地面电话联系，随即连续四次进行调整。上午10点40分，吊盘从井下434米处落到井下456米码头门（进巷道的口）时，盘上工人突然听到响声，随即西北角一根直径34毫米的悬吊钢丝绳发生断裂。刹那间，井内灯灭了，盘上与井口的信号联系中断，三层吊盘同时倾斜75°以上，有9人坠入离作业面60多米的“深渊”。造成这起事故的直接原因是悬吊吊盘的钢丝绳断裂。50～60年代，立井施工作业方式以短段单行作业为主，掘砌段高一般30m左右，用挂圈背板作临时支护，料石砌壁。为了减轻笨重的体力劳动和提高砌壁质量，60年代后期井壁结构改为混凝土，用分节小模板支模。进入70年代，由于锚喷技术的发展，临时支护改为锚喷，永久支护改为整体滑动模板及现浇混凝土，为此，作业方式由短段单行作业发展成长段单行作业，段高一般为80～100m。70年代末期，液压滑模得到了成功应用。由于单行作业存在着工序转换时间长和质量差等问题，作业方式逐渐过渡到混合作业。其特点是不需临时支护，掘砌可以适当地平行作业，使掘砌工序在同一循环内完成，工序转换时间少，施工速度快，而且安全。因此，混合作业成为目前我国立井井筒施工的主要作业方式，平均月成井60m左右。四．我国立井施工技术的发展钻眼爆破技术，50年代采用手持式凿岩机钻浅眼、硝铵炸药、段发电雷管，到80年代采用伞钻钻中深炮眼、水胶炸药或乳化炸药、高精度毫秒电雷管、非电导爆管等，使爆破效率、循环进度大大提高。井筒治水技术已由60年代的被动治水发展到80年代以地面预注浆为主、结合工作面预注浆和壁后注浆为辅的综合治水，大大改善了井筒作业条件，为加快井筒掘砌速度、保证井壁质量创造了条件。装岩与提升在50～60年代，多用0.11m3的气动抓岩机装岩，1.0～1.5m3吊桶及生产用提升机提升。1974年，煤炭部、冶金部和一机部三部组织立井机械化设备配套攻关，先后研制成功单卷筒和双卷筒凿井提升机、3.0～5.0m3吊桶、0.4～1.0m3抓岩机、六臂和九臂伞钻、500～750m扬程吊泵，以及深井激光指向仪、井筒通讯及信号装置、凿井局部通风机等一系列凿井设备。1988年，使用这套机械化装备在中国承包建设的摩洛哥立井工程中，曾达到平均月成井81.6m、最高月成井107.6m的水平，使中国建井技术跨进了国际先进行列。60年代，井筒平均深度不超过300m，最深为533m，井筒最大净直径6.5，平均月进度13.52～32.3m。70年代，井筒平均深度超过440m，最深达1059m，井筒最大净直径8.0m，平均月进度16.2～26.1m。1973年二月湖南省桥头河二号立井创月成井174.82m的全国纪录。80年代，井筒平均深度均在600m左右，最深达1072m，井筒净直径6～8m，平均月进度在40m以上。1984年6月，山西省阳泉矿区供水工程进风立井创月成井177.02m的全国纪录。进入90年代，由于推广混合作业、深孔爆破，促进了立井施工速度的提高，鸡西矿区滴道东风井，创月成井210m的全国纪录，平均月进度达120.4m。特别在立井井筒施工中采用大型配套的立井机械化施工装备，立井施工速度从上世纪80年代的月平均不足30米上升至2001年的55.68米，而2002年一跃突破70米。中煤一建公司49工程处2002年创造了立井基岩段月成井220.6米、全井筒平均月进141米的全国最新记录。河北宣东二号矿年设计能力90万吨，最高月井创基岩段月进尺141米，打破当年全国记录山东许厂矿年设计能力150万吨，主、副井最高月成井110.8米和103.6米山西沙曲矿年设计能力300万吨，连续3个月破百米，最高月成井103.6米山东岱庄矿年设计能力150万吨，风井最高月成井191.6米，打破冻结段施工记录河北邢东煤矿年设计能力150万吨，副井井筒净径6米。深842.5米，仅用187天施工到底，平均月成井135.16米，连续7个月超百米。1999年在冻结段施工时月进212.6米，基岩段最高月成井190.8米，创造了三项全国第一，2000年该井获全国首届“太阳杯”奖，2001年10月由中国企业家联合会和中国企业家协会颁发了中国企业新记录证书。中国矿业大学建筑工程学院刘刚：[e-mail]22山东唐口矿设计能力300万吨，山东唐口矿设计能力300万吨，副井φ7.0M，井深1061.2M。克服了断面大，地压地温高、涌水量大、岩石破碎重重困难，实现了超千米深井，当年开工当年到底，工程质量全优。在全井筒涌水量达80立方/h的条件下，有7个月成井超百米，冻结段最高月成井186米，基岩段最高月成井133米，全井筒平均有效月成井117米。中国矿业大学建筑工程学院刘刚：[e-mail]23第二节井筒断面设计一.井筒装备1.罐梁⑴材料和断面：防腐材料，b型或c型的20~32号热轧普通工字钢型钢焊接或整体轧制的闭合空心截面（强度、刚度、抗腐蚀型和通风、提升效果）中国矿业大学建筑工程学院刘刚：[e-mail]25（2）罐道梁的布置方式通梁双侧方式通梁单侧方式通梁端面方式山梁双侧罐道悬臂支座双侧罐道无罐梁端面罐道中国矿业大学建筑工程学院刘刚：[e-mail]26在条件允许时宜采用悬臂罐道粱，悬臂罐道粱具有构件小、节省钢材、井筒通风阻力小等优点，但结构受力性能差，所用悬臂长度一般不宜超过700mm。中国矿业大学建筑工程学院刘刚：[e-mail]27（3）固定方式：①梁端埋入：现凿或预留，混凝土充填，牢固可靠、速度慢、破坏井壁完整性②预埋件固定：焊有生根钢筋的钢板，保证井壁的完整性和封水性但准确性差，不利于滑模施工（冻结段的钢筋混凝土井壁）③锚杆固定：快速、安装简便自1976年在铁法大明二矿新主井使用树脂锚杆固定井简装备后，在全国已普遍推广。其主要优点是：（1）不打梁窝，可保证井壁的强度，特别在钢筋混凝土井壁或复合井壁，更具有重要意义；（2）安装操作简单，可减轻劳动强度，改善作业条件，提高工效；（3）锚固力大，安全可靠，且短时间内即可达到较高的锚固力。中国矿业大学建筑工程学院刘刚：[e-mail]29锚杆固定的缺点（1）安装工艺比较复杂，锚杆安装位置要求准确，允许施工误差小，调整范围小，与凿梁窝方式比较钢材用量较大；（2）部件加工量大，螺栓连接件多，准备工作量大；（3）对于钢筋混凝土井壁，若钢筋布置较密，锚杆孔位不好选择，钻眼时受阻于钢筋而被迫更换锚杆位或切断钢筋。70年代以来大型矿井采用组合钢罐道，罐道梁层间距多采用4m。如潘集二、三号井主、副井，兴隆庄主、副井、东滩副井，贵石沟副井，鲍店主、副井，东庞副井，钱家营主井等。采用5m层间距的有钱家营副井、童亭副井、石嘴山三号副井等。采用6m层距的多为无提升设备的风井，如东滩北风井、蒋庄风井、桃园风井、鲍