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煤矿立井井筒施工交流 煤炭资源项目部2018年8月 目录 第一章 煤矿立井井筒分类 我国立井施工技术发展 立井施工知识 第二章 第三章 建设项目 单项工程 单位工程 分部工程 分项工程 1 建设项目 指在一个总体范围内 由一个或几个单项工程组成 经济上实行独立核算 行政上实行统一管理 并具有法人资格的建设单位 例 一所学校 一个工厂 房子梁煤矿及洗煤厂工程 等 2 单项工程 是指在一个建设项目中 具有独立的设计文件 能够独立组织施工 竣工后可以独立发挥生产能力或效益的工程 例 一所学校的教学楼 实验楼 图书馆 房子梁煤矿 房子梁煤矿洗煤厂 等 3 单位工程 指竣工后不可以独立发挥生产能力或效益 但具有独立设计 能够独立组织施工的工程 例 主井 副井 风井 4 分部工程 按照工程部位 设备种类和型号 使用材料的不同划分 例 井颈 井身 井底 5 分项工程 按照不同的施工方法 不同的材料 不同的规格划分 例 掘进 模板 钢筋 混凝土支护等 分项工程是计算工 料及资金消耗的最基本的构造要素 了解有关建设项目工程划分方面的几个定义 有三个方面原因 也是为什么讲立井井筒 第一章煤矿立井井筒的分类 第一节立井井筒特点 工程量不大 但占用工期时间长 一 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 多年来 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 1974年全国煤矿立井施工平均月成井水平仅为16 4m1997年达到了45m 2002年又达到70m以上 据不完全统计 1986年 1996年 10年 有23次月进度突破100m 而1997年一年就有28次突破100m 1998年有19次突破100m 其中5次超过180m 最高达到216 5m 表土冻结段 2002年又创造了基岩段月成井220 6m的新纪录 施工速度的提高 大大缩短了井筒的施工期 目前煤炭矿山的立井月进度大多在100m以上 因而涌现出了一批深度600m以上能够当年开工 当年到底的井筒 以施工700m的井筒为例 工期分别为 约4年 1 3年 0 83年 立井井筒施工复杂 二 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 立井施工危险系数大 基于安全考虑 三 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 造成这起事故的直接原因是悬吊吊盘的钢丝绳断裂 1999年4月4日 山东裕隆公司所属唐阳煤矿副井安装期间 发生坠罐事故 造成2人死亡 直接原因是罐笼钢丝绳断裂 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 朔州麻家梁炮烟熏人事故 红庆河的断钢丝绳事故 中煤榆林大海则煤矿溜灰管坠落事故 庆阳市正宁县核桃峪煤矿钢丝绳断裂事故 这几起事故都是近年发生的 我要么去过这些煤矿 要么有认识的人在这些煤矿 可以说 以前绝大部分立井施工都是带血的 因为建井属工程初期 可能面临手续不全 一上报 就面临停工停产 这也是业主方在基建初期挑选实力较强的施工单位的原因 第二节煤矿井筒分类 开拓方式分类 平硐 斜井 井筒的分类 从井筒外部形态看 分三类 一 立井 倾角在45 90 之间的为立井 竖井 倾角在10 45 之间的为斜井 倾角在0 10 之间的为平硐 立井是本次讲课重点 斜井 平硐施工相对简单 受工作年限 阅历 经验等限制 目前立井只见过90 的 施工单位参与建设的时间 一个矿井的基建期通常在3 5年 地质条件差的甚至更长 快的也有2年多 赛蒙特尔 如果施工单位能参与生产期巷道的开拓延伸 就不确定了 我所知的目前驻留时间最长的是塔山矿 施工单位是2004 2002 年进的 现在还在 立井井筒分类 从实际用途上来讲 分三种 二 主井 第一种 主要担负矿井的运煤 进风 矿井安全出口 副井 第二种 副井主要担负矿井的运料 进风 行人 兼做矿井安全出口 风井 第三种 矿井回风 安全出口 有梯子间 担负临时提升 我国立井施工技术发展大致经历了三个阶段 第一阶段 短段单行作业 一 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 不是一次性 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 井圈背板法 先在工作面架好槽钢井圈 然后向井圈后插入木板 又叫背板 作临时支护 每掘进一段井筒 1 1 5m 便架设一道井圈和背板 掘进一定高度后 一般不超过30m 再由下向上拆除井圈 背板 砌筑永久井壁 适用于较稳定的土层 第二章我国立井施工技术发展 井圈是固定直径 木楔 xi 的作用是是让外壁 背板 井圈三者之间固定 撑柱的作用是让上下井圈之间距离相等 和挂钩配合作用 保持井圈上下平衡 第二阶段 长段单行作业 二 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 第三阶段 混合作业 三 70年代末期 液压滑模 没见过 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 目前普遍采用伸缩式金属整体移动式模板 作业方式还是混合作业 混合作业的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 混合作业成为目前我国立井井筒施工的主要作业方式 现场作业图例 锚喷的临时支护 吊盘 喇叭口 裤衩绳 图例显示的为长段单行作业 井筒掘进一定段高 根据井筒穿过岩层的性质 涌水量大小 施工速度要求 后 立即进行 锚杆 金属网 喷浆临时支护 喷浆主要起封闭作用 防止井筒周帮风化 引起片帮 待掘至80 100m后 从井筒下部往上开始绑扎钢筋 支模板和浇筑混凝土 长段单行作业 伸缩式金属整体移动式模板图例 从外部看 从内部看 从现场看 1 50年代平均井深为200 300m 井径为4 0m左右 2 70年代平均井深为400m左右 井径为6 0m左右 3 90年代平均井深为500m以上 井径为6 0 8 0m 4 新世纪以来 井筒深度越来越深 井径也不断增大 千米立井越来越多 如山东济宁唐口煤矿 1061 2米 孙村矿风井 978米 察哈素煤矿副井 净直径9 2米 深度481 5米 白家海子矿主井 净直径9 5米 深度780米 红庆河煤矿副井 净直径10 5米 深度710米 等等 我国立井井筒施工发展变化 四 第三章立井施工知识 第一节立井井筒的结构特征 立井井筒的断面形状一般以圆形和矩形为多 矿山立井基本上都是圆形 其它行业可根据需要设计为圆形或矩形 一般情况下 立井井筒自上而下可分为井颈 井身和井底三部分 根据需要 在井筒的适当部位还设置有壁座 下页简单介绍 1 翻笼硐室 2 箕斗装载硐室 它们主要为二期工程服务 课件不讲 井颈是指靠近地表 井壁需要加厚 由于需承受井架提升及周围建筑物的荷载 的一段井筒 其深度在矿山一般为15 20m 井颈以下到罐笼出车水平或箕斗装载水平为井身 井身是井筒的主要组成部分 井身以下部分为井底 其深度取决于提升过卷高度 井底装备要求和井底水窝的深度 主井的井底深度一般为35 75m不等 副井的井底深度一般为10m左右 风井井底深度一般为4 5m 随着我国煤矿开采的煤层埋深不断加大 立井数量越来越多 所占比例也越来越大 井壁脱落现象时有发生 立井井筒通过表土层进入完整基岩后 需设生根立井井筒壁座 以下简称壁座 主要起承托井筒重量的作用 是防止井壁脱落最主要措施之一 还有控制地层压力 维护井筒围岩稳定作用 按壁座材料和结构分为混凝土 钢筋混凝土壁座等 随着安全要求 技术进步 井筒多设计为多断面 净断面尺寸一样 井筒表土段荒断面大 井壁厚度大 基岩段荒断面小 井壁厚度相对较小 其设计原理及作用也类似壁座 第二节立井施工的设备设施 井筒正式掘进之前 需先在井口安装凿井井架 在井架上安装天轮平台和卸矸平台 上述作业结束后 进行井筒锁口施工 安设封口盘 固定盘和吊盘 另外 在井口四周安装凿井提升机 凿井绞车 建造压风机房 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 即可进行井筒的正式掘进工作 立井是垂直向下掘进的 为施工服务的大量设备 管线等都要悬挂在井筒内 且随工作面的推进而下放或接长 立井普通法施工的一般顺序是 自上而下掘进 当井筒掘够一定深度 一个段高 3 4m 后 再由下向上砌壁 掘进和砌壁交替进行 下页为凿井设备实施布置图 立井井筒施工示意图1 天轮 2 凿井井架 3 卸矸台 4 排水管 5 井盖门 6 混凝土搅拌机 7 封口盘 8 混凝土输送管 9 固定盘 10 吊泵通过口 11 吊盘上层盘 12 壁座 13 气动绞车 14 吊盘下层盘 15 金属模板 16 吊泵 17 抓岩机 18 吸水龙头 19 卸矸溜槽 20 溜槽闸门21 临时轨道 22 矿车 23 扇风机 24 压风机房 25 稳车 26 提升机房 27 风筒 28 滑架与保护伞 29 稳绳 30 提升钩头 31 吊盘裤叉绳 32 喇叭口 33 吊盘定位丝杠 34 输送混凝立的活节管 35 压风管 36 吊盘折页 37 分风器 38 风筒卡子 39 挂钩 40 井圈 41 背板 42 撑柱 43 吊桶 所有设备的选择都是考虑井筒的直径 井筒的深度及作业方式确定的 具体选择参考 煤矿建井工程综合技术手册 本图部分描述可能与实际有差距 但还是比较合乎现场的 差距是由于技术进步引起的 下页给大家看些实例 描红设备设施课件中都有实例 天轮平台及天轮 搅拌站 稳车群 凿井绞车 加工车间 搅拌站 料场 信号室 风机 风筒 底卸式吊桶 临时排矸场 卸矸溜槽 提升机房 滚筒直径有3 4米 稳车群 二平台 01地面加工好的吊盘 02井下的吊盘 俯视图 03井下的吊盘 仰视图 04吊盘固定装置 吊盘定位丝杠 吊盘是立井施工时悬吊在井筒中可以升降的工作台 主要为信号工 砼浇筑的分灰器 排水 照明 电气设备等安设平台 上盘的作用主要是保护作用 第三节立井井筒的施工工序 第一步 立井井筒掘进 表土段掘进 基岩段掘进 普通法 特殊法 形成地下空间 第二步 砌壁工作 第三步 安装工作 永久支护 安装井筒装备 不讲 立井井筒施工工序分三步 课程主要讲普通法掘进 永久支护 第一 二步 三步 是从大方向上说 第四节立井井筒施工 表土概念 一 在建井过程中 覆盖于基岩之上的第四纪冲积层和岩石风化带统称为表土层 表土层土质松软 稳定性差 变化大 含水量一般比较丰富 立井井筒穿过的表土层 按其掘砌施工的难易程度分为稳定表土层和不稳定表土层两种 稳定表土层就是在井筒掘砌过程中 井帮易于维护 用普通施工方法能够顺利通过的表土层 其中包括含非饱和水的粘土层 含少量水的砂质粘土 无水的大孔土和含水量不大的砾石层等 不稳定表土层就是在在井筒掘砌过程中 井帮很难维护 用普通施工方法不能通过的表土层 其中包括含水砂土 淤泥 含饱和水的粘土 浸水的大孔土和含水量较大的砾石层等 根据表土的性质及其所采用的施工设施 井筒表土施工方法可分为普通施工方法和特殊施工方法两大类 不讲 不讲 重点 井筒基岩段施工方法 吊挂井壁施工法 目前立井井筒多采用冻结加吊挂井壁相结合的施工方法 本课件后面讲的是在稳定表土层情况下的施工 补充 立井井筒施工方法 二 吊挂井壁施工法 三 1 掘进 掘进时 先挖井筒中心部位 后掘周帮 挖掘工作应尽量实现机械化 以提高表土段井筒的施工速度和减轻工人的劳动强度 目前常用综合机械化配套的立井短段掘砌混合作业方式 当机械化条件不具备时 亦可用铁锹 风镐或打眼放炮等简单工具和方法 左图显示的是一些教科书上立井表土段开挖方式的一种 实际施工中 基本没有这样作业的 下页给大家讲些实际施工中的掘进 人员物料运输的实际情况 02打开井盖门 01人员下井 03人员下井过程中 雨淋伞 风筒 04人员提升下降过程中 插图显示的是立井施工过程中人员的提升下降运输过程 物料运输也同样 但是严禁人 货混乘 封口盘 工字钢 钢板 溜灰槽 插图显示的是立井掘进作业时 破碎矸石 岩土 装矸 出矸的过程 装矸是立井掘进中最繁重最费时的工序 约占循环时间的50 60 人工风镐 铁锹配合挖机掘进为目前最常用 有效的表土段掘进作业方式 01挖机作业 根据井筒断面不同 选用不同型号 03提升至溜槽 02装矸 04出矸 此页为立井井筒表土段掘进 29 座钩式自动翻矸装置1 吊桶 2 座钩 3 托梁 4 支架 5 卸矸门若提升速度不变 提升能力和吊桶容积成正比 矸石吊桶容积一般为0 5 3 0m 国外已有4 8m 大吊桶 其实 随着技术进步 提升能力也不断增强 国内立井井筒施工的提升吊桶容积也不断增大 如察哈素 前期3 0m 后期掘进改用容积为4 0m 的吊桶 白家海子主立井井筒采用6 0m 的吊桶 下页开始讲基岩段掘进 2 钻眼爆破 相比表土段掘进 基岩段掘进增加了钻眼爆破的工序 相应的施工设备上也有所区别 1 钻眼爆破时间 约占整个掘进循环时间的20 30 2 钻眼设备 伞形钻架 配备YGZ 70重型凿岩机 眼深3 0m 5 0m 3 伞钻型号 FJD 6 FJD 9 FJD 6型伞钻的收拢高度为4 5m 收拢直径为1 5m 相当于伞钻的外形尺寸 钻垂直炮眼的圈径1 34 6 8m 随着科学技术进步 设备也不断更新换代 例如 白家海子矿主井施工时 使用的伞钻型号为 XFJD 6 11S 重量9t 打孔直径14 6米 伞钻图例 3 爆破工作 1 爆破器材抗水炸药 水胶炸药或抗水岩石硝铵炸药 雷管 8号秒延期 煤矿上使用煤矿许用毫秒雷管 分5段 延时时间不得超过130毫秒 岩巷光面爆破使用煤矿许用秒延段发雷管一般分为10段 放炮电源 380v或220v交流电源 2 爆破参数周遍眼间距E 0 4 0 6m 周边眼与辅助眼圈距W 0 7 1 0m 辅助眼圈距与辅助眼间距0 7 0 9m 掏槽眼圈1 2 2 2m 掏槽眼的圈径和眼距通常由掏槽方式和岩石性质决定 实际施工时 根据循环进尺尺寸 模板高度 炮眼深度不一 白家海子矿井主井井筒C C断面炮眼布置图 实际施工时 先看掘进断面尺寸 因为掏槽眼和周边眼的布置有要求 它们确定后 辅助眼在规范范围内均分就可以了 实际施工打眼时 前几次差不多能够按照设计的炮眼布置打眼 待知道爆破效果后 有经验的工人会逐渐改变打眼布置 掏槽眼和周边眼基本上还凑合打 辅助眼就显得乱七八槽 白家海子矿井主井C C断面爆破参数表 伞钻支撑 井下作业时撑向井壁四周 固定伞钻 打眼结束 伞钻提升至井口 每个臂都能前后 左右移动 操作杆 大抓 中心回转 大抓 插图显示的是立井基岩段掘进 相比表土段掘进 机械设备上多了伞钻 有四 六 九臂 大抓 中心回转 工序上多了打眼 装药 放炮等程序 个人观点 噪音太大 吊桶 3 支护 掘进至设计毛断面后 按设计图纸要求开始绑扎钢筋 立金属模板 测量找正模板 浇筑混凝土 立井施工时 钢筋一般采用螺纹钢 增加钢筋和砼的接触面 摩擦力 钢筋的规格型号根据设计图纸要求购买后再加工 目前竖筋多为上下两端加工成螺纹丝