地下七百米施工方案设计

地下七百米矿井施工综合技术方案一、工程概况本工程为地下700米深度矿井开拓工程，设计年产量150万吨，服务年限30年。井筒设计直径6.5米，采用立井开拓方式，井口坐标X=3852640.25，Y=465218.76，井口标高+215.6m，井底车场标高-684.4m，井深700米。主要工程内容包括主井井筒掘砌、井底车场巷道群施工、马头门及硐室工程、永久排水系统安装等。工程地质勘察显示，井筒穿越第四系松散层（厚85m）、二叠系砂岩（厚210m）、石炭系灰岩（厚185m）及奥陶系白云岩（厚220m）四个主要岩系，其中灰岩段存在3处富水裂隙带，最大涌水量预计达80m³/h。二、地质条件分析2.1地层岩性特征第四系松散层（0-85m）：上部为黄土层（厚25m），含砾石透镜体；下部为砂卵石层（厚60m），卵石含量35-45%，粒径5-15cm，松散结构，渗透系数8.5m/d，易发生流砂、管涌。二叠系砂岩段（85-295m）：中粒石英砂岩占比75%，单层厚度3-8m，岩层倾角12-18°，节理裂隙发育，RQD值65-75%，局部夹薄层页岩，单轴抗压强度45-60MPa。石炭系灰岩段（295-480m）：灰色厚层状灰岩，含燧石结核，岩溶裂隙发育，其中320-340m、410-430m、460-480m为富水段，岩石饱和单轴抗压强度85-110MPa，普氏系数f=8-10。奥陶系白云岩段（480-700m）：灰白色中厚层白云岩，含方解石脉，岩层完整性较好，RQD值80-90%，局部发育高角度剪切裂隙，单轴抗压强度105-130MPa，f=10-12。2.2水文地质条件含水层分布：第四系孔隙含水层（0-85m）、二叠系砂岩裂隙含水层（150-220m）、石炭系灰岩岩溶含水层（320-480m）。水压特征：320m处水压2.8MPa，480m处水压4.2MPa，700m井底水压6.5MPa。不良地质段：340m处存在1.2m厚煤线夹层，420m处发育走向NE35°的断层破碎带，带宽3-5m，充填物为断层泥及角砾岩。2.3地应力场分析根据三维地应力测试，700m深度最大水平主应力28.5MPa，最小水平主应力18.2MPa，垂直应力17.5MPa，应力场类型为构造应力主导型，可能导致岩爆的深度临界值为520m。三、施工工艺选择3.1井筒施工方案采用"冻结法+地面预注浆"联合施工工艺，分三个阶段实施：表土段（0-85m）施工：采用全深冻结法，布设24个冻结孔，孔深95m，孔间距1.2m，冻结站装机容量1200kW，盐水温度控制在-28℃~-32℃，积极冻结期45天，确保形成厚度不小于1.5m的冻结壁。井筒掘砌采用短段掘砌混合作业，段高1.2m，液压抓岩机装岩，2m³吊桶提升，整体金属模板砌壁，混凝土强度等级C30，抗渗等级P8。基岩段（85-700m）施工：85-295m砂岩段：采用钻爆法施工，伞钻打眼（φ42mm炮孔，孔深4.5m），光面爆破，周边眼间距450mm，装药量控制在0.35kg/m³，循环进尺3.8m。295-480m灰岩段：施工前实施地面预注浆，布设12个注浆孔，孔深500m，注浆压力6-8MPa，注入水泥-水玻璃双液浆，堵水率≥90%，掘进采用短段掘砌，段高2.5m。480-700m白云岩段：采用"钻爆+机械破碎"联合掘进，对520m以下岩爆危险段，实施超前应力解除爆破，每循环进尺控制在2.0m。3.2井底车场施工采用"分区开拓、由近及远"的施工顺序，主要巷道参数如下：主运输大巷：半圆拱断面，净宽4.8m，净高4.2m，锚网喷+钢带支护，喷砼厚度150mm，锚杆规格φ22×2500mm，间排距800×800mm。井底车场巷道群：采用中深孔爆破，掘进机装岩，矿车运输，二次支护采用U型钢支架（型号29U），支架间距600mm，背板采用20mm厚松木。3.3特殊硐室施工马头门：与井筒同时施工，采用"先墙后拱"施工法，混凝土强度C40，配置双层钢筋（φ25@200），施工时预留注浆管，后期进行壁后注浆。中央变电所：采用全断面一次爆破成型，锚喷支护后浇筑300mm厚混凝土碹，设置防水隔离层，采用抗渗混凝土（P10）。四、关键技术措施4.1冻结施工技术冻结孔施工：采用JK2500型钻机，金刚石钻头，孔径150mm，孔斜控制≤0.5%，每50m测斜一次，偏斜率超过设计值时采用楔形纠偏。冻结壁监测：在井筒周围布设8个温度监测孔，每12小时测温一次，绘制冻结壁形成曲线，确保交圈时间≤35天，冻结壁平均温度≤-10℃。解冻控制：采用分段缓慢解冻法，在冻结管内通入80℃热水，日温升控制在3-5℃，同时加强井壁位移监测，防止混凝土产生温度裂缝。4.2高水压注浆技术注浆材料：对320-340m富水段采用超细水泥（粒径≤5μm）+水玻璃（模数2.8）双液浆，水灰比1:1，凝胶时间控制在30-60s；460-480m段采用普通硅酸盐水泥+膨润土注浆，水灰比0.8:1。注浆工艺：采用自上而下分段注浆，段长50m，止浆塞止水，注浆压力按静水压力的1.5-2.0倍控制，终压稳定时间≥30min，单孔注浆量达设计值80%且吸浆量≤5L/min时结束注浆。效果检查：注浆结束后进行抽水试验，单孔涌水量≤0.5m³/h·m为合格。4.3岩爆防治技术针对520-700m高应力段，实施三级防护措施：应力解除：超前钻孔卸压，在工作面布置12个φ120mm卸压孔，孔深8m，呈放射状布置，循环进尺前施工。主动防护：采用锚网索联合支护，锚杆加长至3.5m，锚索长8m，间排距缩小至600×600mm，喷射钢纤维混凝土（掺量30kg/m³）。监测预警：安装微震监测系统（12个传感器）和应力传感器（每50m布设一组），实时监测能量释放率，当达到10⁴J/min预警值时启动防冲预案。4.4排水系统设计采用三级排水系统：一级排水（-700m水平）：安装3台MD280-43×9型离心泵（2用1备），扬程387m，流量280m³/h，排水管径φ250mm，沿井筒敷设。二级排水（-350m水平）：设置中间泵房，安装2台MD250-65×5型水泵，扬程325m，与一级排水串联运行。三级排水（地面）：采用卧螺式离心脱水机处理矿井水，处理能力150m³/h，水质达到《煤炭工业污染物排放标准》后复用。五、安全保障体系5.1通风系统采用压入式通风，安装2台FBDNo7.1/2×30型局部通风机（1用1备），风筒直径800mm，百米漏风率≤2%，工作面风量≥250m³/min，瓦斯浓度控制在0.5%以下。建立三级风质监测网络，在井口、井底车场、工作面设置甲烷传感器，监测数据实时上传地面监控中心。5.2提升运输安全主提升系统采用JKMD-3.25×4型多绳摩擦提升机，提升钢丝绳型号6V×37S+FC-40mm，安全系数≥9.2，设置过卷保护（0.5m）、过速保护（115%额定速度）、闸瓦磨损保护等12项安全保护装置。提升信号采用声光兼备的本质安全型系统，设置"一坡三挡"防跑车装置，提升容器之间保持不小于15m的安全间距。5.3防灭火系统建立黄泥灌浆系统，地面设置200m³泥浆池，管路沿井筒敷设至各水平，灌浆量按采空区体积的15%计算。配备2台高倍数泡沫灭火机（发泡量200m³/min），在井底车场、机电硐室等关键部位设置消防管路，每隔50m设支管和阀门。5.4个人防护装备为施工人员配备以下防护装备：自吸式压缩氧自救器（使用时间≥45min）隔绝式化学氧自救器（备用）防静电工作服、安全帽、防砸安全鞋便携式瓦斯检测仪（量程0-4%CH₄）隔热手套及防护眼镜（用于爆破作业）六、进度计划6.1施工总进度计划采用Project软件编制四级进度控制体系，总工期480天，关键线路如下：前期准备（30天）→冻结站安装（25天）→井筒冻结（45天）→表土段掘砌（35天）→基岩段掘砌（210天）→井底车场施工（90天）→设备安装调试（45天）6.2分阶段进度控制井筒施工阶段：0-85m段：计划35天，日平均进尺2.4m，配置2个掘砌班组，实行"三八"作业制。85-295m段：计划60天，循环作业时间12小时，日进尺3.5m，月进尺105m。295-480m段：计划75天（含注浆30天），注浆段日进尺1.8m，非注浆段日进尺2.8m。480-700m段：计划75天，岩爆段日进尺2.0m，普通段日进尺2.5m。巷道施工阶段：井底车场采用"四掘三喷"平行作业方式，配置3个掘进队，每个队月进尺120m，总工期90天。关键线路巷道（主运输大巷）设置2个作业面同时施工，采用多工序平行交叉作业，缩短工期20%。6.3进度保障措施投入2套掘砌设备实现平行作业，备用1套伞钻、2套模板，关键设备配件储备量达80%。建立周进度考核机制，延误超3天启动预警，采取增加作业班组、调整循环时间等纠偏措施。冬季施工时井筒采用空气加热装置（热功率500kW），确保井下降温不低于12℃，混凝土采用冬季施工配合比（掺加早强防冻剂）。七、质量控制7.1原材料质量控制钢材：采用HRB400E级钢筋，每批进场进行力学性能和重量偏差检验，屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥540MPa，伸长率≥16%。水泥：选用P.O42.5R硅酸盐水泥，初凝时间≥45min，终凝时间≤600min，安定性合格，每200t为一检验批。骨料：碎石采用5-25mm连续级配，含泥量≤1%，针片状颗粒含量≤15%；砂采用中砂，细度模数2.3-3.0，含泥量≤3%。7.2混凝土工程质量控制配合比设计：C30混凝土配合比（水泥:砂:石:水=1:1.85:3.62:0.52），掺加粉煤灰（掺量15%）和聚羧酸减水剂（掺量1.2%），坍落度控制在180±20mm。浇筑工艺：采用分层浇筑（分层厚度500mm），插入式振捣器振捣（振捣时间15-30s），混凝土入模温度≥5℃，拆模时强度≥70%设计强度。养护措施：采用喷淋养护，养护期≥14天，保持混凝土表面湿润，冬季施工采用电热毯+阻燃棉被保温养护。7.3井巷工程质量标准井筒掘砌：荒径偏差≤+200mm/-50mm，壁厚偏差±50mm，垂直度≤1‰，混凝土表面平整度≤8mm/m。巷道支护：锚杆拉拔力≥180kN，喷层厚度偏差0-+50mm，巷道净断面合格率≥95%，水沟坡度偏差±1‰。7.4质量检测方法混凝土强度：每25m³留置1组标准养护试块，同时制作同条件养护试块，采用回弹-取芯综合法检测强度。井筒垂直度：采用陀螺经纬仪+激光指向仪联合测量，每50m测一次，闭合差≤±15mm。防水层质量：采用电火花检测仪（电压30kV）检测，无击穿现象为合格，每100m²检测1处。八、应急管理8.1应急预案体系建立三级应急响应机制，编制专项应急预案12项，重点包括：重大突水事故应急预案瓦斯爆炸事故应急预案岩爆防治专项预案提升系统故障应急预案火灾事故处置方案8.2应急组织机构成立应急指挥部，下设：抢险救援组（25人）：配备液压救援顶杆、生命探测仪等装备技术专家组（7人）：含地质、采矿、机电等专业高级工程师医疗救护组（5人）：配置急救箱、担架及AED设备后勤保障组（10人）：负责物资供应及通讯保障8.3应急资源配置井下避难硐室：在-350m水平设置永久避难硐室，容量50人，配备48h氧气供应系统、食品饮水储备及环境监测设备。应急排水系统：备用2台200m³/h潜水泵，铺设φ150mm应急排水管至地面。通讯系统：建立有线（矿用电话）+无线（对讲机）+广播三级通讯网，确保灾变时通讯畅通。8.4应急演练计划每月开展1次桌面推演，每季度开展1次专项演练，每年开展1次综合应急演练。重点演练突水应急排水、瓦斯爆炸逃生、提升罐笼坠落救援等科目，演练后72小时内完成评估总结。8.5事故处理流程报警与接警：井下设置手动报警按钮，报警响应时间≤5min，指挥部接到报警后15min内启动预案。应急处置：按照"先撤人、后救灾"原则，优先保障作业人员安全，抢险过程实行"双人监护、轮换作业"制度。后期处置：事故处理后组织第三方评估，编制事故分析报告，30天内完成整改方案并落实。九、施工设备配置9.1主要施工设备设备名称型号规格数量功率/能力用途伞形钻架FJD-62台液压系统20MPa井筒钻眼抓岩机NZQ2-0.62台抓斗容积0.6m³装岩作业提升机JKMD-3.25×41台提升速度8m/s主提升混凝土输送泵HBT802台输送量80m³/h混凝土浇筑局部通风机FBDNo7.14台2×30kW井下通风潜水泵200D-43×84台流量200m³/h排水作业装载机ZL50GN2台斗容3m³地面装载变压器S11-1000/103台1000kVA供电系统9.2设备管理措施建立"三定"责任制（定人、定机、定岗），实行设备包机制度，每台设备配备专职维修工。关键设备实行"三检制"（班前检查、班中巡检、班后保养），建立设备运行台账，累计运行500小时进行一次中修。设立设备备件库，储备价值300万元的关键备件，与厂家签订48小时应急供货协议。十、环境保护措施10.1粉尘控制地面搅拌站设置全封闭搅拌楼，安装布袋除尘器（除尘效率≥99%），粉尘排放浓度