万福矿井副井井筒掘砌技术探讨
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摘 要：万福矿井副井井筒直径7.0m，井深894.368m，冻结深度840m，其中井筒实际揭露穿过表土层厚度为754.96m，井筒表土最大荒断面118m2，是目前世界上穿过表土层最深的井筒，建井难度为世界之最。外壁崛砌一次性穿越超大井径超深厚表土层754.96m，刷新了该领域的世界纪录，并获得大世界基尼斯之最的认证。
关键词：外壁；段高；掘砌
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.053
萬福矿井位于菏泽市巨野县城西南约30km处，距菏泽45km，面积129.86k㎡，矿井采用立井开拓方式，布设一主、一副、一风三个井筒；矿井设计成产能力1.80Mt/a。全区共获得各类煤炭资源量309.24Mt，矿井可采储量为169.03 Mt。
万福矿井副井井筒于2015年6月21日至23日施工临时锁口，6月24日至30日进行试挖施工至井深27.5m；7月1日，副井正式开始进行外壁掘砌施工，于2016年5月9日掘砌完成，累计用时313天，外壁掘砌深度815m。
1 外壁掘砌
1.1 表土段的施工
井筒开挖前，冻结段必须具备开挖条件，如下：
（1）井筒中的水文观测孔内的水位先缓升，再下降，然后逐渐上升，最后迅速上升并通过孔口溢出。（2）通过分析测温孔、水文孔情况，冻结壁的发展厚度已达到设计要求。（3）经过井筒试挖，可以证明冻结壁已实际形成，而且与观测结果一致。（4）采用的凿井设备等设施已调试安装完毕。（5）各种施工用的材料和人员配备完成。（6）充分论证冻结壁厚度、强度，结合类似地层施工经验，科学合理定出开挖的时间。
要进行井筒的开挖，除了满足以上叙述的条件外，还要进行综合考虑，保障井筒能够满足进行连续施工的条件。具体地的来说是：根据掘砌井筒的速度和相对应的时间点时冻土的发展情况来分析、预测，尽最大限度的保障不同时期冻结壁的厚度、强度及与井帮的距离，使之都能够满足井筒连续施工的安全需要。
采用机械化施工方法进行施工时，适合采用中心回转抓岩机配合电动挖掘机进行掘进，模板采用整体金属形式。井壁需要的混凝土由地面的搅拌站进行配制，在封口盘形成之前，通过溜槽进行入模施工；等到封口盘形成后，使用底卸式的吊桶进行下料，通过井口搭建的皮带机将混凝土通过搅拌机输送至吊桶内，由此实现了井口“不摘钩”进行下料，通过底卸式吊桶的输送，将混凝土下放至井下吊盘的分灰器进行入模施工，入模混凝土当采用振动棒进行分层密实震捣；试挖段深度以30米左右为宜。
1.2 基岩段施工
（1）掘进。井筒基岩段施工时，适合用立井机械化快速施工法，利用钻爆法进行掘进，采用FJD-6A型伞钻搭配YGZ-70型凿岩机凿岩，所采用的爆破材料为煤矿许用的抗冻水胶炸药以及毫秒延期电雷管。采用光面、光底、弱震、弱冲深孔爆破技术。（2）装岩排矸。采用电动挖掘机配合中心回转装岩机进行装罐出矸，之后挖掘机进行清底工作。一般情况是先利用两套单钩提升，矸石上井后通过溜矸槽直接溜入地面，然后再由自卸式汽车排入工广指定场地。（3）砌壁。冻结段外壁砌筑壁时，适合用整体金属下行刃脚模板，模板是由直模以及刃脚通过螺栓链接形成一个整体，模板由地面稳车悬吊。模板的段高应该综合考虑冻结情况以及围岩的稳定性，采用2.5/4.0m施工段高砌壁。
2 技术支持
为了更好的掌握井壁受力、变形情况，并科学的指导井筒进行掘砌工作，建设单位与中国矿业大学岩土工程所合作，开展了冻结表土段信息化施工监测研究。
2.1 井筒工作面温度及变形监测
（1）监测内容。1）温度监测：包括井底温度，井帮温度、空气温度；2）变形监测：包括外壁收敛，井帮位移、井底位移；3）井内冻土发展厚度。
（2）监测目的。通过开展本项监测，可以初步分析冻结壁与井筒外层井壁的安全性。在此监测数据基础下开展冻结温度场、冻结壁受力与变形反演、预测，还可以指导深部地层的井筒掘砌施工。
2.2 传感器埋设
副井井筒外壁共设置7层压力传感器，层位分别为2015年8月16日安装第一层：67模（218m—221.6m）；2015年10月5日安装第二层：108模（351.8m—354.3m）；2016年1月9日安装第三层：192模（568m—571m）；1月21日安装第四层：202模（598m—601m）；2月25日安装第五层：218模（646m—649m）；3月14日安装第六层：233模（691m—694m）；3月31日安装第七层：244模（724m—727m）。
3 经验总结
在保证质量安全的前提下，为加快外壁掘砌施工进度，建设单位及施工单位各方在不同阶段采用了一系列措施，有很多方面值得借鉴，先总结一下。
（1）井筒开挖时间不能过早，要积极听取冻结单位的意见，不能盲目抢工期。（2）井筒320m内外壁以上应采用双层钢筋，钢筋标号可适当降低，总钢筋量增加有限，井壁混凝土受力比单层钢筋好很多，井壁0-100m砼标号由C30变为C40，加强砼强度。（3）在保证混凝土初凝强度达到的前提下，加快施工速度，减少空帮时间。（4）混凝土脱模时间要根据同等条件下养护的试块监测强度确定。（5）尽量采用短掘快支的方法，段高采用2.5m。（6）变径过程中要加强支护，可以采用小壁座进行加强支护，加快工序转换速度，减少空帮时间。（7）选择较大直径的滚筒及配套提升设备，选用大吊桶进行提升。
4 前瞻
万福矿井副井井筒外壁已于2016年5月9日掘砌完成，与周边相邻矿井井筒外壁掘砌相比，实现了一次性外壁掘砌到底的可喜成果，避免了二次套壁，减少了内层井壁冷接茬，对以后的井筒安全及防水具有重要的意义。万福副井井筒的掘砌对以后巨厚表土层井筒的施工，具有很高的指导价值，是建井技术发展的里程碑工程。
参考文献：
[1]任彦龙，杨维好，王衍森.某矿井冻结温度场的数值模拟[J].西部探矿工程，2003（03）：89-90.
[2]崔广心，杨维好，吕恒林.深厚表土层中的冻结壁和井壁[M].徐州：中国矿业大学出版社，1998.
[3]崔云龙.简明建井工程手册[M].北京：煤炭工业出版社，2003.
作者简介：张迁（1982-），男，山东东平人，本科，助理工程师，从事矿建、安全工作.
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