矿山方形井快速施工关键技术与安全管理

何端华，王祖辉

(1.湖南省新宁县安全生产监督管理局， 湖南 新宁县 422700；2.湖南涟邵建设工程(集团)有限责任公司， 湖南 娄底市 417000)

矿山方形井快速施工关键技术与安全管理

何端华1，王祖辉2

(1.湖南省新宁县安全生产监督管理局， 湖南 新宁县 422700；2.湖南涟邵建设工程(集团)有限责任公司， 湖南 娄底市 417000)

矿山方形井施工时，直角井壁往往制约着其施工质量和进度。大红山矿业有限公司二期400万t/a废石提升系统采用方形电梯井，根据方形竖井作业特点，选用改进的施工设施设备并对其进行合理配套，通过改进的可调节整体方形金属模板、空孔二阶桶形掏槽光面爆破、提吊稳车集中控制、井壁悬挂等多项关键技术，同时，依靠科学的安全管理，实现了矿山方形竖井安全优质条件下的快速施工。

方形竖井；金属模板；安全管理；井筒掘进

0 引 言

地下矿山中断面形状为正方形或长方形的方形竖井越来越多，如电缆竖井、电梯竖井及通风竖井等，矿山方形井的成巷施工仍要遵循井巷掘砌作业方式[1￣2]。对于圆形断面井筒施工，井筒断面周边光滑连续，对施工设备选型及布置有利，其掘、砌、运转等工序系统能够协调运作，较容易实现快速施工[3￣4]。但是，方形竖井受四个直角井壁的影响，井筒成型困难，爆破、砌壁等各项工作效率和能力受限。传统方形井模板施工方法存在整体性差、用工较多、施工工期较长的缺点[5]。安全生产是保证施工工期的基本条件，矿山方形井施工具有特殊性，因此，探讨矿山方形井的快速施工技术和安全管理是很意义的。

玉溪大红山矿业有限公司二期400万t/a废石提升系统布置于矿体西南，其2#电梯井井筒断面为方形，为废石箕斗井底清理废石的服务通道，也是-22 m水平及-79 m水平工作面施工人员和材料上下的通道。方形电梯井井筒高度约244 m，净断面4.9 m×3.8 m，支护厚度300 mm，采用C30素砼支护。岩石硬度系数f=8～10，涌水量小于5 m3/h。该方形井井筒施工工期为5月，综合平均月进尺49 m，砌壁平整光滑，在安全优质的条件下实现了快速施工。

1 方形竖井快速施工机械化配套

矿山方形竖井井筒施工采用短段掘砌混合作业法施工，施工机械化配套水平对方形井筒施工速度及质量所起的作用与众多立井井筒快速施工是相同的，即合理的机械设备配套是实现快速优质施工的重要保证。大红山铁矿2#方形电梯井井筒施工机械设备选型借鉴了立井施工设备配套先进经验，并充分考虑方形井筒的施工局限性，所采用的井筒施工机械设备见表1。

2 矿山方形竖井快速施工方案

方形竖井施工仍采用立井短掘短砌混合作业施工方法，可分为施工准备、井筒准备段和井筒正常段施工三个步骤，工艺流程见图1。

2.1 施工准备

方形竖井施工进场前，做到通车、通水、通电、通讯等“四通”，施工用料从斜坡道及废石箕斗竖井两通道下放至工作面，井筒矸石则通过辅助斜坡道运至地表废石场；供水从二期斜坡道岔口接水；供电从二期工程配电硐室搭电；通讯方面，井口、井下安装矿用安全电话。在矿山方形电梯井施工之前，需完成电梯井的上部工程施工，以便布置凿井稳车和天轮平台。

图1 矿山方形竖井施工工艺流程图

2.2 井筒准备段施工

形成方形井筒正掘条件之前，必须施工一定深度的井筒准备段以配合吊盘、封口盘安装，该电梯井准备段高度不少于23 m。

井筒准备段施工采用HS-4型长绳悬吊抓岩机抓岩，主提升稳车提3 m3吊桶上下人员材料施工。为防止爆破砸坏天轮平台，在天轮平台钢梁下焊接铁板，并采用放小炮或分次爆破方式以减小爆破冲击，凿岩设备为YT-28风钻，眼深2 m。井口采用钢梁、木板简易封口施工。抓岩机抓岩后，提至机房硐室水平以上，采用调度绞车将抓斗拉至机房硐室卸碴，再采用装载机将碴转运至汽车出碴。采用木模板支护，支护段高3 m，在井壁悬挂溜灰管下放砼，分层对称浇筑。井筒掘至井口以下23 m位置时，停止掘进，安装钢模稳车并组装可调节整体方形金属模板，安装吊盘稳车并组装自制双层吊盘，然后上提吊盘，利用吊盘在机房硐室安装翻矸平台及翻矸溜槽，最后，将吊盘落至井口以下，安装井口封口盘，完善吊挂系统形成正掘条件。

2.3 井筒正常段施工

方形井筒正常段施工的工序主要有钻眼爆破、装岩清底和支护衬砌，各工序滚班循环作业。

(1) 钻眼爆破。为了提高方形竖井施工进度，在方形电梯井施工中，采用了适当增加炮眼深度、提高掏槽效率等措施增加每掘进循环进尺的方式以加快施工进度。采用YT-28风钻打眼，各眼均先采用2 m钢钎打眼，然后采用2.5 m钢钎套眼加深，钻眼深度2.5 m，采取分区、划片钻眼，各台钻由井帮向中心或由中心向井帮顺序钻眼。采用大并联方式联线爆破，装药联线后起吊盘。井筒内钢丝绳悬吊电缆放炮，采用LR-Z型发爆器井口远距离启爆磁电雷管爆破。在通风上采用了大功率对旋式风机配Φ600 mm双抗胶质风筒通风排烟。

(2) 装岩清底。矿山方形竖井净径通常较小，只能布置一台抓岩机装岩，在方形电梯井施工中，采用HS-4长绳悬吊抓岩机配0.4 m3抓斗装岩。受井筒净断面限制，提升吊桶无法配置很大，大红山方形电梯井断面净尺寸4.9 m×3.8 m，经优化布置，采用1台10 t凿井绞车(盘形闸)提升2个3 m3吊桶出矸石，翻矸平台座钩式翻矸，翻矸平台翻矸卸矸至机房硐室。井底清底工作采用抓岩机和人力并用，互相配合，采用多台风镐清底铺助清底加快清底工作。

(3) 支护衬砌。采用可调节整体方形金属模板砌壁，模高3 m，砌筑段高3 m。砌筑所需的混凝土在地面配好，采用运送罐车将料运至方形井筒井口，搭好浇注工作台，采用溜灰管下料。混凝土的砌壁浇筑采用对称分层环形浇灌的方法，分层厚300 mm，以防钢模一侧砼堆积挤压整体方模造成跑模。用插入式风动振动棒振捣，在吊盘上处理，接茬必须饱满密实，保证接茬质量。

3 方形竖井快速施工关键技术

3.1 空孔二阶桶形掏槽光面爆破

方形竖井爆破进尺易受到4个拐角的夹制作用，掏槽眼的布置极为重要，根据众多类似工程经验[2]，掏槽眼中心留设不装药的空孔，空孔直径等于或大于装药掏槽眼直径，作为装药掏槽眼爆破时的辅助自由面和破碎体的补偿空间，因此，在炮眼布置上采用直眼桶形掏槽方式，即采用空孔二阶桶形掏槽光面爆破，有效地提高了方形井筒掘进爆破效果。为减少超欠挖，周边眼距比常规光面炮眼间距要小，并在拐角布置导向孔。炮眼布置详见图2。爆破效果详见表2。方形井筒施工中根据岩石情况及时调整，选取最佳爆破参数。

3.2 可调节整体方形金属模板

为实现矿山方形竖井井筒的快速优质施工，将传统组合式散装木模板或钢模板进行整体化创新设计，研制出可调节整体方形金属模板进行砌壁。根据方形竖井断面的实际尺寸定制可调节整体方模，整体方模主要由4组直角组合金属模板、搭接T型板、搭接槽钢、液压油缸、限位千斤顶和限位螺栓构成[5]，10 mm厚钢板卷焊而成，模高3 m，如图3所示。玉溪大红山矿业有限公司二期废石提升系统方形电梯井断面净尺寸4.9 m×3.8 m，方模有4个脱模收缩口，调节伸缩范围为(5000～4700)mm×(3900～3600) mm，方模调节伸缩主要通过液压油缸实现。

图2 方形竖井井筒炮眼布置

表2 爆破效果

图3 可调节整体方形金属模板

3.3 提吊稳车集中控制

在方形竖井井口信号室设集中控制系统，所有吊盘及溜灰管、风水管、排水管提吊稳车(包括管线悬吊稳车)启动开关在信号室，设置成既能联动又能分动的集中控制装置起吊吊盘，吊盘至距井底工作面20 m以上。实践表明，集中控制起落吊盘时间与不同步起落相比缩短1 h以上。

3.4 管线井壁悬挂技术

压风管、排水管、供水管、胶质风筒均采用稳车悬挂，解决了传统井壁悬挂需单独占用掘进循环时间的问题，在井口进行管线延接，井口以下及吊盘以上10～15 m供压风、供水管、排水管均采用软管连接，在井口、吊盘上预留部分软管可减少钢管延接次数，大大地缩短吊盘起落时间，从而节省方形井筒施工时间。

4 矿山方形井快速施工安全管理

(1) 安全管理机构及制度。为了有效控制安全生产过程，专门建立了以安全副经理和专职安全员为主的安全管理部，施工班组再增设一名群安员，专职安全员和群安员在安全副经理的指挥领导下，开展各项施工安全管理工作，每周每月都有定期和不定期的安全检查，坚决制止“三违”，并健全安全生产责任制。

(2) 设备安全操作管理。所有机电设备包机到人，专职人员须每天检查各工序设备设施，挂牌管理；项目部机电部门定期检查提升装置和提升绞车的运行情况，所有电气设备都配有过流保护、漏电保护和保护接地装置；整体方形模板实行定期检查、校对，应稳定牢固，拼接严密，无松动，螺栓紧固可靠，以防施工过程中发生位移，发现规格尺寸有变化应及时进行调整。

(3) 顶板安全管理。坚持敲帮问顶制度，根据竖井施工特点，人员乘坐吊桶到达作业面时，先检查井筒井壁是否有松矸浮石，发现松矸浮石及时处理，在处理过程中选择没有松、浮石的位置站人，严格执行顶板分级管理的安全确认程序。每次检查形成台帐，确保安全再进行作业面风水管连接等工作。

(4) 爆破安全管理。放炮必须有专职放炮员负责，经过专门培训合格后，并持证上岗。执行爆破物品清退制度，在施工现场使用雷管炸药时，严格执行当班领取当班清的规定；在井筒装药时，除放炮人员、信号工外，其他人员都须撤至井筒口；雷管炸药入井前，工作面的电气设施提离装药点20 m左右；爆破后通风30 min，炮烟吹散，及时清扫各层盘，然后放炮员、安全员等进入工作面检查爆破情况，确认安全后方可通知其它人员入井出渣。

(5) 个人安全预防。作业人员须先检查、熟悉工作地点的管线、安全状况，然后因地制宜的采取安全作业方法。作业人员须系上安全带、戴上安全帽、穿上工作鞋，严禁穿拖鞋或胶底布鞋上岗；乘坐吊桶上下井筒时，严禁在井下打闹，须扣靠保险带，服从井口信号工安排，严禁饮酒下井。

5 结 论

矿山方形竖井工程与其它圆形竖井工程相比，其施工方法相对复杂、工程难度大。因此，根据方形竖井作业特点，选用改进的施工设施设备并对其进行合理配套，采取了可调节整体方形金属模板、空孔二阶桶形掏槽光面爆破、提吊稳车集中控制、井壁悬挂等多项技术创新，解决了方形竖井工程砌壁、爆破、提升等问题，同时，依靠科学的组织管理和严密的安全措施，实现了矿山方形竖井安全优质条件下的快速施工。

[1]周振兴，李 宇.锦屏一级电站电梯竖井整体液压自动爬升模板设计[J].四川水利，2012(3):26￣27.

[2]李泽华,蒲加顺,王永辉,等.方形竖井预裂爆破一次成型施工工艺[J].四川水利，2009， 323(1):95￣97.

[3]黄明健，王军华，谢海鹏.大红山铁矿箕斗竖井的快速施工技术[J].采矿技术，2014，14(4):47￣50.

[4]张传余，唐燕林，鲍胜芳．超大超深立井施工设备选型及布置[J].采矿技术，2013，13(6):103￣106.

[5]李建国，王祖辉.可调节整体方形模板在方形竖井中的开发及应用[J].采矿技术，2016，16(5):27￣29.

段 萌(1988-)男，陕西渭南人，助理工程师，主要从事煤矿开采技术，Email：821773655@qq.com。

2017￣01￣08)