福城煤矿副井井筒延伸施工技术研究

李明明

（山东华新建筑工程集团有限责任公司，山东 泰安 271219）

1 工程概况

福城煤矿井田面积约49.26 km2，采用立井开拓，原设计副井井筒深540 m，净直径7.5 m，井底车场水平+740 m，已于2015年5月10日竣工。在矿井开拓之初，采用主井进风、副井回风方式通风，随着南翼副井和风井贯通，风井已经投入投用，为了简化井下通风系统，现副井井口已进行了封堵，井下贯通巷内设置了两道联锁风门。地面原凿井设施均已拆除。井底水窝内积水至井底车场水平，深度40 m。延深施工需要重新布置凿井设施，并启封副井井口，排除井底积水，拆除+740 m水平以下已装备的构配件等工作。

延深工程量共计220 m (+740～+520 m)，延深后井筒总深度760 m。副井延深段井筒净直径7.5 m，净断面44.16 m2。施工的探测钻孔发现延伸段岩层赋存稳定，岩层岩性参数见表1；探测过程中未发现有断层破碎带、褶曲等地质构造，延伸段水文地质简单，涌水量在4 m3/h以内。

表1 副井井筒延伸段岩层岩性

2 井筒延伸施工技术

2.1 总体施工布置

为了实现福城煤矿副井井筒延深段安全、快速、优质、高效施工的目标，将新工艺、新技术以及新材料、新设备应用到延伸掘进中［1］。

（1）新工艺

①立井快速施工机械化作业线：井筒施工用伞钻（FJD-6A型）凿岩，抓岩机（HZ-6 型）出矸；金属大模板（MJY3.7/7.5 型）砌壁。

②快速装矸工艺：HZ-6 型抓岩机、耙矸机相互配合实现井底矸石快速装罐、出矸。

（2）新技术

采用深孔光面爆破技术，混凝土自动搅拌下料系统；绞车、稳车电控采用PLC控制等新技术［2-3］。

（3）新材料、新设备

为避免井筒支护混凝土出现裂缝，在混凝土中采用新型减水剂、防裂密实剂等新材料；为提高支护效率，使用液压大模板等新设备。具体井筒施工中使用的机械设备及规格见表2。

表2 井筒施工机械设备

2.2 延伸段井筒施工工艺

（1）井筒掘进

①凿眼设备、爆破器材

单台伞钻（FJD-6A型）上配备6 台导轨式凿岩机（YGZ70 型），配备钻头直径为Ф42 mm。

爆破材料为T220 水胶炸药，技术参数为：规格Ф35 mm×400 mm（0.5 kg），爆速3 700～4 000 m/s，猛度16～20 mm，密度1.2～1.3 g/cm3。掘进穿煤时将T220 水胶炸药改用T320 型安全型水胶炸药。爆破电缆选用MY0.66/1.14 kV-3×25+1×16 橡套电缆。

②光面爆破布置

a、炮眼深度

根据伞钻、支护模板参数并尽量避免井壁接茬，将循环进尺设计为3.7 m。井筒掘进采用一掘一砌方式，为给砌筑预留一定操作空间，将炮眼深度确定为4.1 m。

b、炮眼布置形式

根据以往施工经验以及相关研究成果［4-6］，确定的炮眼布置形式为：采用直眼掏槽法破岩，具体布置掏槽眼6 个；辅助掏槽及辅助眼92 个；周边眼50 个，共142 个炮眼。具体炮眼布置形式见图1、炮眼参数见表3。爆破孔内炸药为反向装药结构，起爆顺槽依次为掏槽眼、辅助眼、周边眼。

表3 炮眼参数

图1 炮眼布置

（2）装岩及提升

依据光面爆破孔布置参数，爆破后产生约400 m3的松散矸石量，使用的抓岩机（HZ-6 型）运量为50 m3/h，可满足施工需要。

充分利用抓岩机的装岩能力和人工风镐刷帮，确保抓岩机最大程度的合理化使用。抓岩机的工作顺序：挖出罐窝- 清理周边矸石、扒矸成堆-刷帮、清底。

2.3 永久支护工艺

副井延深段永久支护采用C40 素混凝土支护，厚度600 mm。金属模板由地面四台单16T稳车悬吊实行集中控制。

模板中仅有一条伸缩缝，通过多个液压油缸同时内收以及模板自身重量实现脱模。脱模后模板下移到指定位置，依靠液压油缸同时外放，将模板恢复到原有设计尺寸，固定牢固后即可浇筑混凝土。

（1）混凝土的浇灌

在副井井口北侧设混凝土搅拌站，布置两台JS-1500 型大容量搅拌机，配一台PLD-2400 型自动计量上料系统。在混凝土浇灌前使用风镐对接茬处进行清刷打毛处理。采用2 个TDX-2 型底卸式吊桶下放混凝土，浇筑时混凝土垂直入模，均匀下料，分层浇筑，单层厚度控制在300～400 mm，并用ZN-70 型振捣器震捣，以便消灭蜂窝、麻面等。

3 应用效果分析

施工时对采用的爆破方案应用效果进行考察，具体结果见表4。掘进时施工的炮眼综合利用率达到90%、循环进尺量达到3.7 m，取得较好的破岩效果。破岩后采用的矸石提升系统提升了矸石外运效率并降低作业人员劳动强度；使用MJY-3.7/7.5 型整体液压金属模板提高了混凝土灌注效率以及一次支护范围，提高了围岩支护效率。现场统计井筒掘进进尺可达到90 m/月，同时未监测到井筒变形。在副井井筒延伸掘进施工中采用的掘进技术实现了井筒高效、安全、快速施工目的。

表4 爆破效果

4 结语

1）采用先进的机械设备以及合理的施工方案是实现井筒快速、安全延伸掘进的关键。采用机械化凿岩、光面爆破破岩以及MJY-3.7/7.5 型整体液压金属模板支护围岩，不仅提高井筒掘进效率而且显著降低作业人员劳动强；采用耙装机将矸石扒至井筒内，用HZ-6 型抓岩机装罐出矸，提升了矸石外运效率。传统的小模版、耙渣机等施工方式井筒掘进进尺一般在50 m/月以内，而文中所提的井筒施工技术在井筒支护、矸石外运等方面综合自动化效率均得以提升，井筒掘进进尺达90 m/月。

2）依据福城煤矿副井延伸实际情况，对副井筒延伸施工过程中使用的机械设备、破岩以及支护方案等进行设计。现场应用后，副井筒循环进尺量达到3.7 m，炮眼综合利用率达到90%，副井筒耗时74 d即可完成延伸工作。