大直径深立井施工中的新技术应用

大直径深立井施工中的新技术应用
阎建华;汪子勇
【摘要】蒙西矿区纳林河二号矿井副井净直径10.5m,井深588.45m,井壁最大厚
度2.5m,混凝土强度等级最高C60.井筒施工中,广泛汲取了该矿井及其附近矿井的
立井施工经验教训,综合采用了多项新技术,取得了良好的技术经济效果.
【期刊名称】《建井技术》
【年(卷),期】2013(034)001
【总页数】2页(P26-27)
【关键词】大直径;深立井;新技术;应用;局部冻结
【作者】阎建华;汪子勇
【作者单位】中煤能源鄂尔多斯分公司,内蒙古鄂尔多斯,017200;中煤能源鄂尔多
斯分公司,内蒙古鄂尔多斯,017200
【正文语种】中文
【中图分类】TD262.1+1
1 工程概况
蒙西矿区纳林河二号矿井位于鄂尔多斯市乌审旗嘎鲁图镇东南约63km处，毛乌
素沙漠腹地；原井田面积139.39km2，设计生产能力5.0Mt／a，立井开拓，工
业广场内布置主、副、风3个井筒。

矿区总体规划将井田面积扩大至180.67km2，设计生产能力8.0Mt／a。

为满足提升需要，工业广场内布置4个井筒，即1号主
井（原主井）、2号主井（原风井）、副井（新增，兼作进风井）和中央风井（原副井）。

矿井于2008年6月开工，原设计的3个井筒均采用全深冻结法施工，于2009年6～9月相继落底。

3个井筒马头门施工中和解冻后，都不同程度地出现了大量涌水，被迫停工，进行防治水；至2011年2月，水患威胁彻底解除，并实现了3个井筒贯通。

副井设计净直径10.5m，井深588.45m，双层钢筋混凝土复合井壁，最大厚度2.5m，混凝土强度等级最高C60。

装备两套提升设备，其中1套为非标特宽罐笼带平衡锤，主要运送整体液压支架、大型设备、无轨胶轮车等；另1套为非标小型交通罐笼带平衡锤，主要担负矿井正常生产时的所有人员、工具提升工作。

由于原设计的3个井筒均已到底，副井施工将是制约矿井投产的关键工程。

2 副井施工中采用的新技术
2.1 全深冻结改为局部冻结
鉴于原设计的3个井筒均采用全深冻结法施工，冻结壁解冻后，冻结孔导水，井筒治水难度和治水复杂程度均较大，且工期较长。

井底车场巷道布置在3－1煤层中，3－1煤层顶底板地层含水微弱。

考虑到井底车场部分巷道已经施工，井下已建成800m3／h的排水系统，如不采用全深冻结，可以提前施工副井马头门，缩短工期，并为非冻结段防治水创造有利条件，同时可节省投资。

根据上述论证，结合地质条件及井壁结构，确定副井冻结深度为521m，布置两圈冻结孔。

外圈孔为主冻结孔；内圈孔为辅助孔，深度过中等风化带，确保上部开挖不片帮，实现快速连续施工。

2.2 冻结孔泥浆置换技术
纳林河二号矿井及其周边已施工的冻结井筒，冻结壁解冻后，均出现了冻结管与冻结孔围岩之间的环形空间导水，造成淹井的问题。

为此，副井除采用非全深冻结方
案外，还对所有主冻结孔在下冻结管前，采用水泥浆置换技术，封堵冻结管外环形空间，置换高度自冻结管下部向上150m。

封堵浆液采用中国矿业大学特制的水泥等材料复合浆液（已获国家专利），经验证，完全达到了预期的封堵效果。

2.3 快速施工工艺与装备
副井采用立井机械化混合作业快速施工工法施工。

采用3台大型提升机配合5m3
大吊桶提升（单钩），2台挖掘机配合HZ－6型中心回转式抓岩机装岩。

井筒内
设置3层凿井吊盘，由地面凿井绞车悬吊。

吊盘下层盘安设2台中心回转式抓岩机，中、上层盘安设卧泵及水箱排水。

采用MJY型整体下移式金属模板浇筑外壁，由地面凿井绞车悬吊。

筑壁混凝土由地面搅拌站集中配制，3m3底卸式吊桶输送
到井下，经分灰器入模。

选用双联FJD－6G型伞形钻架，配YGZ－70型气动凿
岩机及B25mm×5.0m六角中空合金钢钎杆打炮眼；压气管、供水管、排水管和
风筒均沿井壁一侧吊挂，以加大井内提升空间。

内层井壁采用12套段高为1.2m
的金属装配式模板，自下而上浇筑。

在壁座上方埋设注浆管，用于后期壁后注浆。

井筒凿井设备配置如下：
Ⅵ型凿井井架 1架
JKZ－3.2／15.5型主提升机 1台
JKZ－3.0／15.5型副提升机 2台
5m3矸石吊桶 4个
DX－3型底卸式吊桶 3个
FJD－6G型伞形钻架 2部
HZ－6型中心回转式抓岩机 2台
CX55B型挖掘机 2台
YGZ－70型气动凿岩机 12台
ZL－50型装载机 1台
10t汽车 5辆
FBD－№9.6型局部通风机 3台
DC50－80×8型卧泵 2台
3层吊盘 1个
GA250型空压机 4台
φ11.9／12.7／13.5／14.1m外壁 MJY型模板各1套
φ10.5m内壁金属装配式模板 12套
2.4 大体积混凝土养护技术
副井井壁混凝土强度等级有5种，即C30、C40、C50、C55、C60。

外壁混凝土（C30、C40）为早强混凝土，厚度650／700mm；内壁混凝土（C50、C55、
C60）为高强高性能混凝土，厚度700～1 800mm，属大体积混凝土。

配制混凝
土时，选用P·O42.5R水泥，粒径5～25mm的石灰岩碎石，含泥量小于1%、细度模数大于等于2.6的中砂或中粗砂；搅拌用水为中性淡水；添加复合增强外加剂和粉煤灰等，以降低水化热。

内壁混凝土拆模后，立即进行淹井养护。

对于厚度大于1.5m的混凝土井壁，采取淹井养护措施，可吸收混凝土水化热，有效地消除温度应力造成的井壁龟裂现象。

2.5 壁间、壁后注浆技术
井筒冻结段施工结束，排除井底积水后，在冻结壁解冻前，应由下而上，进行壁间、壁后注浆，封堵涌水通道。

在冻结壁解冻前，进行壁间、壁后注浆，可以防止浆液扩散范围太大，使浆液充分充填到壁间和外壁缝隙中，注入量事先可以计算。

为实现这一目的，在冻结和井筒掘砌施工中，预埋了冻结壁、井壁温度、应力等监测系统，以有效地指导施工。

2.6 马头门先行施工技术
为加快副井施工速度，在确保井底车场临时水仓排水能力满足井筒基岩段排水需要
的情况下，由矿井二期工程施工单位，先行按照设计，完成副井马头门及两侧巷道的掘锚施工；待副井与井底车场贯通后，再利用凿井装备，完成井筒与马头门混凝土永久支护的整体浇筑施工，确保马头门混凝土施工质量。

同时，在副井套内壁施工结束后，非冻结段施工前，施工2个探水钻孔，与井底车场贯通，解决副井基岩段涌水问题，保证井筒施工质量与速度。

2.7 井塔桩基段强制解冻技术
鉴于副井壁后冻土完全解冻约需12个月时间，同时吸取该矿2号主井及母杜柴登矿副井桩基施工的教训，经过论证，决定对副井井口以下80m段冻土进行强制解冻。

该方案是利用原冻结站盐水干管、环形管，将热盐水输送至冻结器，形成热盐水循环来解冻。

方案实施后，副井井口以下80m段冻土仅用了3个月时间，就已完全解冻，解决了因存在冻土而造成的井塔桩基施工困难的问题。

副井井塔桩基施工仅用了25d，比2号主井桩基施工工期缩短58d。

3 应用效果
纳林河二号矿井副井2011－03－11破土试挖，2012－03－11验收移交，历时1a。

经业主、监理、质量监督站验收，工程质量优良；井壁表面光滑，无任何裂纹。

冻结壁解冻后，井壁无滴水点，施工工期比该矿其他井筒缩短了15个月（包括防治水），节省直接投资1 200万元。

该井筒施工中，对其特殊的井壁结构和复杂的水文地质条件进行了深入分析、论证，广泛汲取了纳林河二号矿井及其附近矿井的立井施工经验教训，综合采用了以上新技术，达到了预期目标，取得了令人满意的效果。

这些新技术，正在蒙西矿区新建矿井建设中，得到推广应用。