大直径深立井井筒基岩段快速施工技术初探

大直径深立井井筒基岩段快速施工技术
初探
摘要：大直径深立井井筒基岩段施工作业是一项难度较大的工作，如果在施
工中不做好控制作业，不仅会延误工期，而且可能会在施工中发生事故。

下面，
以大直径深立井井筒基岩段施工难度大原因为切入点，依据工程实例，对快速施
工技术进行了探讨，最终对大直径深立井井筒基岩段施工技术进行了展望，希望
文中内容对相关工作人员，以及行业发展都可以有所帮助。

关键词：大直径；快速施工；深立井；施工环境
现阶段，立井井筒直径不断加大，深度加深，这提高了施工难度。

在实际施
工中，为了提高施工质量，确保施工作业顺利进行，要加强分析，做好施工经验
总结。

1 大直径深立井井筒基岩段施工难度大原因
通过对大量大直径深立井井筒基岩段施工经验进行总结可以发现，井筒基岩
段施工环境恶劣，采用的施工技术复杂，作业场地狭小，这对施工作业开展期间
采用的技术，以及施工人员能力都提出了较高要求，如果采用的施工技术不合理，或者施工人力差，都会对施工作业开展造成不良影响[1]。

从工程量来看，全矿井
井巷工程量虽然只占整个矿井工程量的3%-5%，但是由于其施工难度大，其施工
工期会占到了整个矿井施工总工期的35%-40%，如果在该阶段不做好施工工艺探讨，做好相应管理与控制工作，势必会延误工期，导致工程无法在工期内完工[2]。

可见，针对大直径深立井井筒基岩段施工来说，必须要从实际情况出发，做好相
关内容探讨。

2 工程概况施工实例分析
2.1 工程概况
某矿井其在地理位置上位于老区，采储量近3.0亿t，其中生产的原煤超过78%的都为市场上所需的肥煤、焦煤等优质资源。

矿井井筒于2015年2月12日
开始施工，进入基岩段之后，在2015年3月-9月，连续7个月施工，每个月的
施工长度都超过了100m，分别为101m、102m、105m、106m、104m、109m、158m，在实际施工中，对每一段施工质量情况都进行了检查，通过检查可以确定整个工
程质量能够达到预期，其中9月份完成的158m，创造了该区域相同类型工程月井
尺最高纪录，得到多方好评。

该矿井工程中的主井井筒设计深度达到了899.5m，净直径长度为7.8m，井
颈段采用的为双层混凝土复合井壁，其厚度约为60cm，井身段的井壁采用的为素
混凝土，进一步厚度约为52cm，为了确保混凝土强度能够达到要求标准，采用强
度等级C30的混凝土，基岩段井段穿过的地段以砂岩、粉砂岩、砂质泥岩等共同
构成，井筒由上向下一共穿过了22个含水层，每一层涌水量在12.8-66.5m3/之间。

开展井筒施工作业前，针对地面进行了预注浆作业，为了确保施工质量，注
浆深度达到了905.0m。

2.2井筒施工方案和综合机械配套方案
2.2.1井筒施工方案
针对井筒来说，在具体施工中，为了保证施工作业顺利进行，避免发生安全
事故，通过对周围具体实际情况进行分析，最终决定采用短段掘砌混合作业施工
法开展相应施工作业，也就是在实际施工中，将掘进和砌壁两个相互独立工序，
将其在一个成井循环中完成组合，该方法在具体应用过程中的主要特点就是操作
简单方便、工序简单、施工安全，而且在实际施工开展时，不需要设置临时支护、省略了大量工时和辅助工具，能够快速成井[3]。

施工作业时，采用伞钻凿眼，进
行爆破时，为了确保爆破效果能够达到预期，避免发生安全事故，设置的炮眼深
度为4.4m，采取深孔光面方式完成爆破。

施工期间采取的两台抓岩机、两台绞车
进行吊桶出矸，采取高5.2m段金属活动模板完成砌壁作业，而对于施工中采用
的混凝土，为了确保混凝土能够被及时运输到施工区域，在施工现场设置了两套
混凝土运输系统浇筑方案。

施工开展时，为了避免发生水害，导致工程遭受破坏，要采取综合防治水方案，如果在施工期间，通过两侧，发现井筒用水量超过了
10m3/h，为了避免涌水对施工造成不良影响，影响后续作业，需要采取预留岩短
段注浆技术对施工现场进行处理，实际施工中，应当一边注浆一边进行挖掘。

若
通过测量发现涌水量并未超过10m3/h，综合考虑施工难度，治水效果，经济效益，决定采取截、导、排、堵等常规方式治理，而对于施工现场的井壁涌水点，在实
际治理时，采取壁后注浆封水技术处理[4]。

2.2.2 综合机械化配套方案
本次工程规模大，施工开展起来较为复杂，为了快速施工，采取机械化配套
与混合作业相结合方式。

实际施工作业开展期间，施工人员要对井筒的实际深度，断面大等特点，围绕施工作业时的凿眼、出矸、运输、筑壁等各项环节，科学搭
配需要应用的各项施工设备，通过对先进设备的应用，发挥出每一种设备的潜力，从而确保深井施工能够快速、安全完成[5]。

本次工程施工中采用的设备有凿岩钻架、抓岩机、主提绞车、副提绞车、凿井井架、双层吊盘、砼搅拌机、自动配料
机等，每一种设备的性能都会对施工开展造成直接影响，因此，在施工开展前，
要指派专人对这些各项设备的性能进行检查，若通过检查发现设备存在问题，如
果设备无法满足施工要求，要及时维修，若通过维修无法使设备性能得到恢复，
要及时更换设备，以免因为设备问题，延误工期，引发事故[6]。

2.3 快速施工方案分析
2.3.1 深孔光面爆破作业
利用凿岩机进行周边眼、第一圈掏槽眼、扩帮眼开打作业，为了使伞钻收拢
直径关系无法完成第一掏槽眼问题得到解决，在实际作业开展时，要搭配采用伞
架配、导轨式独立回转风凿岩机、风动凿岩机不同类型凿岩机开展作业，采取的
掏槽方式是否合理对立井深孔爆破能否取得成功的关键[7]。

为了进一步提高爆破
作业时效率，施工人员要对井筒基岩段的具体岩性进行分析，依据岩性情况，最
终决定采取三阶复式直眼方式完成相应掏槽作业，其中一阶、二阶、三阶的眼深
分别为1.9m、3.2m、4.6m，其余炮眼深度都为4.2m，采用岩石水胶炸药，炸药
必须是具有资质，信誉好厂家生产的炸药，采用的药卷的重量分别为0.75kg和
0.55kg，对于爆破作业中采用的雷管，应当采用雷电管，规格为6.0m长脚毫秒
型，反向装药结构，起爆电源采取的为380V动力，为了确保爆炸顺利，所有连
线都采取并联方式。

对于工作面要采取分区，丁钻定人打眼责任，对于工作面一
共划分为三个分区，伞钻起到的作用就是由井心从里向外，依次完成打第二圈掏
槽眼和全部辅助眼工作，在打周边眼时，采取的人抱钻与灵活字母梯相互配合方
式完成，提走伞钻之后，打第一圈掏槽眼，整个作业开展期间，工作人员要做好
分析，小心操作，不得出现马虎大意现象，以免由于工作人员操作不合理，而引
发事故。

2.3.2 装岩与排矸
针对工作施工开展时，进行出岩时，利用2台中心回转抓岩机开展抓岩作业，其中采用的每台抓岩机的装矸能力达到了52m3/h，确保其可以满足施工中装岩需求。

安装抓岩机机架时，为了确保其性能良好，能够满足应用需求，要将其安装
在吊盘下层之上，而抓斗与操作时则位于下层盘之下，而施工中采用的两个吊桶，为了确保其作用能够得到发挥，要分别布置在抓岩机中线两侧，需要注意的是，
在进行抓岩机与吊桶布置，要做好协调工作。

出矸时，要控制好下层盘与工作之
间的距离，这一距离要控制在9-11m之间，开展放炮作业时，工作人员要提起吊盘，完成放炮后，将其落下。

上述方法在具体应用时的主要优点就是，整体结构
较为紧凑、操作容易、抓取灵活、装岩能力强，而且不会存在死角。

提升作业时，采取两套单钩，对于深井在850m以上，出矸时，采取两个容量为4m3的吊桶，而
对于井深在850m以下，在出矸时采取3m3的吊桶，摘挂钩作业要在井下完成。

在
封口盘、翻矸台、绞车房等区域，需要安装监控系统，绞车司机通过对该系统进
行应用，能够精准直观掌握井口下工作人员的作业状态、翻矸溜槽起落、井盖门
开闭情况，这一方面提升了工作人员劳动效率，另一方面也能够确保提升作业时
的安全性，避免发生安全事故[8]。

2.3.3 支护作业
在工程所在区域地面设置混凝土集中搅拌站，利用电子计量系统对混凝土中
的石、砂、水等各项材料的配比进行计算，砂石的运输作业采用装载机；水泥利
用储灰罐利用电子秤进行计量后，采用水泥运输螺旋泵，将水泥运输到搅拌机中，利用搅拌机完成对混凝土的搅拌，工作人员在要观察混凝土搅拌情况，完成搅拌
后，采用无缝钢管，型底卸式吊桶进行运输，对于采用的溜灰管，将其中两侧布
置在井筒西侧，通过对布置在西层搅拌站，由地面直接完成下料作业，一趟溜灰
管则被布置在井筒东侧，其上口只延长到上层吊盘，施工作业时，通过对底式吊
桶进行应用，完成下料作业。

2.3.4 施工组织与设备管理
（1）施工组织
针对本次工程中的主井井筒，施工开展时，为了提高施工效率，保证最终施
工质量能够达到预期，采取项目法管理。

掘进队由机电维修班组和掘进班组共同
组合而成，形成综合团队。

为了保证掘进队内的工作人员能够发挥出应有的作用，在掘进队内部应当设置1个专业打眼班，4个综合作业班，施工作业开展时，采
取滚班作业方式，4个综合作业班在工作开展期时的主要职责就是出矸、清底、
脱模、砌壁、注浆等各项工作，而打眼班内工作人员的工作内容就是打眼、爆破，施工期间要做好每一项内容控制，确保最终凿岩质量和速度都能够达到预期，确
保质量基础上，在工期内竣工。

（2）设备管理
施工中采用的设备在应用期间可能会出现各种问题，如果不及时进行维修，
设备无法继续正常运行，因此，要采取包机保修制度，包机组由司机和维修人员
共同构成，维修人员通过工序转换空闲时间，或平行时间，对机械设备性能情况
进行检查，完成维修作业，从而使机械设备能够恢复性能，避免出现带病作业现象。

同时，对于采用的机械设备，应当超前维护，做好保养工作，确保机械设备
始终都能够处于正常状态，避免由于设备性能问题，而引发事故。

每完成一次循
环一次施工作业后，都要对采用的机械设备进行一次检修，大幅度减少辅助作业
时长和工序转换时长，并且制定出一套符合需求的奖惩制度，通过奖惩制度对相
关工作人员的行为进行约束，调动工作人员积极性。

3 大直径深立井井筒基岩段施工技术展望
3.1 超大直径
超大直径井筒施工作业的关键主要体现在以下两个方面：
（1）临时支护
冻结帷幕法施工技术是现阶段我国矿山施工中常用的一项技术，该项技术在具体应用期间深度可以达到近千米，其在实际应用时的主要优势体现在施工速度快、安全性高，因此得到了广泛也能够用，取得了不错效果。

冻结帷幕施工技术在具体应用期间需要相关人员探讨与解决的问题，就是在打钻期间产生的噪和冻结时的冻胀融沉控制。

做好冻胀控制，能够避免周围一定距离内岩体遭受影响。

此外，还要加强对冻结帷幕相关技术的研究，做好相应分析工作，精准控制融沉幅度和影响范围，保证施工顺利进行，降低成本。

（2）井筒提升悬吊
井口井架是该项作业开展期间的一项难点，目前我国成型装备中常用的大井架为Ⅶ型井架，其底部跨距为21m，通过对其进行应用，能够实现对直径大小在15-18m之间井筒的吊挂。

对于直径在20-30m的井筒，为了满足提升吊挂需求，可以采取多井架、加钢梁组合方式。

通过对大量施工经验进行来看，井口悬吊支撑达到要求后，对于井下设备进行悬吊，通常不会出现问题。

3.2 超深立井
现阶段，我国采用的吊挂和提升设备能够满足近2000m深井施工要求，这也是设备在施工中能够承受的极限。

而在后续施工中，井筒将会进一步加深，施工开展时需要面临的关键问题就是提高绞车和吊挂钢丝能力。

我国安全规程规定下的提高钢丝的安全系数，若为纯提物则为6.5倍，物、人混合提升则为7.5倍。

在这一状况下，当提升深度超过2000之后，采用的钢丝绳提升能力机会都被其自身重量占据，提升能力大幅下降。

因此，针对2000-3000m深度，对于提升能力等解决，可以采取下列思路：第一，采取分段方式提升，这一方法跳过了超深立井在施工中提升面临的技术难题，但是也存在缺点，主要体现在提升是增加装置，会减低施工效率。

第二，加强对现有钢丝的研究，提升钢丝绳强度和可靠性，若可以将钢丝绳安全系数下降到4-5之间，能够大幅度提高钢丝绳有效荷载，满足3000m立井在施工中，一次提升要求。

4 结语：
在进行大直径深粒径施工作业中，加强对机械化综合配套，做好施工组织与管理对于确保施工作业顺利开展来说意义重大，因此，相关人员要加强对相关内容的探究。

针对本工程来说，在施工开展时，在地面进行了注浆作业，而且从实际情况来看，取得了不错效果。

同时，加强对大直径深立井井筒基岩段快速施工技术的应用与推广，可以加快施工速度，提高工程最终质量，而且能够创新施工技术，从而实现施工单位与业主双赢局面。

参考文献：
[1]程志彬.超深立井施工关键技术探讨[J].建井技术,2021,42(03):1-6.
[2]丁金刚,汪小东.基于应力场干预的深立井围岩稳定性控制方法研究[J].矿业研究与开发,2020,40(09):39-43.
[3]童格军,庞建勇,孙仕元.大直径深立井地面预注浆技术探讨与应用[J].建井技术,2020,41(03):42-47+30.
[4]孙红英.大直径深立井双提升设施安装关键技术研究[J].中国高新科技,2018(14):95-97.
[5]秦立杰.抛碴注浆法在深立井泥质断层突水淹井处理中的应用[J].现代矿业,2018,34(06):244-246.
[6]程志彬,张步俊.深立井软岩地层冻结施工关键技术探讨[J].煤炭工
程,2018,50(06):51-53.
[7]范文博.我国超深立井凿井提升面临的问题及建议[J].煤炭工
程,2018,50(06):62-65+69.
[8]祁和刚,杨金宏,梁恒昌,龙志阳.超大直径深立井施工工艺和装备配套问题及对策[J].建井技术,2016,37(06):39-45.。