立井凿岩井冷冻井掘进作业规程.docx
《立井凿岩井冷冻井掘进作业规程.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《立井凿岩井冷冻井掘进作业规程.docx（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
立井凿岩井冷冻井掘进作业规程
淮北矿业（集团）
祁南煤矿北风井冻结表土段外壁
施工安全技术措施
施工单位：
工程建设公司祁南项目部
工程名称：
祁南矿北风井
持用单位：
年月日
审查记录
审查主持人：
编审单位
姓名
日期
备注
编制单位
编制人
负责人
审
查
部
门
生产技术部
通风科
机电科
安监处
副总工程师
总工程师
审查意见
审批记录
编制单位：
工程公司祁南项目部
会审单位：
祁南煤矿会审主持人：
编审单位
签名
日期
备注
编制
单位
编制人
负责人
会
审
单
位
技术科
地测科
通风区
机电科
瓦斯办
运输区
安监处
信息中心
生产管理部
批准
矿总工程师
审批意见
目录
一、工程概况
二、编制依据
三、冻结段工程地质及水文地质
四、施工方案
五、冻结表土段施工方法
六、膨胀粘土施工方法及措施
七、施工辅助系统
八、施工技术管理、安全质量管理
九、安全技术措施
十、质量技术措施
十一、避灾路线
一、工程概况
祁南矿北风井井筒设计深度为396m，设计净直径为5.5m，井口绝对标高+24.0m，井筒表土段深度292m。
井筒采用冻结法施工，冻结深度349m，冻结段外壁支护、钢筋及泡沫板铺设情况详见下表：
米数范围
砼标号
钢筋型号
壁厚
铺设泡沫板情况
铺设塑料夹层情况
掘进
半径
净半径
-5～-30
C40
竖筋：
￠20@300
503
无
内外壁之间铺设HDPE塑料夹层￡=1.5mm×2
3903
3400
环筋：
￠20@300
-30～-145
C40
竖筋：
￠20@300
503
聚苯乙烯泡沫塑料￡=50mm
内外壁之间铺设HDPE塑料夹层￡=1.5mm×2
3953
3400
环筋：
￠20@300
-145～-245
C50
竖筋：
￠22@300
503
聚苯乙烯泡沫塑料￡=75mm
内外壁之间铺设HDPE塑料夹层￡=1.5mm×2
3978
3400
环筋：
￠22@300
-245～-334
C50
竖筋：
￠22@300
503
聚苯乙烯泡沫塑料￡=75mm
内外壁之间铺设HDPE塑料夹层￡=1.5mm×2
3978
3400
环筋：
￠25@300
-334～-343
C50
竖筋：
￠25@300
503
聚苯乙烯泡沫塑料￡=75mm
无
3978
2750
环筋：
￠25@300
本规程适用范围0～-343m外壁表土段施工。
二、编制依据
1、《祁南煤矿北风井地形图》；
2、《北风井表土段冻结施工井壁掘砌图》；
3、《祁南矿北风井检查孔综合柱状图》；
4、《煤矿安全规程》（2010年版）；
5、《祁南煤矿北风井掘砌工程施工组织设计》；
三、冻结段工程地质及水文地质
3.1、井筒地质
详见祁南矿北风井检查孔综合柱状图。
3.2、水文地质特征
祁南煤矿北风井检查孔揭露的地层自上而下有：
第四系、第三系、上下石盒子组、太原组。
检查孔揭露的地层厚度如下所示：
孔号
地层
祁南北风检
厚度（m）
第四、第三系
（Q+N）
第四系（Q）
89.15
292.45
上第三系（N）
203.30
二叠系（P）
下石盒子组（P1xs）
20.99
142.33
山西组（P1s）
121.34
石炭系
太原组（C3t）
11.48
11.48
（1）第四系（Q）
本孔揭露厚度89.15m。
按岩性特征可分为上、中、下三段。
上段：
厚度27.98m。
岩性由土黄色为主的细砂、砂质粘土组成。
其中砂层比较松散，连续性较好，透水性较强，是第四系的重要含水层。
粘土可塑性较强，含有砾石。
顶部0.50m为耕植土。
中段：
厚度25.70m，岩性以褐黄色、棕黄色砂质粘土、粘土为主，粘土可塑性强，膨胀量较大。
下段：
厚度35.47m，岩性以浅黄、棕红色细砂、粘土互层。
粘土具较强的可塑性，含钙质及铁锰质结核。
第四系地层砂、粘土厚度统计表
揭露厚度（m）
粘土（m）
百分比%
砂（m）
百分比%
89.15
77.08
86
12.07
14
（2）上第三系（N）
上第三系厚度203.30m。
按岩性特征可分为上、中、下三段。
上段：
厚度47.46m。
灰绿色及棕黄色、夹棕红色、灰绿色粘土及砂质粘土，夹薄层粘土质砂及粉砂，粘土可塑性强；下部含较多钙质及钙质结核。
中段：
厚度105.89m为土黄色、浅黄色、棕黄色细砂、中砂、粉砂及粘土质砂，夹土黄色、褐黄色灰绿色粘土及砂质粘土。
砂层结构松散，矿物成份以石英、长石为主，次为云母。
下段：
厚度49.95m。
以棕黄色、棕红色夹灰绿色、灰白色细砂、中砂、砂砾、砾石、砂质粘土、粘土夹砾石及粘土组成，粘土可塑性中等，含少量钙质成分，分布均匀。
砂层及砾石分选性较差，泥质充填。
砾石成分以砂岩和灰岩碎屑为主，砾径1~4cm，半固结。
揭露时，冲洗液全漏失，漏失量大于15m3/h，孔内水位急剧下降。
与下伏二叠系地层不整合接触。
第三系地层砂、粘土厚度统计表
揭露厚度（m）
粘土（m）
百分比%
砂（m）
百分比%
砾石（m）
百分比%
203.3
142.27
70
53.48
26
7.55
4
（3）二叠系（P）
检查孔揭露二叠系厚度136.85m。
揭露地层有下石盒子组、山西组。
岩性主要由砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成。
下石盒子组（P1X）：
本孔揭露该组厚度19.99m，含一层煤（9煤）。
岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩、铝质泥岩组成，植物化石丰富，底部为铝质泥岩，其颜色为浅灰白色，夹有紫、黄、绿色花斑，具鲕状结构，鲕粒分布不均匀，成份为菱铁质。
山西组（P1XS）
——下段（一灰~11煤层）揭露厚度16.10m。
以深灰色~灰黑色泥岩和细粉砂岩为主，夹不稳定浅灰色砂岩或砂泥岩互层。
细粉砂岩和泥岩为均一块状，夹细砂岩薄层可见水平层理。
细粉砂岩中常含长条状菱铁质结核，底部泥岩中偶见动物化石碎屑。
所含11煤层在本矿为不稳定、不可采煤层。
——中段（11~10煤层间）揭露厚度34.64m，岩性以砂岩和砂泥岩互层（叶片状砂岩）为主，少量粉砂岩。
砂岩为浅灰白色，矿物组分以石英为主，含长石，分选一般，磨园较差，具缓波~波状层理。
砂泥岩互层以灰白色细砂岩与灰黑色粉砂岩或泥岩，呈薄层状交互组成，具底栖动物通道等为其特征。
砂岩中局部菱铁质富集。
所含10煤层（组）为本矿主采煤层，其层位、原生厚度及结构均较稳定，部分受岩浆岩影响，使煤层厚度、结构和煤质受破坏严重。
——上段（10煤层之上）揭露厚度55.16m。
岩性以砂岩为主，夹粉砂岩和泥岩。
砂岩主要为浅灰~灰白色细~中粒长石石英砂岩，具交错层理。
接近10煤层常见一层岩屑砂岩，胶结松散，中~粗粒结构，交错层理，局部见平行层理。
二叠系揭露地层煤岩层厚度统计表
地层
组别
揭露厚度（m）
泥岩（m）
百分比%
粉砂岩（m）
百分比%
砂岩（m）
百分比%
煤（m）
百分比%
P1X
19.99
7.73
39
8.08
40
3.74
18.7
0.44
2.3
P1XS
116.86
33.47
29
71.08
61
10.82
9
1.49
1
（4）石炭系太原组（C31）：
全组厚度192.81m。
岩性由浅海相石灰岩及过渡相的灰色砂岩、深灰色粉砂岩、泥岩和薄煤层组成。
其中以石英岩为主。
石英岩编号自上而下为一灰~十二灰。
本组含煤6~8层，属不稳定的薄煤层。
本孔揭露该组地层顶部厚度11.48m，岩性为灰岩及泥岩，其中一灰厚3.50m，含大量海相化石，二灰厚3.41m（部分），裂隙较发育且北方解石脉充填。
四、施工方案
冻结表土段施工采用短段掘砌的施工方案，利用HZ-6A中心回转抓岩机配合挖掘机进行掘进，4.0m段高整体下行金属组合模板砌筑钢筋混凝土支护。
井心冻实和冻结基岩段采用爆破法施工，另报施工措施。
五、冻结表土段施工方法
5.1、掘进
5.1.1采用30挖掘机挖掘，由3.2m绞车提升吊桶，配两个4ｍ3吊桶提升，经翻矸溜槽翻土。
利用铲车和自卸翻斗车将泥土运至指定排矸地点。
5.1.2冻结段外壁掘进段高暂定为4.0m，在施工条件变动的情况下可变更段高，掘进荒半径以技术参数表为准（0～-30m为3903mm；-30～-145m为3953mm；-145～-334m为3978mm；首先采用小断面以小于设计半径200mm为半径向下掘进，当工作面掘进高度达到4.0m之后，采用风镐进行刷帮至设计尺寸。
冻土未进入荒径，且距荒径500mm时，可采用分层分区台阶式挖掘法，中心超前，人工挖掘，工作面观测孔的水引入小井中，用吊桶排出。
冻土进入荒径200mm～500mm时，可全断面一次挖掘，风镐刷帮，人工装土。
冻土进入荒径1000～2000mm时，可用多台风镐、风铲破土，人工装土。
5.2、铺设泡沫板、绑筋、立模
5.2.1出够段高后铺设聚苯乙烯泡沫塑料，塑料泡沫板规格为长×宽×厚=1.5m×1.2m×50mm塑料泡沫板采用不短于100mm的长钉带30～50mm方垫，方垫采用胶皮自制，钉在冻土壁上，每块泡沫板不少于10颗长钉，相邻两块之间对头放置，做到接缝密合牢固然后再绑扎钢筋。
竖筋采用直螺纹套连接，环筋采用搭接方式连接，搭接长度￠20钢筋搭接长度不小于720mm；￠22钢筋搭接长度不小于792mm；￠25钢筋搭接长度不小于900mm；同一截面钢筋搭接面积不得大于钢筋总面积的25%，并应均匀分布。
钢筋绑扎间排距为300mm×300mm，每个接头扎丝不少于3道。
钢筋保护层厚度：
外壁外缘环筋为100mm（以环筋中心为准），钢筋绑扎完成后在竖筋下部铺一层厚100mm的砂，用于下一段高的直螺纹连接。
5.2.2采用金属整体液压活动模板浇筑砼，由地面3台JZ型稳车悬吊整体液压模板，按中心线找平找正后浇筑砼。
5.3、支护
井筒支护形式为钢筋砼，模板采用金属整体液压活动模板，有效段高4.0ｍ。
将分灰器在二层吊盘上固定好，砼由底卸式吊桶下至井下工作平台分灰器，吊盘下使用溜灰管将砼直接溜送到模板内，实行分层对称浇注，层高300mm，入模砼采用插入式风动震动棒振捣密实，井筒外壁砼强度等级为C40—C50。
5.4、工艺流程
冻土挖掘---测量规格---稳牢找平刃脚---铺泡沫板---绑扎钢筋---脱模找正---浇筑砼---封口---清理打灰工具---转入下道工艺。
5.5、施工循环作业表
井筒冻结表土段掘砌循环图表
班别
工序名称
工时
时间（小时）
时
分
1
2
3
4
5
6
掘
一
班
交接班
10
掘进工器具准备
10
掘进（净径2.0m）
4
50
掘
二
班
交接班
10
掘进（刷帮）
3
0
全断面掘至2.7m
2
30
掘
三
班
交接班
10
全断面掘至4.0m找平
4
50
掘进工器具收回
10
砌
壁
班
交接班
10
铺泡沫板扎筋回填刃脚
1
40
脱模立模
40
打灰
3
30
说明：
一个循环22h，循环成井4.0m。
根据表土性质和冻土进荒径量，控制循环时间为21-23h。
六、膨胀粘土施工方法及措施
根据井筒检查孔资料，祁南矿北风井表土段厚度为292m，主要由粘土、砂质粘土、含砾粘土或细砂层组成。
粘性土层占总厚度比例超过30%，主要由砂质粘土、含砾砂质粘土、粘土组成，且具有一定的膨胀性。
根据膨胀粘土层的实际情况可以采取缩小段高、加厚铺设泡沫塑料板、控制循环时间、组织快速施工、采用高强度、高性能砼提高砼强度、加强冻结等措施，以确保顺利通过。
1.根据表土层的特点选择合适的掘砌段高
外壁施工到膨胀粘土层时，采用整体金属下行钢模板砌壁，模板段高4.0m，可以根据需要使用装配式模板（段高1.5m）确保外壁掘砌安全。
这样可以把安全和速度两个施工要素有机地结合起来。
2.加大井壁与围岩之间的释压空间
通过加厚铺设泡沫塑料板来实现缓冲释放混凝土强度未上来之前的冻土初始压力。
3.加强组织管理
实行专业工种“滚班制”作业，定班、定量完成任务，同时每个班再进行定岗、定人、定位分工。
通过明确分工和奖罚制度，可以充分调动整个施工队伍的积极性，实现精心组织、快速施工。
4.加强设备管理
对绞车、挖掘机设专职人员检修与维修，做到经常注油、经常保养、经常检查提高生产效率，缩短循环时间，保证施工安全。
5.控制循环时间
压缩循环时间以缩短井帮暴露时间，是安全通过膨胀粘土层的措施之一。
6.确保混凝土强度
新西风井井筒冻结段内、外层井壁混凝土设计均为高强、高性能砼，必须对原材料的质量进行严格把关，同时应提前在有资质的砼质量检测中心站做好配合比试验，并经现场工业性试验合格后，方可正式投入使用。
使用过程中采用多种手段及时监测和检测混凝土的强度等力学指标，实现动态调整混凝土配合比，确保井壁安全。
7.冻结段施工，与冻结单位互相配合，确保安全条件下满足快速施工要求，选择合理的冻结井壁温度参数，控制在-6～-8℃之间，满足施工要求。
七、施工辅助系统
7.1提升
①凿井井架。
使用ⅣG型凿井井架。
②提升绞车。
主提绞车型号JKZ-3.2×3.0。
③提升钢丝绳。
主提选择18×7+FC－38型钢丝绳。
7.2压风系统
地面设集中压风站将风供至井口。
安设2台LGDF/095-43m3压风机和一台LGDF/015-20m3压风机，通过一趟Ф159×4.5mm无缝钢管作为压风管向井下供风，供风能力100m3/min。
井口附近设油水分离器。
7.3供电、通讯、信号、照明
7.3.1供电
井筒掘砌期间，工业广场内由建设单位提供电源，在风井口附近建6KV临时变电站。
将6KV电压分别供给提升绞车、压风机等高压设备。
另安装800KVA/6KV/0.4KV变压器2台，供给各低压用电设备。
7.3.2通讯
为便于施工中的通讯联络，设一套井下与地面信号、调度、专用防爆电话，井下可以直接打到井口、绞车房、调度室、各值班室。
设置两套KTT10本安型扩音对讲电话兼本安信号系统，井下与井口及绞车可以直接通话，井上下可直接对话或者传输信号，防止井下突然停电信号中断，这样即使井下停电，人员也可以安全升井。
7.3.3信号
凿井期间，设独立信号系统，井筒悬吊一趟MVV22-10×2.5电缆作为井上、下信号联系，电缆附在吊盘绳上。
井上、下联系方式为：
井口信号房、井底和吊盘在信号电缆上单独设打点器互相传送，同时以声光显示。
井底和井口均配DX-1型声光信号通讯装置，可以同时发送信号和进行通话。
井口信号房与绞车房之间设独立的信号，在提升绞车深度指示器上设行程开关，当吊桶提到距井口60m位置时，信号灯在井口信号房显示，通知井口信号工及时把井盖门打开。
并在绞车房、井口信号房配备监视电视系统，另设一趟直通电话。
7.3.4照明
井筒内敷设MY3×10+1×4照明电缆，供电电压127v，吊盘上、中、下层盘各设两盏矿用防水灯，吊盘下层盘下方设DGC175/127防爆投射灯两盏。
井口用碘钨灯照明。
盘面上活动的导线加胶质套管以防漏电。
7.4排矸
井筒内矸石将采用3.2m主提升绞车利用两个4m3吊桶提升到地面翻入溜矸槽内到地面，使用铲车配合自卸汽车排矸到矸石指定堆放场地。
7.5通风
均采用压入式通风方式，选用FBDNo6.0型（2×30kw）矿用防爆对旋轴流凿井专用风机配一路Φ800mm的带钢骨强力胶质风筒向井下供风。
附：
井筒施工通风设备选型计算
祁南风井深度为396m，穿过4层煤，局部通风机设在距井口20m以外处，井口处有一90°拐弯，选用Ф800mm胶质风筒向井下压入新鲜空气。
1、井筒掘进工作面所需风量计算：
1）按工作面同时工作的最多人数计算
Q=4N=4×20=80m3/min。
Q为工作面风量，m3/min；
N为工作面同时最多人数，取20。
2）按工作面爆破排除炮烟计算
Q=7.8/t×3√A（SL）2k/p2
式中Q-----工作面所需风量，m3/min
A-----同时爆炸最大药量，311kg
S-----井巷净断面积，23.75m2
L-----稀释长度，取400m
k-----淋水系数，取0.3
t-----通风时间，取40min
p-----漏风系数，取1.09
P=1/（1-LP100/100）=1/（1-400×0.02/100）=1.09；
L——从风机出风口到工作面风筒出风口的总长度，400m；
P100——百米漏风率，取0.02。
代入上式得Q=374.56m3/min
3）按风速计算：
井筒施工过程中，井筒正常掘砌最低风速取0.15m/s，穿过煤线或煤层时最低风速取0.25m/s，最高风速取4m/s
Qmax=4S×60=4×23.75×60=5700m3/min。
Qmin岩=0.15S×60=0.15×23.75×60=213.75m3/min。
Qmin煤=0.25S×60=0.25×23.75×60=356.25m3/min。
根据上面的计算得出，井筒施工所需的风量Q掘按374.56m3/min。
2、局部通风机选型计算：
1）局部通风机工作风量计算
Q扇=Q掘×P，m3/min
Q扇——局部通风机工作风量，m3/min；
P——局部通风机井筒风筒漏风系数，P=1/（1-nL接），
n——风筒接头数（柔性风筒），n取5；
L接——一个接头漏风率，反压边连接时，L接=0.002
Q扇=Q掘×1/（1-nL）
=374.56×1/（1-5×0.002）=378.3m3/min
3、局部通风机风压计算：
1）风阻计算：
局部通风机风筒的风阻包括：
风筒沿程的摩擦风阻，接头、转弯、入口变形、异径等处的局部风阻及出口风流动压损失造成的出口风阻等三部分。
井深396m，考虑到局扇至井口及拐弯，风筒全长按420m计算，采用Ф800mm胶质风筒，每节长度为10m。
、沿程摩擦风阻：
Rm=6.5（αL/d5）；
、局部风阻：
Rz=n1ξ{γ/（2gs2）}+n2ξ{γ/（2gs2）}；
、出口风阻：
Rc=0.818γ/（gd4）；
α为胶质风筒的摩擦阻力系数，取0.0032Pa·s2/m2；
L为风筒总长，取420m；d为风筒直径，取0.8m；
n1为风筒接头个数，取5；n2为风筒转弯个数，取2；
ξ为风筒局部阻力系数，转弯取0.1，入口取0.6，异径接头取0.06；
γ为空气相对密度取1.2kg/m3；g重力加速度，9.81m/s2；
s为风筒断面积，取0.28m2；
Rm=6.5×0.0032×420÷0.65=112.35Pa·s2/m6
Rz=5×0.06×1.2÷（2×9.81×0.285）+2×0.06×1.2÷（2×9.81×0.285）=10.66+4.26=14.92Pa·s2/m6；
Rc=0.818×1.2÷（9.81×0.64）=0.77Pa·s2/m6;
R总=Rm+Rz+Rc=112.35+14.92+0.77=128.04Pa·S2/m6。
2）局扇工作风压计算：
hft=R总×Q扇×Q掘；
R总——压入式风筒的总风阻，N.S2/m8，hft——压入式局部通风机全风压，Pa；
hft=R总×Q扇×Q掘=128.04×378.3×374.56/（60×60）=5040Pa
3）风机选型：
通过计算，可选择FBD№6.0/2×30型矿用防爆压入式对旋轴流局部通风机，其主要参数如下：
功率：
2×30kw
工作风量：
400-610m3/min
工作风压：
900-6280Pa。
7.6吊盘与模板
呆盘采用钢结构两层吊盘，基本直径5300mm，盘间距4.0m。
上层盘为保护盘并放置水箱，下层盘为工作盘和浇筑砼卸灰盘，同时放置水泵。
为保证吊盘的稳定性，在上、下层盘均设稳定装置。
考虑伞钻的上、下提升，喇叭口采用不规则形状。
模板：
外壁采用4.0m段高的下行液压装配式金属模板，使用3台JZ型稳车进行悬吊，悬吊钢丝绳为7×18+FC－28型3根
7.7井壁吊挂
为增大提升安全，将压风管、供水管沿井壁固定，施工时应注意以下几点：
①井壁固定管路均从封口盘面以下引出井外，双层井壁冻结段外壁施工时，仅下一趟胶质风筒、一趟供水管和一趟压风管路，其余管路在冻结段套内壁结束后同时沿内壁固定。
②每节风筒及所有管路长度均定为9m，每接长一次至少要设固定锚杆卡子一付。
压风、排水管路采用高压法兰联接，要确保连接质量，不得有漏水、漏风现象，下井管路一定要保持垂直。
③固定锚杆采用螺旋型树脂锚杆，锚固长度（孔深）300mm，锚杆孔施工时要限长，防止穿透井壁砼。
压风管和排水管除采用正常树脂锚杆固定以外，均按以下规定位置设置管子托座：
压风管每100m设一个，排水管每50m设一个，每个托座用4根树脂锚杆固定。
锚杆根部的垫板，在安装时一定要紧贴井壁，有间隙时必须用树脂胶泥垫实，以确保锚杆的抗弯强度。
抗弯导板在固定锚杆时，一定铅垂向下，以保证固定卡子能水平抱紧管路。
冻结段施工主要机械化配套设备
序号
设备名称
型号及规格
单位
数量
备注
1
凿井井架
ⅣG型
座
1
2
主提升机
JKZ－3.2/3.0
台
1
3
挖掘机
30型
台
1
4
中心回转装岩机
HZ－6A
台
1
5
矸石吊桶
4.0m3
个
2
6
底卸式吊桶
DX－2.0
个
2
7
外壁模板
金属液压组合模板
套
1
可变径
8
吊盘
二层金属式
座
1
八、施工技术管理、安全质量管理
8.1、测量
8.1.1、中心线控制
从地面十字线交点用自制双闸手摇小绞车下放中心线，钢丝选用2.0mm炭素弹簧钢丝；中心线上下井时要挂砂袋。
测定井中时，钢丝下端悬挂重砣，在施工中测量人员应经常检查中心线，发现偏移后应立即纠正。
8.1.2、标高控制
利用矿方提供的地面水准基点，按要求导至井筒基点上，通过基点用比长钢尺向井筒内导入标高。
8.1.3、中心线复测管理
井筒中心线由专人负责管理
升级会员 