超深厚沖積層凍結(jié)井筒施工技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)分析

閆海

山西冀能青龍煤業(yè)有限公司，中國(guó)·山西 太原 030000

1 引言

論文針對(duì)超深厚沖積層凍結(jié)井筒施工技術(shù)進(jìn)行分析，以中國(guó)山西冀能青龍煤業(yè)有限公司實(shí)際工程為例，通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段的開(kāi)挖時(shí)機(jī)、安全掘砌高度和施工技術(shù)進(jìn)行研究，旨在攻克沖積層凍結(jié)井筒支護(hù)施工的技術(shù)難題，對(duì)礦業(yè)開(kāi)采工程的順利進(jìn)行具有重要意義。

2 工程概況

山西冀能青龍煤業(yè)有限公司主井井筒沖積層厚度為500m 左右，屬于超深厚沖積層，且新近系黏土層含量大，單層厚度較厚。根據(jù)井筒檢查孔資料，該礦井沖積層深厚，煤層與沖積層下部含水層距離近，煤層與沖積層下部含水層會(huì)有水力聯(lián)系。礦井建成后，沖積層含水層水與采空區(qū)導(dǎo)通將導(dǎo)致沖積層沉降，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)井壁產(chǎn)生豎向附加力，對(duì)井壁產(chǎn)生一定的危害。因此，為避免礦井作業(yè)中產(chǎn)生安全問(wèn)題，可以采用沖積層凍結(jié)井筒施工技術(shù)，以此來(lái)強(qiáng)化井筒周?chē)刭|(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3 凍結(jié)井筒掘進(jìn)技術(shù)

3.1 明確開(kāi)挖時(shí)間

在進(jìn)行凍結(jié)井筒掘進(jìn)技術(shù)時(shí)，要明確開(kāi)挖時(shí)間合理與否，對(duì)凍結(jié)井筒的施工安全具有深遠(yuǎn)影響。如果開(kāi)挖時(shí)機(jī)選擇過(guò)早，則無(wú)法處理淺部地層出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)深部地層凍結(jié)區(qū)域也無(wú)法滿足凍結(jié)井桶的工藝要求，這樣便會(huì)影響到井筒整體穩(wěn)定性，甚至?xí)霈F(xiàn)井筒內(nèi)部溫度變化較大的情況，這樣會(huì)加大整體掘進(jìn)難度，使施工速度大幅度降低。如果開(kāi)挖時(shí)間過(guò)晚，則無(wú)法保證凍結(jié)井筒掘進(jìn)的內(nèi)部溫度，會(huì)影響到后期的挖掘循環(huán)時(shí)間，無(wú)法保證施工資源的損耗情況[1]。

3.2 測(cè)算井筒內(nèi)部溫度

對(duì)井筒內(nèi)部的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫曲線進(jìn)行推算，這樣可以結(jié)合現(xiàn)階段井桶內(nèi)部的凍結(jié)壁溫度，對(duì)其變化幅度進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，以此掌握凍結(jié)壁內(nèi)的平均溫度。在井筒施工中，根據(jù)溫度資料以及分析預(yù)測(cè)結(jié)果，可以將外圈孔、中圈孔、內(nèi)圈孔，以及井筒內(nèi)部等的溫度情況進(jìn)行匯總分析，并且對(duì)平均溫度進(jìn)行計(jì)算，保證其始終大于設(shè)計(jì)值，這樣可以滿足安全施工要求[2]。

3.3 安全掘砌段高

對(duì)安全掘砌的段高情況進(jìn)行確定，根據(jù)中國(guó)近年來(lái)深厚沖擊層凍結(jié)井筒的凍結(jié)壁變形要求，將凍結(jié)壁內(nèi)表面允許變形值控制到50mm 以?xún)?nèi)，以此作為凍結(jié)壁控制變形的唯一條件。制定相關(guān)的施工技術(shù)工藝，在施工過(guò)程中還要明確控制凍結(jié)壁的變形情況以及內(nèi)部位移情況，防止凍結(jié)壁變形過(guò)大，對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成影響。同時(shí)還要避免凍結(jié)管斷裂，無(wú)法維持下部冷凍情況，這樣也會(huì)影響到施工安全質(zhì)量與整體進(jìn)度。因此，要根據(jù)凍結(jié)壁的厚度情況以及凍結(jié)管的使用情況，確定礦井主井沖積層安全掘砌段高與暴露時(shí)間[3]。

4 沖積層凍結(jié)井筒施工技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

4.1 混凝土配置技術(shù)

在確定凍結(jié)井筒掘進(jìn)技術(shù)之后，還要保證各項(xiàng)沖積層凍結(jié)井筒施工技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)，由于井壁面臨較大的環(huán)境壓力，需要對(duì)厚度與混凝土強(qiáng)度進(jìn)行嚴(yán)格管控?？梢赃x擇C45～C70之間的高強(qiáng)高性能混凝土，并將其應(yīng)用到深厚沖積層凍結(jié)井筒施工中，以此加強(qiáng)井筒內(nèi)部的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，由于高強(qiáng)度鋼筋，具有抗彎、抗拉、阻裂等性能優(yōu)勢(shì)，因此可以選擇此類(lèi)施工材料來(lái)完成沖積層凍結(jié)井筒的施工。在選擇石子時(shí)，應(yīng)該以供應(yīng)地與施工地點(diǎn)較近的場(chǎng)地為主，配置時(shí)將石灰?guī)r碎石篩分成5～10mm 的級(jí)配，以及粒徑為10mm 的石子兩種規(guī)模。在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，主要以C60 與C70 兩種混凝土強(qiáng)度等級(jí)為主，并且對(duì)水泥標(biāo)號(hào)、塌落度、碎石最大粒徑、每立方米配合比的數(shù)量進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體如表1所示。

表1 混凝土配合比情況（質(zhì)量/kg）

4.2 井筒各段混凝土使用情況

4.2.1 鎖口段

主井鎖口段長(zhǎng)度為7m，鑿井階段采用磚砌臨時(shí)鎖口，厚度500mm。

4.2.2 正常段井壁

-7～-200m 段，采用用雙層鋼筋混凝土井壁結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁厚度為450mm，外壁厚度為350mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C45。外壁與凍結(jié)壁之間設(shè)置75mm 厚聚苯乙烯泡沫塑料板，內(nèi)壁與外壁之間設(shè)置雙層聚乙烯塑料薄板2×1.5mm。

-200～-400m，采用雙層鋼筋混凝土井壁結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁厚度為750mm，外壁厚度600mm，混凝強(qiáng)度等級(jí)為C60。外壁與凍結(jié)壁之間設(shè)置75mm 厚聚苯乙烯泡沫塑料板，內(nèi)壁與外壁之間設(shè)置雙層聚乙烯塑料薄板2×1.5mm。

-400～-505m 段，采用雙層鋼筋混凝土井壁結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁厚度為850mm，外壁厚度700mm，混凝強(qiáng)度等級(jí)為C70。外壁與凍結(jié)壁之間設(shè)置75mm 厚聚苯乙烯泡沫塑料板，內(nèi)壁與外壁之間設(shè)置雙層聚乙烯塑料薄板2×1.5mm。

-505～-515m 段，采用鋼筋混凝土井壁，為整體澆筑段，井壁厚度為1550mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C70。

4.3 混凝土輸送技術(shù)

在施工過(guò)程中還要保證混凝土的輸送環(huán)節(jié)，在傳統(tǒng)的混凝土輸送中，由于人工推車(chē)到井口井欄的距離較遠(yuǎn)，這種循環(huán)往復(fù)的輸送方式，不僅環(huán)節(jié)較多，而且混凝土運(yùn)輸時(shí)間較長(zhǎng)，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，可以采用全新的螺旋輸送機(jī)進(jìn)行混凝土輸送，不僅可以解決傳統(tǒng)輸送問(wèn)題，而且在輸送過(guò)程中能夠?qū)炷吝M(jìn)行二次攪拌，防止內(nèi)部鋼纖維性能降低。這樣不僅能夠提升沖積層凍結(jié)井筒內(nèi)部的混凝土施工質(zhì)量，而且能夠大幅度提升作業(yè)效率。

4.4 分灰入模技術(shù)工藝

為保證超深厚沖擊層凍結(jié)井筒的施工技術(shù)，還要針對(duì)傳統(tǒng)的分灰器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，對(duì)吊盤(pán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行革新，將移動(dòng)式分灰器改造為固定式分灰器，將固定式分灰器的投料池設(shè)置在中層盤(pán)，而中層盤(pán)至下層盤(pán)安裝分灰鋼管，這樣可以省去分灰裝置上下井的時(shí)間，縮短整體的循環(huán)時(shí)間，以降低施工成本。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著礦井工程項(xiàng)目施工質(zhì)量的不斷提升，必須針對(duì)傳統(tǒng)的施工技術(shù)與施工材料進(jìn)行優(yōu)化革新，尤其是超深厚沖積層凍結(jié)井筒施工項(xiàng)目，要根據(jù)工程實(shí)際情況，明確開(kāi)挖時(shí)間與內(nèi)部溫度。論文對(duì)沖積層凍結(jié)井筒施工技術(shù)展開(kāi)研究，首先對(duì)工程案例進(jìn)行介紹；其次提出凍結(jié)井筒掘進(jìn)技術(shù)的具體措施；最后對(duì)具體工藝進(jìn)行闡述，將混凝土配置技術(shù)、混凝土輸送技術(shù)、分灰入模技術(shù)工藝等相結(jié)合，這種全新的施工技術(shù)可以縮短循環(huán)時(shí)間，降低施工成本，保證礦井工程項(xiàng)目的穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)。