張集礦鉆井法施工超大直徑井立井井筒井壁預(yù)制施工實(shí)踐

張集礦鉆井法施工超大直徑井立井井筒
井壁預(yù)制施工實(shí)踐

摘要本文介紹了中煤特鑿公司在張集礦風(fēng)井區(qū)鉆井法預(yù)制立井井筒超大直徑、高標(biāo)號(hào)混凝土井壁過(guò)程中，大膽革新技術(shù)、科學(xué)管理、果斷決策，成功地解決了用高強(qiáng)泵送混凝土預(yù)制井壁過(guò)程中堵管、氣孔多、爛根等技術(shù)難題，在張集礦風(fēng)井區(qū)井壁預(yù)制施工中取得顯著成效，有效保證井壁的質(zhì)量。
關(guān)鍵詞鉆井法、井壁預(yù)制、高強(qiáng)、泵送混凝土、堵管
1 工程概況
張集煤礦位于安徽省鳳臺(tái)縣境內(nèi)，一礦三區(qū)（中央?yún)^(qū)、北區(qū)、風(fēng)井區(qū)），年產(chǎn)量1000萬(wàn)噸（中央?yún)^(qū)600萬(wàn)噸，北區(qū)400萬(wàn)噸），是安徽省首個(gè)千萬(wàn)噸級(jí)大礦。正在建設(shè)中的風(fēng)井區(qū)設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)風(fēng)井和一個(gè)回風(fēng)井兩個(gè)井筒，兩井均采用鉆井法施工，深度分別為537.5和517.5m，其中回風(fēng)井采用鉆井法施工440沒(méi)，進(jìn)風(fēng)井采用鉆井法施工458m。兩井凈直徑分別為8.3m、7.2m，荒徑分別為9.6m和10.8m。兩井均為鋼筋混凝土和雙層鋼板復(fù)合井壁結(jié)構(gòu)，混凝土標(biāo)號(hào)為C30～C80。在地面預(yù)制井壁施工中，為加快施工進(jìn)度，保證井壁澆筑質(zhì)量，減少設(shè)備、人員投入和占地面積，兩井共用一個(gè)攪拌站，最遠(yuǎn)輸送距離150m，國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有C60～C80高標(biāo)號(hào)混凝土實(shí)現(xiàn)泵送的成功經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。為此，經(jīng)與安徽理工大學(xué)、合肥煤炭設(shè)計(jì)研究院合作，反復(fù)研究實(shí)驗(yàn)，在保證井壁設(shè)計(jì)的前提下，順利實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度混凝土的泵送連續(xù)澆筑。
2 井壁預(yù)制施工方案
2.1 井壁設(shè)計(jì)概況
按照合肥煤炭設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的張集煤礦風(fēng)井區(qū)進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井的鉆井井壁施工圖，回風(fēng)井設(shè)計(jì)105節(jié)井壁，其中鋼筋砼井壁62節(jié)，雙層鋼板復(fù)合井壁43節(jié)，井壁底1節(jié)，壁厚為750mm和550mm兩種；進(jìn)風(fēng)井設(shè)計(jì)138節(jié)，其中鋼筋砼井壁73節(jié)，雙層鋼板復(fù)合井壁64節(jié)，井壁底1節(jié)，壁厚為600mm、650mm和800mm。砼強(qiáng)度等級(jí)為C30、C40、C50、C60、C65、C70和C80。具體參數(shù)見(jiàn)下表。
表1：西回風(fēng)井井壁類型及參數(shù)表
井壁
類型井壁
結(jié)構(gòu) 節(jié)數(shù)
（節(jié)）節(jié)高
（m）壁厚
（mm）砼強(qiáng)度等級(jí) 鋼板厚度（mm）
內(nèi) 外
Ⅹ 鋼筋砼 15 5.0 550 C30
Ⅸ 鋼筋砼 5 5.0 550 C40
Ⅷ 鋼筋砼 6 5.0 550 C50
Ⅶ 鋼筋砼 27 4.0 750 C50
Ⅵ 鋼筋砼 8 4.0 750 C60
Ⅴ 雙層鋼板砼 18 3.8 750 C60 10 10
Ⅳ 雙層鋼板砼 23 3.8 750 C65 16 10
Ⅲ 雙層鋼板砼 1 4.0 550 C60 10 10
Ⅱ 雙層鋼板砼 1 3.7 550 C60 10 10
Ⅰ 鋼筋砼 1 4.75 550 C80

表1：西回風(fēng)井井壁類型及參數(shù)表
井壁
類型井壁
結(jié)構(gòu) 節(jié)數(shù)
（節(jié)）節(jié)高
（m）壁厚
（mm）砼強(qiáng)度等級(jí) 鋼板厚度（mm）
內(nèi) 外
Ⅺ 鋼筋砼 23 3.8 650 C30
Ⅹ 鋼筋砼 7 3.8 650 C40
Ⅸ 鋼筋砼 5 3.8 650 C50
Ⅷ 鋼筋砼 7 3.8 650 C60
Ⅶ 鋼筋砼 31 3.1 800 C60
Ⅵ 雙層鋼板砼 26 800 C60 10 10
Ⅴ 雙層鋼板砼 8 3.0 800 C65 10 10
Ⅳ 雙層鋼板砼 6 3.0 800 C65 16 10
Ⅲ 雙層鋼板砼 19 3.0 800 C65 20 16
Ⅱ 雙層鋼板砼 6 4.0 600 C65 10 10
Ⅰ 鋼筋砼 1 3.1 600 C70

2.2 井壁預(yù)制施工方案
井壁采用地面預(yù)制施工，即按照一定的工藝流程將各節(jié)井壁在相應(yīng)的基礎(chǔ)上（井壁底需要單獨(dú)挖地膜）施工后，再進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70％后漿其按照一定次序吊運(yùn)排放。
其工藝流程如下所示：
a、鋼筋砼井壁預(yù)制流程

b、雙層鋼板復(fù)合井壁流程

特點(diǎn)：井壁在地面預(yù)制，強(qiáng)度高，質(zhì)量好，速度快，使井筒滴水不漏。
3 井壁預(yù)制設(shè)備選用
3.1龍門(mén)吊機(jī)
根據(jù)圖紙要求，每節(jié)井壁的混凝土用量約70m3，最大重量達(dá)192t，選用80T、300T龍門(mén)吊機(jī)各一臺(tái)，200T龍門(mén)吊機(jī)2臺(tái)。80T龍門(mén)吊由河南礦山起重機(jī)有限公司制造，用于兩個(gè)井筒井壁上下法蘭盤(pán)、和鋼板筒的下料、組焊；200T龍門(mén)吊由淮南礦山機(jī)械長(zhǎng)制造，用于井壁下沉、吊運(yùn)井壁；300T龍門(mén)吊由上海永致機(jī)電設(shè)備有限公司制造，用于井壁澆灌、振搗和吊運(yùn)，門(mén)吊上有兩臺(tái)10T輔助電動(dòng)葫蘆用于吊掛外吊盤(pán)和安裝、拆除模板等動(dòng)作。龍門(mén)吊主要技術(shù)參數(shù)
名稱規(guī)格
（型號(hào)）軌距
m 主鉤額定起吊重量t 副鉤額定起吊重量t 輔助電葫蘆起重機(jī)
T 額定總功率
Kw
龍門(mén)吊 200t/12m 12 200 30 4臺(tái)×5T 120
龍門(mén)吊 300t-18m 18 300 30 2臺(tái)×10T 210
龍門(mén)吊 80t-18m 18 80 10 / 80
龍門(mén)吊 200t/10.7m 10.7 200 / 4臺(tái)×5T 100

3.2 砼攪拌站
井壁預(yù)制采用山東鑫路通建設(shè)機(jī)械集團(tuán)公司生產(chǎn)制造的HZS40型砼攪拌站，可進(jìn)行人工和電腦自動(dòng)化控制的自由轉(zhuǎn)換。配套主機(jī)為JS750型雙臥強(qiáng)制式攪拌機(jī)，并配備PL1200一字三斗型配料機(jī)一臺(tái)、SNC100水泥倉(cāng)三座（兩座裝水泥，一座裝粉煤灰）、LSJ20螺旋輸送機(jī)三臺(tái)、KR-H/B50B微機(jī)控制系統(tǒng)和水、水泥、外加劑計(jì)量裝置各一套。
3.3 砼輸送泵
兩臺(tái)HBT60G型輸送泵，一臺(tái)正常使用，一臺(tái)備用。
3.4 洗料設(shè)備
洗料設(shè)備選用500mm寬皮帶輸送機(jī)2臺(tái)、800mm寬皮帶輸送機(jī)2臺(tái)、洗砂機(jī)、洗渣機(jī)、裝在機(jī)各一臺(tái)。
4 高強(qiáng)混凝土泵送混凝土的配制
4.1 對(duì)泵送混凝土的要求
針對(duì)配制高強(qiáng)高性能泵送混凝土，加之預(yù)制的井壁要具有強(qiáng)度高、抗裂、防滲水等功能，配置高強(qiáng)泵送混凝土應(yīng)滿足以下要求：
（1）、膠體性好，配制的高性能混凝土在大塌落度下不分層離析，不泌水，使泵送混凝土出料時(shí)連續(xù)不間斷。
（2）、流動(dòng)性好，砼塌落度應(yīng)控制在16mm～20mm之間，塌落度過(guò)小，輸送泵打不動(dòng)，塌落度過(guò)大影響強(qiáng)度。
（3）、摩擦阻力小，嚴(yán)格控制粗骨料的針片狀含量，適當(dāng)摻加粉煤灰或磨細(xì)礦渣以降低摩擦阻力。
（4）、低水化熱，高耐久性。
（5）、防裂、抗?jié)B。
（6）、原材料來(lái)源廣泛，采集容易，配制簡(jiǎn)單。
4.2 高強(qiáng)泵送混凝土配比設(shè)計(jì)
經(jīng)過(guò)和安徽理工大學(xué)地下結(jié)構(gòu)工程研究所合作，對(duì)混凝土的配比進(jìn)行試驗(yàn)研究，做到既能滿足強(qiáng)度要求，又要具有流動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)泵送?；炷辆唧w配比如下表。
泵送混凝土配合比
Kg/m3
強(qiáng)度等級(jí) 水水泥砂石子外加劑粉煤灰
C30 175 PO42.5,320 800 1060 ZF-1,3.0 60
C40 170 PO42.5,370 730 1080 ZF-1,3.0 80
C50 161.2 PO42.5,450 672.1 1096.7 ZF-1,3.0 70
C60
C65 154 PO52.5，400 653.4 1112.6 6.5 130
回風(fēng)井鍋底設(shè)計(jì)為橢圓旋轉(zhuǎn)厚殼結(jié)構(gòu)，外半徑R達(dá)4488mm，而厚度只有550mm，應(yīng)力集中，為保證井壁下沉安全，確保萬(wàn)無(wú)一失，經(jīng)再次與安徽理工大學(xué)地下工程結(jié)構(gòu)研究所合作，研制C80高標(biāo)號(hào)混凝土，其配比如下：
C80配比
Kg/m3
水泥硅粉礦渣粉煤灰水砂碎石外加劑
400 40 80 80 132 601.3 1116.7 18
塌落度要求控制在160mm～180mm

5、質(zhì)量控制
混凝土的泵送質(zhì)量取決于混凝土的配比、外加劑的品種和摻量、外摻活性混合料的品種及用量、施工工藝、以及現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件等。為了保證高強(qiáng)混凝土的泵送質(zhì)量，我們采取以下措施：
(1)、控制水泥用量，采用優(yōu)質(zhì)高標(biāo)號(hào)水泥（C30～C50選用巢湖PO42.5普通水泥，C60～C80選用海螺PO52.5R普通水泥），并摻加高品質(zhì)超細(xì)活性混合料（淮南洛河電廠）——粉煤灰，可以提高混凝土的可泵性，粉煤灰還對(duì)混凝土拌合料和易性的改善有一定的好處，使泌水減少。
（2）、采用優(yōu)質(zhì)骨料，并適當(dāng)控制砂率。細(xì)骨料黃砂選用河南固始中粗砂，細(xì)度模數(shù)為2.5～2.8；粗骨料石子的選用，C30～C50選用淮南謝家集石灰?guī)rC50以上選用明光產(chǎn)的玄武巖，規(guī)格為5～31.5mm連續(xù)粒級(jí)。
（3）、制定專門(mén)的操作規(guī)程和施工安全技術(shù)措施，并嚴(yán)格按規(guī)程操作，按措施施工，特別是在保證攪拌時(shí)間、控制水灰比和管路沖洗等方面，必須嚴(yán)格實(shí)施才能保證泵送工作的萬(wàn)無(wú)一失。
（4）、實(shí)行甲方和監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)跟班制度，全程監(jiān)控泵送和振搗全過(guò)程，確保每節(jié)井壁過(guò)振、漏振導(dǎo)致井壁澆筑質(zhì)量。
6 效益
1、煤礦西回風(fēng)井和進(jìn)風(fēng)井井壁預(yù)制采用泵送高強(qiáng)度混凝土澆灌，簡(jiǎn)化了施工環(huán)節(jié)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，井壁澆筑時(shí)間由灌裝法每節(jié)8～10小時(shí)縮短到3.5～5小時(shí)。每節(jié)井壁出勤人員相比山東龍固礦井減少10人，效益顯著。
2、井壁質(zhì)量經(jīng)驗(yàn)收全部合格，杜絕了過(guò)去高強(qiáng)度混凝土澆筑產(chǎn)生的蜂窩、麻面、空洞、爛根等現(xiàn)象。
3、2007年6月計(jì)劃澆筑井壁20節(jié)，實(shí)際完成30節(jié)，打破同類井壁澆筑25節(jié)的記錄，為今后組織快速澆筑高強(qiáng)度混凝土井壁提供了參考，積累了經(jīng)驗(yàn)。

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