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    科學技術論文

    受限場地內近距離雙立井井筒鑿井施工設施布置設計

    時間:2020年03月05日 所屬分類:科學技術論文 點擊次數:

    摘要:立井井筒施工生產臨建設施布置是鑿井施工組織設計工作的重要內容;要保證鑿井設施、設備在井筒斷面內布置合理,與井筒施工、生產能力匹配合理,與井巷二期工程銜接有序。而要實現這一要求,必須結合場地條件、場地永久設施布置進行設計。結合工程實例,

      摘要:立井井筒施工生產臨建設施布置是鑿井施工組織設計工作的重要內容;要保證鑿井設施、設備在井筒斷面內布置合理,與井筒施工、生產能力匹配合理,與井巷二期工程銜接有序。而要實現這一要求,必須結合場地條件、場地永久設施布置進行設計。結合工程實例,對受限場地條件下的雙立井井筒鑿井施工設計問題提出了解決辦法,可供類似工程參考。

      關鍵詞:受限場地;立井井筒;設施布置;有序銜接

    建井技術

      施工技術論文投稿刊物:《建井技術》讀者對象為從事礦山建設和巖土工程建設的科研、設計、教學、施工、監理的技術人員、技術工人、管理干部及院校師生。報道的主要內容為:礦山建設中的礦建、土建、機電安裝工程技術;生產礦山基建工程技術;項目管理及監理;城市地鐵、隧道、道橋、地基等巖土工程技術(重點為地下特殊施工技術);企業經營管理先進經驗。

      里必煤礦隸屬山西中煤華晉能源有限責任公司,設計生產能力4.0Mt/a,服務年限97.4a,屬于煤與瓦斯突出礦井。礦井共布置4個井筒,包括位于主工業場地的主斜井、副立井和位于馬邑溝風井場地的回風立井、進風立井。風井場地內,永久土建設施空間利用率高,場區內原始地形為山體坡地。礦井投產前,井巷工程量預計為4.9萬m;依據礦井建設總體排隊,約60%的工程需要風井區的井筒承擔提升任務。因此在井筒設計階段,解決好場地限制問題,并考慮與二期工程的有序銜接,就顯得十分重要。

      1風井區設計概況

      (1)風井區場地設施

      馬邑溝風井區場地內永久土建建筑包括:110kV變電站、綜合水處理間及水池、主要通風機房及風道、進風立井提升機房、空壓機站、矸石棧橋、矸石倉、燃氣鍋爐房、瓦斯抽采泵站等。

      (2)井筒進風立井直徑8.5m,井深582.5m,井筒內永久設施包括4m3箕斗2部,梯子間1部,排水、壓氣、消防等管路共6趟,以及動力電纜、通信和監測電纜等;仫L立井直徑8.5m,井深564.5m,井筒內永久設施包括ϕ1016mm瓦斯抽采管路4趟、梯子間1部。井筒永久鎖口段設計有安全出口、瓦斯抽采管路通道口和風硐。進、回風立井兩井筒均采用普通法鑿井。

      2場地對鑿井設施的限制性條件分析

      (1)場地面積偏小,且填方區域占比過大

      馬邑溝風井區場地占地面積約為4.1萬m2,場地自然標高為+862~+825m,永久設計標高為+839~+837m,屬山地地貌。場地北部屬山體開挖部位,南部為回填區域,邊界最大回填高度20m左右;仫L立井向東22m左右是進風立井副提升機房,向東68m處是進風立井;向南60m左右是回填區邊坡;向西30m處是排水溝,緊挨著排水溝的是場地以外的山坡;向北44m處是永久通風機房的風門間,風道直接連接回風立井,而且回風立井大巷方向為北偏西11°,使得提升機布置空間更為有限。

      (2)永久建筑設施多,且大部分需盡早投運

      場地西側的瓦斯抽采泵站占地面積約1.1萬m2,為一獨立建筑,需早日開工建設;在鑿井設施布置時,需考慮這一因素;仫L立井北側的風道、風門間、主要通風機房在二期工程施工期間,如果能夠完成土建及安裝工程施工,則可以考慮先不安裝臨時主要通風機,但可占用的時間也不宜過久;南側的燃氣鍋爐房在井筒到底后,就需進行施工,以保證兩井筒貫通后,冬季空氣加熱系統能投入使用。進風立井北側的綜合水處理間及相應配套設施,工程量較大,需早日形成,以便達標排放廢水;東北側的110kV變電站在場地“四通一平”完成后,就需要開始建設,以實現永久供電系統早日投入使用。進、回風立井的鑿井提升機和鑿井絞車設施,必須在綜合考慮上述限制條件的基礎上,按照空間避讓、時間避讓的原則,進行布置。

      3鑿井設計考慮的重點因素

      (1)提升能力提升能力是立井井筒施工速度的基本保證。鑿井設計中,需要按照滿足月施工進度的要求,進行提升機和吊桶選型。(2)提升偏角由于場地受限,特別是回風立井可利用的場地有限,而井筒內大部分設施、設備都是采用鋼絲繩懸吊,提升機和鑿井絞車升降;因此在提升機和鑿井絞車布置時,需要考慮使繩偏角和出繩仰角符合規定。(3)防災能力里必煤礦為煤與瓦斯突出礦井,井筒施工過程中,需要揭穿多層煤。其中的3號煤層,厚度6.75m,原煤空氣干燥基甲烷(CH4)含量為11.69~19.93mL/g,平均為15.81mL/g。

      井筒采用普通法鑿井,穿過第四系沖積層和二疊系上下石盒子組、山西組以及石炭系太原組巖層,大約有10層含水層。鑿井懸吊系統設計時,要考慮布置相應的瓦斯抽采管路、排水管路,以實現對瓦斯、水的快速有效治理。(4)二期工程施工銜接二期工程主要依靠風井區展開,回風立井、進風立井到底后,均需進行臨時改絞。因此,在鑿井設計階段,需考慮兩方面銜接:一是提升機選型,按照同時滿足井筒施工和二期工程施工需要設計;二是臨時變電所、臨時空壓機房位置不宜占用永久建筑位置[1],系統能力滿足整個井巷施工期需要。鑿井設施布置兼顧到上述因素后,當轉入二期工程施工時,提升、供電、壓氣等系統便可不必考慮重新安裝設備、構建廠房等問題。

      4鑿井設計方案

      4.1場地平面布置

      回風立井、進風立井鑿井臨時設施設計總體方案如下:一是提升機和鑿井絞車方位和井筒與井底車場連接處大巷方位一致,以滿足臨時改絞對提升方位的要求。提升機和鑿井絞車距離井筒中心線的距離根據場地條件及永久設施布置[2],進行優化。二是考慮回填區域地基可能存在不穩定性,并且回風立井南側提升機布置的最佳位置設計有燃氣鍋爐房,所以將回風立井提升機均布置在井筒北側,以避免不良地基所帶來的風險,并為永久設施早日開工創造條件。三是臨時變電所、臨時空壓機房布置避開了永久設施位置,以實現井筒轉入二期工程施工后,不需挪移和重復建設。四是規劃好場地內的臨時道路,以滿足施工過程中的運輸需要。同時將回風立井2臺提升機均布置在北側,井架南側不進行翻矸,為瓦斯抽采泵站施工運輸創造了條件。

      4.2機械化作業線

      回風立井、進風立井施工均采用Ⅴ型鑿井井架,井架基礎加高1.5m,在+27.964m位置布置天輪平臺,在+11.600m位置布置翻矸平臺;布置2個矸石溜槽,配備座鉤式自動翻矸裝置[3],矸石落地后,鏟車裝運,配合翻矸汽車排矸。鑿巖選用XFJD􀆼6.11型傘形鉆架;裝巖采用HZ􀆼6型中心回轉式抓巖機[4],配用CX75型挖掘機;砌壁采用整體移動式金屬模板。2個井筒內均各布置ϕ159mm壓氣管路1趟、ϕ57mm供水管路1趟、ϕ108mm排水管路1趟、ϕ426mm瓦斯抽采管路1趟、ϕ1000mm強力風筒2趟。

      施工用吊盤、模板、抓巖機、壓氣管路、供水管路、排水管路、瓦斯抽采管路和放炮電纜、安全梯,均采用鋼絲繩懸吊;仫L立井采用2套獨立的單鉤吊桶提升。主提選用1臺JKZ􀆼4.0×3/21.7型提升機,配5m3矸石吊桶、3m3底卸式吊桶;副提選用1臺JKZ􀆼2.8×2.2型提升機,配3m3矸石吊桶、2.4m3底卸式吊桶。主提升機在井筒臨時改絞時,繼續使用。進風立井也采用2套獨立的單鉤吊桶提升。主提選用1臺2JK􀆼4.0×1.8/15.6型提升機,配5m3矸石吊桶、3m3底卸式吊桶;副提選用1臺2JK􀆼3.5×2.1/20E型提升機,配3m3矸石吊桶、2.4m3底卸式吊桶。主、副提升機在臨時改絞時,繼續使用。兩井筒機械化作業線配置均可滿足月成井120m的鑿井速度需求。

      4.3銜接二期工程井筒臨時改絞方案

      井筒與二期工程改絞銜接考慮的因素,一是提升方位問題,二是提升機布置位置問題,三是提升能力問題。具體采用了以下方案:一是在提升方位確定時,按照井架中心線和井筒與井底車場連接處中心線方位一致的原則設計;仫L立井因風硐與井架基礎平面位置重疊,建議設計單位在進行風硐設計時,考慮井架荷載作用于風硐的因素,提高風硐支護強度,確保風硐安全。二是因場地受限嚴重,進風立井主提升機布置在東側,即矸石棧橋一側。該設施在4個井筒貫通后,在主斜井運輸時施工,所以不影響主提升機在改絞時的繼續使用;回風立井留作臨時改絞的提升機布置在風道與風門之間的空白區域,井筒到底后,可進行風道、風門間和主通風機房施工。三是二期工程施工計劃采用無軌化運輸,即采用帶式輸送機運輸煤矸,膠輪車運輸材料[5]。

      該方案效率高,安全性好。進風立井臨時改絞安裝1對11t箕斗、1對雙層單車罐籠,在具備矸石運輸能力的同時,具備上下人和下放小型材料的能力;仫L立井臨時改絞期間,將永久瓦斯抽采管路安裝完畢,再安裝1部寬罐籠,下放膠輪車和大型材料設備。2個立井提升機選型時,均考慮了二期工程提升荷載(大于立井施工提升荷載)。為此,在井筒臨時改絞時,提升機可在原位置,繼續使用。

      5結語

      (1)立井井筒鑿井施工系統設計,提升能力是保證施工速度的基礎。同時要根據礦井水文、瓦斯地質情況,做好排水系統、瓦斯抽采系統設計,以提高防治水、防治瓦斯的能力。(2)回風立井將2臺提升機布置在井筒一側,“三盤兩臺”設計相對繁瑣;但對于場地長度受限,并且可能存在不良地基的情況,是行之有效的設計方法。(3)在場地受限、需要進行臨時改絞的井筒設計時,要結合井筒施工和二期工程施工兩階段的需要,進行提升機選型;同時在確保每個階段提升能力的情況下,要盡量避免設施重建,進而避免時間和費用投入。(4)目前,馬邑溝進風立井已經成井140多m;回風立井的井架、天輪平臺、翻矸系統已經安裝完成,主、副提升機正在安裝調試當中;各項工作進展均比較順利,且均達到預期效果。本工程鑿井施工設施布置方式,可給類似工程設計和施工提供參考。

      參考文獻:

      [1]賈希林,孫清華,侯勝龍,等.立井井筒鑿井設備布置優化設計[J].建井技術,2005,26(6):36􀆼37.

      [2]崔云龍.簡明建井工程手冊(上冊)[M].北京:煤炭工業出版社,2003.

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