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以月度期望指標(biāo)驗算每班的矸石量，確定無軌斜井運(yùn)碴車的型號，通過無軌斜井運(yùn)碴車的后幫高度，結(jié)合電機(jī)滾筒的拋灑曲線，確定了第二運(yùn)輸機(jī)電機(jī)滾筒的高度。工程概況地質(zhì)及凍結(jié)方案，提出了掘進(jìn)120型扒渣機(jī)出渣配套無軌斜井運(yùn)碴車運(yùn)輸及斜井配套方案，分析了采用EBZ160綜掘機(jī)掘進(jìn)，翻新二手斜井扒渣機(jī)定制二運(yùn)皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)，無軌斜井運(yùn)碴車出矸，井下無靜電無火花切割機(jī)實施錨索、刮板安全不動火切割作業(yè)，內(nèi)、外壁采用滑模臺車，軌道式混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸混凝土到混凝土輸送泵澆筑采用該方案需要解決的諸多問題，然后針對這些問題，提出了有效的解決對策，最后給出了施工組織與進(jìn)度展示。以供同行們進(jìn)行參考借鑒。
1 工程概況
位于陜北侏羅紀(jì)煤田榆橫礦區(qū)東北部，榆溪河以西，無定河以北，古長城西北處。井田東距榆林市約20 km，井田面積231.1 km2，行政區(qū)劃隸屬榆林市榆陽區(qū)小紀(jì)汗鄉(xiāng)、巴拉素鎮(zhèn)及芹河鄉(xiāng)。由陜西中能煤田投資建設(shè)，西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司設(shè)計施工總承包。
煤礦采用立井+斜井混合開拓方式，中十冶承建副斜井井筒工程，該井筒技術(shù)參數(shù)如表1所示。
2 地質(zhì)及凍結(jié)方案簡介
由于副斜井井筒的靜水位為-1.5～ 1.8 m，根據(jù)業(yè)主提供的地質(zhì)報告顯示，井筒按原設(shè)計方案向前施工，第四系風(fēng)積沙厚度為99.8 m，井筒穿越強(qiáng)含水砂層長度超過1200 m，無論采用何種掘砌方案，成本均超控。按照多次專家會議論證，結(jié)合補(bǔ)勘資料，斜井井筒于里程點0+250.3 m處完成184°轉(zhuǎn)向，采用凍結(jié)方案進(jìn)入基巖段，第四系風(fēng)積沙厚度為65 m，凍結(jié)垂深為16.127～90.433 m，即基巖上平面距井筒荒頂板≥10 m，斜井凍結(jié)長度降至661.091 m。
凍結(jié)每40 m分為一段，每段設(shè)置封頭孔，共設(shè)置17排中排凍結(jié)管。井筒荒徑外側(cè)固定距離設(shè)置邊排孔，根據(jù)凍結(jié)深度、地下水的流速以及凍結(jié)開機(jī)至交圈時間的驗算，以控制掘砌開始時間。每排中孔分為3個，井筒荒徑內(nèi)均勻布置，主管除井筒荒斷面內(nèi)采用Φ133無縫鋼管，外側(cè)包裹保溫材料實行保溫凍結(jié)外，其余均采用Φ89無縫鋼管作為回路，采用內(nèi)嵌式PVC管作為去路。
每一段的荒徑以外、底板、頂板的有效凍結(jié)壁厚度分別為3.5 m、4 m、6 m。
3 掘進(jìn)及配套方案的提出
(1)采用7655鑿巖機(jī)普通鉆爆法掘進(jìn)，翻新二手斜井扒渣機(jī)出矸，無軌運(yùn)碴車運(yùn)輸出井，滿堂架支設(shè)碹胎，人工上料澆筑。
該方案為傳統(tǒng)方案，經(jīng)過初步驗算，月進(jìn)度為150～200m，造價投入低，鉆爆施工是目前效率最高、成本最低的快速唯一方案。
(2)采用EBH90雙滾筒綜掘機(jī)掘進(jìn)，鏟車出矸，滿堂架支設(shè)碹胎，人工上料澆筑。
經(jīng)過初步驗算，月進(jìn)度為90～120 m。由于凍結(jié)段斷面大，巖層變化大，硬度受限制，采用上述綜掘機(jī)掘進(jìn)時，縱向掘進(jìn)需要分臺階，橫向掘進(jìn)需要多次定位，并且在凍結(jié)段內(nèi)未設(shè)置調(diào)車硐室，掘進(jìn)及出矸效率極其低下。滿堂架支設(shè)碹胎，人工上料澆筑，安全得不到保證，工人勞動強(qiáng)度極大，效率極其低下，質(zhì)量得不到有效的控制，直接否決。
(3)采用EBZ160綜掘機(jī)掘進(jìn)，定制二運(yùn)轉(zhuǎn)載，無軌膠輪車出矸，內(nèi)、外壁采用滑模臺車，混凝土輸送泵澆筑采用該方案需要解決以下諸多問題：
①綜掘機(jī)的自重和凍結(jié)底板強(qiáng)度的匹配，和井筒內(nèi)底板已割除凍結(jié)管的覆壓問題；
②綜掘機(jī)對凍結(jié)管的擾動問題；
③控頂距的控制問題；
④掘進(jìn)、支護(hù)中的定向問題；
⑤定制轉(zhuǎn)載二運(yùn)的長度和段長的控制，以及機(jī)尾高度和無軌膠輪車的裝載匹配問題；
⑥內(nèi)壁墻部鋼筋對外模臺車的影響問題；
⑦內(nèi)、外模臺車門洞的預(yù)留規(guī)格問題，需滿足轉(zhuǎn)載二運(yùn)和無軌膠輪車的運(yùn)行問題；
⑧內(nèi)、外模臺車的距離控制，以及混凝土輸送泵的距離控制問題；
⑨各工序穿插、平行施工控制，提高機(jī)械化配套效率的問題。
雖然有上述諸多問題，但綜合機(jī)械化程度高，從掘進(jìn)、運(yùn)輸、支護(hù)等各方面全部實現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，經(jīng)初步推演，月進(jìn)度能夠達(dá)到90～150 m，并且具有以下幾個優(yōu)點：
(1)采取一定的措施對凍結(jié)體的穩(wěn)定性無影響，提高了施工安全。
(2)采用一定的掘進(jìn)方案，支護(hù)能及時到位，能夠解決控頂距的問題；
(3)降低了工人勞動強(qiáng)度，極大提高了人工工效；
(4)巷道成型規(guī)整，幾乎沒有超挖現(xiàn)象的發(fā)生。
為保證施工質(zhì)量及施工安全，我們比對了各項配套方案，決定采用第一與第三項結(jié)合掘進(jìn)及配套方案。
4 問題的解決
(1)通過和凍結(jié)單位的溝通，進(jìn)行的科學(xué)的驗算，計算出凍結(jié)底板在接地履帶范圍內(nèi)能夠承受的最大單位壓力，來反推驗證綜掘機(jī)的接地比壓，最終確定EBZ160綜掘機(jī)完全可以在凍結(jié)底板上運(yùn)行。為保證履帶不覆壓底板已割除凍結(jié)管，在履帶行走前，人工采用風(fēng)鎬將凍結(jié)管周圍的凍結(jié)體向設(shè)計荒底板多挖掘200，挖掘半徑以滿足井下無靜電無火花切割機(jī)割除為前提即可。
(2)加強(qiáng)對綜掘機(jī)司機(jī)的培訓(xùn)，加強(qiáng)班長、帶班項目部領(lǐng)導(dǎo)的安全專盯工作，掘進(jìn)機(jī)的炮頭只許在凍結(jié)管之間運(yùn)行，規(guī)范操作，不得觸碰凍結(jié)管，防止對凍結(jié)體產(chǎn)生擾動。
(3)由于井筒設(shè)計斷面高度較高，綜掘機(jī)一次定位高度達(dá)不到設(shè)計高度，采用正臺階法掘進(jìn)，每次掘進(jìn)上臺階長度為6 m，掘進(jìn)到位后，進(jìn)行下臺階刷底工作，一次刷掘到設(shè)計底板，為減少人工刷幫量，最小控頂距為2 m，最大控頂距為8 m。
(4)采用激光進(jìn)行方位及坡度的控制，頂、兩幫各一道共三道激光，保證了井筒掘進(jìn)的規(guī)整及成型，解決了掘進(jìn)、支護(hù)的定向問題。
(5)經(jīng)過方案的反復(fù)驗證及推演，結(jié)合綜掘機(jī)的長度，循環(huán)段長以及平行操作空間，確定第二運(yùn)輸機(jī)的長度為15 m。以月度期望指標(biāo)驗算每班的矸石量，確定無軌斜井運(yùn)碴車的型號，通過無軌斜井運(yùn)碴車的后幫高度，結(jié)合電機(jī)滾筒的拋灑曲線，確定了第二運(yùn)輸機(jī)電機(jī)滾筒的高度。
(6)內(nèi)壁采用雙層鋼筋混凝土支護(hù)，在澆筑外壁前，必須將一次底板澆筑到位，墻部鋼筋必須預(yù)先埋設(shè)，而外壁臺車的脫模高度為100，為使鋼筋的安裝滿足規(guī)范要求，內(nèi)外環(huán)筋采用套管和底板預(yù)埋鋼筋連接，預(yù)埋鋼筋裸露底板高度≤90mL，解決了內(nèi)壁鋼筋對外壁臺車的影響。
(7)根據(jù)無軌斜井運(yùn)碴車的高度+第二運(yùn)輸機(jī)電機(jī)滾筒的高度，確定了內(nèi)、外壁臺車的門洞高度，根據(jù)無軌斜井運(yùn)碴車的寬度、行人安全間隙及綜掘機(jī)鏟板的寬度，確定了內(nèi)、外壁臺車的門洞高度。以達(dá)到臺車的運(yùn)行獨立，矸石裝載、轉(zhuǎn)運(yùn)獨立的效果。
(8)為便于操作，減少輸送泵管的安裝工作量，確定內(nèi)壁滯后于外壁1～2個循環(huán)，即6～12 m，混凝土輸送泵滯后內(nèi)壁4～10 m。混凝土采用地面廠區(qū)內(nèi)提供的商品混凝土，采用軌道式混凝土攪拌運(yùn)輸罐車運(yùn)送達(dá)混凝土輸送泵前，保證了混凝土運(yùn)輸途中攪拌的質(zhì)量和澆筑的連續(xù)性。這樣既保證了一次成巷的要求，又保證了邊排凍結(jié)管的解凍要求，積極釋放了凍結(jié)能量，為后續(xù)工程的推進(jìn)提供了能量保障。
5 施工組織
根據(jù)工作需要，配備齊全各熟練工種、熟練掌握施工操作技術(shù)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和安全知識的人員，科學(xué)配備有凍結(jié)施工經(jīng)驗的隊組。
為實現(xiàn)快速、優(yōu)質(zhì)、安全、高效施工，施工組織上實行多工序平行、交叉作業(yè)，為使這種作業(yè)方式在有限的空間內(nèi)有秩序按計劃均衡地進(jìn)行，堅持以工序為中心的組織方法成立綜合隊，在施工中堅持正規(guī)循環(huán)作業(yè)。
為保證機(jī)械化配套設(shè)備的最大利用率，鉆爆施工翻新二手斜井扒渣機(jī)采用了以下施工組織方案：
(1)平行作業(yè)工序。
①工作面全斷面掘進(jìn)工序和內(nèi)壁防水塑料薄板的鋪設(shè)，鋼筋的綁扎工序平行。
②工作面刷掘工序和底拱鋪設(shè)、底板鋼筋綁扎工序、移內(nèi)壁臺車工序平行。
③澆筑一次底板、澆筑內(nèi)壁和工作面架棚工序平行。
④移外壁臺車和工作面兩側(cè)挖掘柱窩、架棚工序平行。
(2)掘進(jìn)：采用翻新二手斜井扒渣機(jī)掘進(jìn)出渣，無軌斜井運(yùn)碴車運(yùn)輸出井。
(3)一次支護(hù)：掘進(jìn)段長為6 m，一個段長掘進(jìn)完畢后，立即架設(shè)除反拱后的其它工字鋼棚，架設(shè)好工字鋼棚后，敷設(shè)金屬網(wǎng)。
(4)底板支護(hù)：除去翻新二手斜井扒渣機(jī)的操作合運(yùn)行空間，底板澆筑滯后翻新二手斜井扒渣機(jī)3m，即一次底板距工作面為9～15m。
(5)內(nèi)、外壁的澆筑：當(dāng)?shù)装鍧仓戤吅螅⒓崔D(zhuǎn)入內(nèi)壁澆筑工作。外壁滯后底板2 m，內(nèi)壁滯后外壁6～12 m，一次澆筑段長為6 m。
依次平行向前推進(jìn)。
6 進(jìn)度展示
從2016年3月1日―2017年10月31日，實際有效施工天數(shù)為193 d，成巷進(jìn)尺為348 m，月平均進(jìn)度達(dá)到153m，其中2014年8月創(chuàng)造全國凍結(jié)成井最高紀(jì)錄210m，2014年9月成井163m，2014年11月再次刷破紀(jì)錄達(dá)到230 m，實現(xiàn)了工程進(jìn)度預(yù)期目標(biāo)。
7 幾點說明
(1)該工程為特厚強(qiáng)含水松散層內(nèi)凍結(jié)鑿井工程。該工程掘進(jìn)集特厚、連續(xù)、均勻砂層和強(qiáng)含水松散層等國內(nèi)難題于一身，而該條件下的長斜井凍結(jié)鑿井技術(shù)更為復(fù)雜，施工難度最大、突發(fā)危險最大、影響工期最大。該凍結(jié)斜井無論長度、地質(zhì)條件、機(jī)械化程度均為國內(nèi)同類工程NO。
(2)我們聘請了國內(nèi)凍結(jié)專家孟教授領(lǐng)銜的專家團(tuán)隊作為專家咨詢組，持續(xù)改進(jìn)和改善施工中遇到的各種難題。
(3)隨著工序接替的成熟，各工種之間配合的嫻熟，機(jī)械化配套的進(jìn)一步完善，在大斷面、大跨度、支護(hù)工藝繁復(fù)的條件下，月平均進(jìn)度可望達(dá)到55～60 m。
