超长冻结斜井机械化配套方案的探讨及实施

1 工程概况

袁大滩煤矿采用立井+斜井混合开拓方式，中十冶承建副斜井井筒工程，该井筒技术参数如表1所示。

2 地质及冻结方案简介

冻结每40 m分为一段，每段设置封头孔，共设置17排中排冻结管。井筒荒径外侧固定距离设置边排孔，根据冻结深度、地下水的流速以及冻结开机至交圈时间的验算，以控制掘砌开始时间。每排中孔分为3个，井筒荒径内均匀布置，主管除井筒荒断面内采用Φ133无缝钢管，外侧包裹保温材料实行保温冻结外，其余均采用Φ89无缝钢管作为回路，采用内嵌式PVC管作为去路。

每一段的荒径以外、底板、顶板的有效冻结壁厚度分别为3.5 m、4 m、6 m。

3 掘进及配套方案的提出

（1）采用7655凿岩机普通钻爆法掘进，扒渣机出矸，无轨胶轮车运输出井，满堂架支设碹胎，人工上料浇筑。

（2）采用EBH90双滚筒综掘机掘进，铲车出矸，满堂架支设碹胎，人工上料浇筑。

经过初步验算，月进度为25～30 m。由于冻结段断面大，采用上述综掘机掘进时，纵向掘进需要分台阶，横向掘进需要多次定位，并且在冻结段内未设置调车硐室，掘进及出矸效率极其低下。满堂架支设碹胎，人工上料浇筑，该方案同上，安全得不到保证，工人劳动强度极大，效率极其低下，质量得不到有效的控制，直接否决。

（3）采用EBH90双滚筒综掘机掘进，铲车出矸，内壁采用滑模台车，混凝土输送泵浇筑。

经过初步运行验证，月进度能够达到30～35 m。由于冻结段断面大，采用上述方案掘进及出矸效率同上。但采用滑模台车和混凝土输送泵，质量得到有效控制，工人劳动强度大大降低。

（4）采用EBZ160综掘机掘进，定制二运转载，无轨胶轮车出矸，内、外壁采用滑模台车，混凝土输送泵浇筑采用该方案需要解决以下诸多问题：

①综掘机的自重和冻结底板强度的匹配，和井筒内底板已割除冻结管的覆压问题；

②综掘机对冻结管的扰动问题；

③控顶距的控制问题；

④掘进、支护中的定向问题；

⑤定制转载二运的长度和段长的控制，以及机尾高度和无轨胶轮车的装载匹配问题；

⑥内壁墙部钢筋对外模台车的影响问题；

⑦内、外模台车门洞的预留规格问题，需满足转载二运和无轨胶轮车的运行问题；

⑧内、外模台车的距离控制，以及混凝土输送泵的距离控制问题；

⑨各工序穿插、平行施工控制，提高机械化配套效率的问题。

虽然有上述诸多问题，但综合机械化程度高，从掘进、运输、支护等各方面全部实现了机械化作业，经初步推演，月进度能够达到50～55 m，并且具有以下几个优点：

（1）采取一定的措施对冻结体的稳定性无影响，提高了施工安全。

（2）采用一定的掘进方案，支护能及时到位，能够解决控顶距的问题；

（3）降低了工人劳动强度，极大提高了人工工效；

（4）巷道成型规整，几乎没有超挖现象的发生。

为保证施工质量及施工安全，我们比对了各项配套方案，决定采用第四）项掘进及配套方案。

4 问题的解决

（2）加强对综掘机司机的培训，加强班长、带班项目部领导的安全专盯工作，掘进机的炮头只许在冻结管之间运行，规范操作，不得触碰冻结管，防止对冻结体产生扰动。

（3）由于井筒设计断面高度较高，综掘机一次定位高度达不到设计高度，采用正台阶法掘进，每次掘进上台阶长度为6 m，掘进到位后，进行下台阶刷底工作，一次刷掘到设计底板，为减少人工刷帮量，最小控顶距为2 m，最大控顶距为8 m。

（4）采用激光进行方位及坡度的控制，顶、两帮各一道共三道激光，保证了井筒掘进的规整及成型，解决了掘进、支护的定向问题。

（5）经过方案的反复验证及推演，结合综掘机的长度，循环段长以及平行操作空间，确定第二运输机的长度为15 m。以月度期望指标验算每班的矸石量，确定无轨胶轮车的型号，通过无轨胶轮车的后帮高度，结合电机滚筒的抛洒曲线，确定了第二运输机电机滚筒的高度。

（6）内壁采用双层钢筋混凝土支护，在浇筑外壁前，必须将一次底板浇筑到位，墙部钢筋必须预先埋设，而外壁台车的脱模高度为100，为使钢筋的安装满足规范要求，内外环筋采用套管和底板预埋钢筋连接，预埋钢筋裸露底板高度≤90L，解决了内壁钢筋对外壁台车的影响。

（7）根据无轨胶轮车的高度+第二运输机电机滚筒的高度，确定了内、外壁台车的门洞高度，根据无轨胶轮车的宽度、行人安全间隙及综掘机铲板的宽度，确定了内、外壁台车的门洞高度。以达到台车的运行独立，矸石装载、转运独立的效果。

5 施工组织

根据工作需要，配备齐全各熟练工种、熟练掌握施工操作技术、质量标准和安全知识的人员，科学配备有冻结施工经验的队组。

为实现快速、优质、安全、高效施工，施工组织上实行多工序平行、交叉作业，为使这种作业方式在有限的空间内有秩序按计划均衡地进行，坚持以工序为中心的组织方法成立综合队，在施工中坚持正规循环作业。

为保证机械化配套设备的最大利用率，我们采用了以下施工组织方案：

（1）平行作业工序。

①工作面上台阶掘进工序和内壁防水塑料薄板的铺设，钢筋的绑扎工序平行。

②工作面下台阶刷掘工序和底拱铺设、底板钢筋绑扎工序、移内壁台车工序平行。

③浇筑一次底板、浇筑内壁和工作面架棚工序平行。

④移外壁台车和工作面两侧挖掘柱窝、架棚工序平行。

（2）掘进：采用EBZ160综掘机分台阶掘进，定制第二运输机转载，无轨胶轮车运输出井。

（3）一次支护：掘进段长为6 m，一个段长掘进完毕后，立即架设除反拱后的其它工字钢棚，架设好工字钢棚后，敷设金属网。

（5）内、外壁的浇筑：当底板浇筑完毕后，立即转入内壁浇筑工作。外壁滞后底板2 m，内壁滞后外壁6～12 m，一次浇筑段长为6 m。

依次平行向前推进。

6 进度展示

7 几点说明

（1）该工程为特厚强含水松散层内冻结凿井工程。该工程掘进集特厚、连续、均匀砂层和强含水松散层等国内难题于一身，而该条件下的长斜井冻结凿井技术更为复杂，施工难度最大、突发危险最大、影响工期最大。该冻结斜井无论长度、地质条件、机械化程度均为国内同类工程NO.1（中矿岳丰田教授）。

（2）我们聘请了国内冻结专家孟凡良教授（大师级）领衔的专家团队作为专家咨询组，持续改进和改善施工中遇到的各种难题。

（3）随着工序接替的成熟，各工种之间配合的娴熟，机械化配套的进一步完善，在大断面、大跨度、支护工艺繁复的条件下，月平均进度可望达到55～60 m。