受限场地内近距离双立井井筒凿井施工设施布置设计

　　摘要:立井井筒施工生产临建设施布置是凿井施工组织设计工作的重要内容;要保证凿井设施、设备在井筒断面内布置合理，与井筒施工、生产能力匹配合理，与井巷二期工程衔接有序。而要实现这一要求，必须结合场地条件、场地永久设施布置进行设计。结合工程实例，对受限场地条件下的双立井井筒凿井施工设计问题提出了解决办法，可供类似工程参考。

　　关键词:受限场地;立井井筒;设施布置;有序衔接

　　施工技术论文投稿刊物：《建井技术》读者对象为从事矿山建设和岩土工程建设的科研、设计、教学、施工、监理的技术人员、技术工人、管理干部及院校师生。报道的主要内容为：矿山建设中的矿建、土建、机电安装工程技术;生产矿山基建工程技术;项目管理及监理;城市地铁、隧道、道桥、地基等岩土工程技术(重点为地下特殊施工技术);企业经营管理先进经验。

　　里必煤矿隶属山西中煤华晋能源有限责任公司，设计生产能力4.0Mt/a，服务年限97.4a，属于煤与瓦斯突出矿井。矿井共布置4个井筒，包括位于主工业场地的主斜井、副立井和位于马邑沟风井场地的回风立井、进风立井。风井场地内，永久土建设施空间利用率高，场区内原始地形为山体坡地。矿井投产前，井巷工程量预计为4.9万m;依据矿井建设总体排队，约60%的工程需要风井区的井筒承担提升任务。因此在井筒设计阶段，解决好场地限制问题，并考虑与二期工程的有序衔接，就显得十分重要。

　　1风井区设计概况

　　(1)风井区场地设施

　　马邑沟风井区场地内永久土建建筑包括:110kV变电站、综合水处理间及水池、主要通风机房及风道、进风立井提升机房、空压机站、矸石栈桥、矸石仓、燃气锅炉房、瓦斯抽采泵站等。

　　(2)井筒进风立井直径8.5m，井深582.5m，井筒内永久设施包括4m3箕斗2部，梯子间1部，排水、压气、消防等管路共6趟，以及动力电缆、通信和监测电缆等。回风立井直径8.5m，井深564.5m，井筒内永久设施包括ϕ1016mm瓦斯抽采管路4趟、梯子间1部。井筒永久锁口段设计有安全出口、瓦斯抽采管路通道口和风硐。进、回风立井两井筒均采用普通法凿井。

　　2场地对凿井设施的限制性条件分析

　　(1)场地面积偏小，且填方区域占比过大

　　马邑沟风井区场地占地面积约为4.1万m2，场地自然标高为+862~+825m，永久设计标高为+839~+837m，属山地地貌。场地北部属山体开挖部位，南部为回填区域，边界最大回填高度20m左右。回风立井向东22m左右是进风立井副提升机房，向东68m处是进风立井;向南60m左右是回填区边坡;向西30m处是排水沟，紧挨着排水沟的是场地以外的山坡;向北44m处是永久通风机房的风门间，风道直接连接回风立井，而且回风立井大巷方向为北偏西11°，使得提升机布置空间更为有限。

　　(2)永久建筑设施多，且大部分需尽早投运

　　场地西侧的瓦斯抽采泵站占地面积约1.1万m2，为一独立建筑，需早日开工建设;在凿井设施布置时，需考虑这一因素。回风立井北侧的风道、风门间、主要通风机房在二期工程施工期间，如果能够完成土建及安装工程施工，则可以考虑先不安装临时主要通风机，但可占用的时间也不宜过久;南侧的燃气锅炉房在井筒到底后，就需进行施工，以保证两井筒贯通后，冬季空气加热系统能投入使用。进风立井北侧的综合水处理间及相应配套设施，工程量较大，需早日形成，以便达标排放废水;东北侧的110kV变电站在场地“四通一平”完成后，就需要开始建设，以实现永久供电系统早日投入使用。进、回风立井的凿井提升机和凿井绞车设施，必须在综合考虑上述限制条件的基础上，按照空间避让、时间避让的原则，进行布置。

　　3凿井设计考虑的重点因素

　　(1)提升能力提升能力是立井井筒施工速度的基本保证。凿井设计中，需要按照满足月施工进度的要求，进行提升机和吊桶选型。(2)提升偏角由于场地受限，特别是回风立井可利用的场地有限，而井筒内大部分设施、设备都是采用钢丝绳悬吊，提升机和凿井绞车升降;因此在提升机和凿井绞车布置时，需要考虑使绳偏角和出绳仰角符合规定。(3)防灾能力里必煤矿为煤与瓦斯突出矿井，井筒施工过程中，需要揭穿多层煤。其中的3号煤层，厚度6.75m，原煤空气干燥基甲烷(CH4)含量为11.69~19.93mL/g，平均为15.81mL/g。

　　井筒采用普通法凿井，穿过第四系冲积层和二叠系上下石盒子组、山西组以及石炭系太原组岩层，大约有10层含水层。凿井悬吊系统设计时，要考虑布置相应的瓦斯抽采管路、排水管路，以实现对瓦斯、水的快速有效治理。(4)二期工程施工衔接二期工程主要依靠风井区展开，回风立井、进风立井到底后，均需进行临时改绞。因此，在凿井设计阶段，需考虑两方面衔接:一是提升机选型，按照同时满足井筒施工和二期工程施工需要设计;二是临时变电所、临时空压机房位置不宜占用永久建筑位置[1]，系统能力满足整个井巷施工期需要。凿井设施布置兼顾到上述因素后，当转入二期工程施工时，提升、供电、压气等系统便可不必考虑重新安装设备、构建厂房等问题。

　　4凿井设计方案

　　4.1场地平面布置

　　回风立井、进风立井凿井临时设施设计总体方案如下:一是提升机和凿井绞车方位和井筒与井底车场连接处大巷方位一致，以满足临时改绞对提升方位的要求。提升机和凿井绞车距离井筒中心线的距离根据场地条件及永久设施布置[2]，进行优化。二是考虑回填区域地基可能存在不稳定性，并且回风立井南侧提升机布置的最佳位置设计有燃气锅炉房，所以将回风立井提升机均布置在井筒北侧，以避免不良地基所带来的风险，并为永久设施早日开工创造条件。三是临时变电所、临时空压机房布置避开了永久设施位置，以实现井筒转入二期工程施工后，不需挪移和重复建设。四是规划好场地内的临时道路，以满足施工过程中的运输需要。同时将回风立井2台提升机均布置在北侧，井架南侧不进行翻矸，为瓦斯抽采泵站施工运输创造了条件。

　　4.2机械化作业线

　　回风立井、进风立井施工均采用Ⅴ型凿井井架，井架基础加高1.5m，在+27.964m位置布置天轮平台，在+11.600m位置布置翻矸平台;布置2个矸石溜槽，配备座钩式自动翻矸装置[3]，矸石落地后，铲车装运，配合翻矸汽车排矸。凿岩选用XFJD􀆼6.11型伞形钻架;装岩采用HZ􀆼6型中心回转式抓岩机[4]，配用CX75型挖掘机;砌壁采用整体移动式金属模板。2个井筒内均各布置ϕ159mm压气管路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强力风筒2趟。

　　施工用吊盘、模板、抓岩机、压气管路、供水管路、排水管路、瓦斯抽采管路和放炮电缆、安全梯，均采用钢丝绳悬吊。回风立井采用2套独立的单钩吊桶提升。主提选用1台JKZ􀆼4.0×3/21.7型提升机，配5m3矸石吊桶、3m3底卸式吊桶;副提选用1台JKZ􀆼2.8×2.2型提升机，配3m3矸石吊桶、2.4m3底卸式吊桶。主提升机在井筒临时改绞时，继续使用。进风立井也采用2套独立的单钩吊桶提升。主提选用1台2JK􀆼4.0×1.8/15.6型提升机，配5m3矸石吊桶、3m3底卸式吊桶;副提选用1台2JK􀆼3.5×2.1/20E型提升机，配3m3矸石吊桶、2.4m3底卸式吊桶。主、副提升机在临时改绞时，继续使用。两井筒机械化作业线配置均可满足月成井120m的凿井速度需求。

　　4.3衔接二期工程井筒临时改绞方案

　　井筒与二期工程改绞衔接考虑的因素，一是提升方位问题，二是提升机布置位置问题，三是提升能力问题。具体采用了以下方案:一是在提升方位确定时，按照井架中心线和井筒与井底车场连接处中心线方位一致的原则设计。回风立井因风硐与井架基础平面位置重叠，建议设计单位在进行风硐设计时，考虑井架荷载作用于风硐的因素，提高风硐支护强度，确保风硐安全。二是因场地受限严重，进风立井主提升机布置在东侧，即矸石栈桥一侧。该设施在4个井筒贯通后，在主斜井运输时施工，所以不影响主提升机在改绞时的继续使用;回风立井留作临时改绞的提升机布置在风道与风门之间的空白区域，井筒到底后，可进行风道、风门间和主通风机房施工。三是二期工程施工计划采用无轨化运输，即采用带式输送机运输煤矸，胶轮车运输材料[5]。

　　该方案效率高，安全性好。进风立井临时改绞安装1对11t箕斗、1对双层单车罐笼，在具备矸石运输能力的同时，具备上下人和下放小型材料的能力。回风立井临时改绞期间，将永久瓦斯抽采管路安装完毕，再安装1部宽罐笼，下放胶轮车和大型材料设备。2个立井提升机选型时，均考虑了二期工程提升荷载(大于立井施工提升荷载)。为此，在井筒临时改绞时，提升机可在原位置，继续使用。

　　5结语

　　(1)立井井筒凿井施工系统设计，提升能力是保证施工速度的基础。同时要根据矿井水文、瓦斯地质情况，做好排水系统、瓦斯抽采系统设计，以提高防治水、防治瓦斯的能力。(2)回风立井将2台提升机布置在井筒一侧，“三盘两台”设计相对繁琐;但对于场地长度受限，并且可能存在不良地基的情况，是行之有效的设计方法。(3)在场地受限、需要进行临时改绞的井筒设计时，要结合井筒施工和二期工程施工两阶段的需要，进行提升机选型;同时在确保每个阶段提升能力的情况下，要尽量避免设施重建，进而避免时间和费用投入。(4)目前，马邑沟进风立井已经成井140多m;回风立井的井架、天轮平台、翻矸系统已经安装完成，主、副提升机正在安装调试当中;各项工作进展均比较顺利，且均达到预期效果。本工程凿井施工设施布置方式，可给类似工程设计和施工提供参考。

　　参考文献:

　　[1]贾希林，孙清华，侯胜龙，等.立井井筒凿井设备布置优化设计[J].建井技术，2005，26(6):36􀆼37.

　　[2]崔云龙.简明建井工程手册(上册)[M].北京:煤炭工业出版社，2003.