2018超长冻结斜井机械化配套方案的探讨及实施
摘 要：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。于是该文主要介绍了工程概况，简单介绍了地质及冻结方案，提出了掘进及配套方案，重点分析了采用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的诸多问题，然后针对这些问题，提出了有效的解决对策，最后给出了施工组织与进度展示。以供同行们进行参考借鉴。关键词：综掘机 混凝土输送泵 全国纪录 配套方案
1 工程概况
袁大滩井田位于陕北侏罗纪煤田榆横矿区东北部，榆溪河以西，无定河以北，古长城西北处。井田东距榆林市约20 km，井田面积231.1 km2，行政区划隶属榆林市榆阳区小纪汗乡、巴拉素镇及芹河乡。由陕西中能煤田有限公司投资建设，中煤西安设计工程有限责任公司设计施工总承包。
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
由于副斜井井筒的静水位为-1.5～ 1.8 m，根据业主提供的地质报告显示，井筒按原设计方案向前施工，第四系风积沙厚度为99.8 m，井筒穿越强含水砂层长度超过1200 m，无论采用何种掘砌方案，成本均超控。按照多次专家会议论证，结合补勘资料，斜井井筒于里程点0+250.3 m处完成184转向，采用冻结方案进入基岩段，第四系风积沙厚度为65 m，冻结垂深为16.127～90.433 m，即基岩上平面距井筒荒顶板10 m，斜井冻结长度降至661.091 m。
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133无缝钢管，外侧包裹保温材料实行保温冻结外，其余均采用89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。
该方案为传统方案，经过初步验算，月进度为15～20 m，且安全得不到保证，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。
(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
(1)通过和冻结单位的沟通，进行的科学的验算，计算出冻结底板在接地履带范围内能够承受的最大单位压力，来反推验证综掘机的接地比压，最终确定EBZ160综掘机完全可以在冻结底板上运行。为保证履带不覆压底板已割除冻结管，在履带行走前，人工采用风镐将冻结管周围的冻结体向设计荒底板多挖掘200，挖掘半径以满足氧气割除为前提即可。
(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。
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