大斷面斜井機械化作業線快速施工工法

大斷面斜井機械化作業線快速施工工法

《大斷面斜井機械化作業線快速施工工法》是中煤第五建設公司完成的建築類施工工法;作者分別是孔慶海、曹武昌、袁兆寬、黃坤強、李明;適用範圍是煤炭、黑色金屬、有色金屬、稀有金屬和非金屬等各類礦山工程斜井井筒的施工。

《大斷面斜井機械化作業線快速施工工法》主要的工法特點是根據井筒斷面的大小、長度及水文地質條件來合理配置機械裝備;各工序之間緊密銜接;排矸系統採用大耙斗、大箕斗、大提升機;採用多台高頻高效風鑽鑿眼;採用雷射指向和直眼掏槽技術;採用長距離輸料技術;採用固定工序循環作業和專業工種計件工資制。

2008年1月31日,《大斷面斜井機械化作業線快速施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

  • 中文名:大斷面斜井機械化作業線快速施工工法
  • 工法編號: YJGF223-2006
  • 完成單位:中煤第五建設公司
  • 主要完成人:孔慶海、曹武昌、袁兆寬、黃坤強、李明
  • 審批單位:中華人民共和國住房和城鄉建設部
  • 主要榮譽:國家二級工法(2005-2006年度)
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,

形成原因

大斷面斜井機械化作業線快速施工工法是中煤第五建設公司在斜井井筒施工中總結出來的成功技術,該工法吸取了中國國內外先進施工技術、施工設備和施工工藝,這些技術、設備和工藝經過在施工實踐中的廣泛套用,證明了具有很強的可操作性和充分的可靠性。

工法特點

《大斷面斜井機械化作業線快速施工工法》的工法特點是:
1.根據井筒斷面的大小、長度及水文地質條件來合理配置機械裝備,既能實現快速施工又能最大限度發揮各施工設備的效率。
2.各工序之間緊密銜接,並根據斷面大小最大限度地實現多工序立體交叉平行作業,從而實現快速施工。
3.排矸系統採用大耙斗、大箕斗、大提升機,加大了排能力,縮短了排矸時間,解決了制約斜井井筒施工速度排矸慢的問題。
4.採用多台高頻高效風鑽鑿眼,縮短打眼時間。
5.採用雷射指向和直眼掏槽技術,並且最佳化爆破參數,提高爆破效果,實現了光面爆破,炮眼的利用率提高到90%以上。
6.噴射混凝土採用長距離輸料技術。
7.勞動組織採用固定工序循環作業和專業工種計件工資制,充分發揮工人的主觀能動性。

操作原理

適用範圍

《大斷面斜井機械化作業線快速施工工法》的適用範圍是:
1.廣泛適用於煤炭、黑色金屬、有色金屬、稀有金屬和非金屬等各類礦山工程斜井井筒的施工。
2.適用於淨斷面≥7平方米以上的斜井井筒,最大淨斷面無限制。
3.對斜井長度無限制,並斜井越長,斷面越大,越能充分發揮機械化快速施工優勢。
4.適用於坡度5°~25°之間各種角度斜井施工。
5.適用各種水文地質和複雜地層施工。
6.井筒湧水量:當井筒湧水量小於10立方米/小時時,可按工法正常施工;當井筒湧水量大於10立方米/小時時,應採取治水措施,否則將影響機械效率的發揮,施工速度和經濟效益將受到一定影響。

工藝原理

《大斷面斜井機械化作業線快速施工工法》工藝核心部分就是按“三大二光一優”工藝進行組織快速施工。即:提升選用大型提升機、排矸選用大箕斗、耙裝矸石選用大耙矸機,炮孔定位和噴漿成形採用兩台“雷射指向儀”不間斷標定;掘進實施光面爆破,並根據不同岩性不斷“最佳化”爆破參數,實現不超挖、不欠挖,確保工程質量。

施工工藝

  • 工藝流程
《大斷面斜井機械化作業線快速施工工法》主要工藝流程如圖1所示。施工中按照工藝流程依次反覆循環施工。
大斷面斜井機械化作業線快速施工工法
圖1 工藝流程圖
  • 操作要點
《大斷面斜井機械化作業線快速施工工法》的操作要點如下:
1.最合理井筒排矸設備
斜井施工排矸時間占45%以上。選用與提升、耙矸能力相匹配的井筒排矸設備是保證斜井快速施工的關鍵。為此,要根據排矸大小來選用斗容3~6立方米排箕斗。當掘進斷面>10平方米,斜井長度>300米時,應優先考慮用6立方米箕斗,當掘進斷面>20平方米時優先選用9立方米箕斗。
實例之一:寺河礦主斜井井筒掘進斷面18.3平方米,傾角16°,斜長768.米。井筒施工中選用6立方米箕斗,斗容0.9立方米的耙裝機和一套單鉤提升絞車。
實例之二:寺河礦井副斜井採用一套單鉤提升,提升絞車為2JK-3.0/20型提升機,配一個6.0立方米前卸式箕斗出矸,井筒安裝一台P-90B型耙裝機,斜井機械化作業配套示意圖見圖2。
大斷面斜井機械化作業線快速施工工法
圖2 斜井機械化作業示意圖
2.最佳提升設備的配套
斜井施工中所需各種材料、特別是爆破出的矸石必須從工作面裝運到地面(或從地面工廣運到工作面)。因此,要確保實現快速、優質、安全施工,重要條件之一就是要配備足夠的提升能力來滿足提升的需要。當掘進斷面<18平方米,斜井長度<600米時宜選用一套單鉤提升;當掘進斷面>18平方米,斜井長度>650米時宜選用主、副兩套單鉤提升。提升機選型應根據斜井長度和斷面的大小等綜合因素確定。
3.最合理耙裝設備
裝矸設備的合理與否直接影響裝矸工序時間,因此要根據斷面大小和斜井不同斜井提升循環時間來選用耙裝機。一般選用斗容0.6立方米或0.9立方米耙裝機。
4.最先進的長距離輸料技術
噴漿作業時間占25%~35%,機械化快速施工中採用最先進的長距離輸料技術就可以保證噴漿作業與出矸、清理等其他工作平行,大大地提高了工時利用率。當斜井角度≤15°時最大經濟輸料距離400米;當斜井角度>15°時最大經濟輸料距離為550米。
井筒斜長大於600米時宜用副提升系統礦車送噴漿料。
實例之一:在掘進斷面15.5平方米,斜井長度586.9米,傾角為20°井筒施工時,採用長距離輸送技術,每天節約4.5小時,井筒施工期節省噴漿時間600小時以上,並且在噴漿時還可進行出矸、清理、打眼等工作。工人勞動強度降低了80%,徹底消除了用礦車或箕斗送料運輸安全隱患為經濟、快速、安全施工發揮了重要作用。
5.最優鑿岩設備及爆破技術
斜井施工速度的快慢,工程質量能否達優良、施工成本高低與鑿岩和爆破有著密切關係。鑿岩選用YTP-26型高頻高效風鑽。當井筒掘進斷面≤15平方米選用5~7颱風鑽;當掘進斷面在15~25平方米時選用8~12颱風鑽。爆破宜用中孔光面爆破技術。採用直眼掏槽,拋碴爆破,光面爆破參數最佳化。根據不同的煤、岩性質和瓦斯含量選用煤礦許用炸藥或水膠炸藥,採用連續式裝藥結構,毫秒延期電雷管引爆。巷道爆破成形好,工程質量優良。
6.地面矸石倉要與排矸能力和裝岩提升能力相配套
根據多個斜井快速施工經驗總結,地面轉載和排矸是按快速施工要求來設定,先進的配套設施是採用地面轉載矸石倉,通過2台自卸汽車或1台裝載機與自卸汽車配合將矸石排至矸石場地(或矸石山)。
《大斷面斜井機械化作業線快速施工工法》的勞動組織如下:
在快速施工中要嚴格推行項目法管理,配備精幹人員、科學管理、嚴格措施、精心組織就能取得預期目標。按工程規模設立項目部,下設經營、技術、物資設備及生活後勤保障等部室。管理層人員必須精幹,作業層人員必須有熟練操作技能。積極推廣“四六”制多工序平行作業,採用“三大二光一優”為核心工藝的機械化快速施工工法。
實例之一:寺河礦三個井筒同時施工管服人員僅42人,見管服人員配置表1,其中一個井筒勞動力配置見表2。嚴格按正規循環圖表要求控制做業時間,保證正規循環率達到93%以上。
施工中建立安全生產責任制和安全監督體系,嚴格執行措施的編制、審批和貫徹制度、“一坡三擋”設施齊全牢固,嚴禁“三違”。
表1 管服人員配置表
序號
類別
人數(個)
備註
1
經理部
4
2
工程調度
6
3
安監站
2
4
物資設備
4
5
計財
4
6
勞資
2
含定額考核
7
後勤服務
14
含食堂人員
8
司機
6
合計
42
表2 勞動力配置表
序號
工種
人數(個)
備註
1
隊部人員
4
含技術人員
2
掘進工
66
在冊人數
3
錨噴工
22
在冊人數
4
耙裝機司機
4
在冊人數
5
放炮員
4
在冊人數
6
井口上下信號把鉤
12
在冊人數
7
機電
8
在冊人數
合計
120

材料設備

《大斷面斜井機械化作業線快速施工工法》主要配套設備選型見表3。
實例之一:掘進斷面24.9平方米斜長1606.7米傾角16°斜井機械化快速施工主要設備見表4。
表3 斜井機械化快速施工主要配套設備選型表
工序名稱
設備或設施名稱
斷面≤16平方米
斜長≤600米
斷面>16平方米
斜長>600米
鑿岩
YTP-26鑿岩機
7655鑿岩機
O
X
耙矸
PB-90B耙矸機
PB-60B耙矸機
O

排矸(井筒)
6立方米箕斗
4立方米箕斗
O
X
翻矸
前傾式自動卸載
提升
2JK-3.5/20
O
O
2JK-3.5/15.5

2JK-3.0/20
O

2JK-3.0/15.5

2JK-2.5/20

√(作副提)
2JK-2.5/20

O
通風
KJ(B)-No9.6

SWF-111-13

YBT-No6
O

排水
BQF-50/25風泵
O
O
80D30×(4~8)臥泵
井筒指向
DJE-1型雷射指向儀
噴漿料攪拌
JS-1000強力攪拌機
JW-375強力攪拌機
O

計量系統
PL-1200型電子自動計量系統
噴漿
PZ-5B型混凝土噴射機
排矸(地面)
轉載矸石倉(12~25立方米)自製
ZB-50裝載機

ZB-40裝載機

斯太爾11噸自卸汽車

斯太爾8噸自卸汽車

註:斜長>980米時主提升機必須改造;
排水採用風泵與臥泵聯合排水;
√表示優先選用,O表示可以選用、X表示不宜選用。
表4 斜井機械化快速施工主要設備表
序號
名稱
主要技術特徵
單位
數量
1
主提升機
2JK-3.5/15.5型(改造)685千瓦
1
2
副提升機
JK-2.5/20型 410千瓦
1
3
箕斗
斗容6立方米(900毫米軌距)
1
4
礦車
1噸固定式(600毫米軌距)
4
5
耙裝機
PB-90B型 45千瓦
1
6
鑿岩機
YTP-26型
9
7
地面轉載矸石倉
自製斗容 21立方米
1
8
裝載機
2L-50型斗容 0.5立方米
1
9
矸石運輸車
11噸斯太爾自卸車
3
10
風泵
BQF-50/25
4
11
臥泵
80D30X4
5
12
風機
DKJ(B)-No9.6型 60千瓦
1
13
混凝土攪拌機
JS-1000型 55千瓦
1
14
自動計量系統
PL-1200型
1
15
噴漿機
PZ-50B11千瓦
3
16
雷射指向儀
DJE-1型 127伏
2

質量控制

《大斷面斜井機械化作業線快速施工工法》的質量控制要求如下:
一、在煤礦斜井井筒施工中執行的規範和標準有:
1)《煤礦安全規程》(2006年版);
2)《煤礦建設安全規定》(試行,1997年版);
3)《礦山井巷工程施工及驗收規範》(GBJ 213-90);
4)《礦山井巷工程質量驗收評定標準》(MT 5009-94)。
二、按照ISO9001:2000國際質量管理體系標準編制了質量管理體系檔案,並已取得認證,在施工中嚴格執行。
三、斜井井筒質量要達到:
1)井筒淨寬不小於設計,不大於100毫米;
2)井筒淨高不小於設計要求,不大於100毫米;
3)噴身混凝土強度和厚度均不小於設計值;
4)表面平整度≤50毫米;
5)井筒竣工總漏水量≤6立方米,且不得有≥0.5立方米/小時集中出水點;
6)錨桿安裝符合質量要求,拉拔力≥設計值;
7)井筒底板(按腰線)允許偏差-30~+50毫米,鋪底厚度符合設計要求,底板表面平整度≤10毫米;
8)水溝、台階符合質量要求。

安全措施

採用《大斷面斜井機械化作業線快速施工工法》施工時,除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外,尚應遵守注意下列事項:
一、認真貫徹“安全第一、預防為主”的方針,根據國家有關規定、條例,結合施工單位實際,和工程具體特點,在施工項目部派駐安全監察員,項目部領導班子設專職安全副經理,施工區隊設安全網員,組成全面有效的安全監督、管理系統。
二、在斜巷運輸方面,認真執行中煤第五建設公司的《斜巷施工安全管理專項規定》,其主要內容如下:
1.提升司機實行雙監護。提升機司機必須持證上崗,提升控制室內必須裝備電視監控系統,且圖像清晰;同時要配齊人員,做到一人操作、一人監護,嚴禁疲勞操作。
2.絞車供電實行雙迴路。提升機高、低壓供電必須具備雙迴路要求,且供電電源可靠。
3.絞車保護實行“八加一”。提升機的“八大保護”裝置必須齊全有效,並配備後備保護裝置。
4.絞車司機必須做到“六不開”。絞車狀況不完好不開,鋼絲繩不合格不開,安全設施不齊全不開,信號設施不齊全不開,信號不清不開“四超”車輛無運輸措施不開。
5.把鉤人員必須做到“六不掛”。安全設施不齊全不可靠不掛,聯繫不清不掛,“四超”車輛無措施不掛,物料裝車不合格不掛,連線裝置不合格不掛,斜井(巷)內有行人不掛。
6.人車應有防跑車裝置。垂深超過50米應採用機械運送人員,運送人員的車輛應裝有可靠的防跑車裝置。
7.串車提升應設防脫鉤裝置。使用串車提升時,必須使用不能自行脫落的連線裝置並加裝保險繩,保險繩應按照提升鋼絲繩的要求進行日常檢查。使用“V型”礦車提升時,應裝置防翻斗、防掉斗、防跳銷裝置。
8.斜井提升應設語音提示。斜井(巷)斜長超過100米,必須裝設語言報警裝置。
9.斜井運輸要設“一坡三擋”。斜井運輸必須嚴格按照《煤礦安全規程》第370條的規定設定擋車裝置。
10.斜井運輸行車不行人。斜井運輸必須做到行人不行車、行車不行人,並有醒目的標識。
11.風水管線懸吊要規範。巷道內各種風水管及電纜的敷設方式、敷設地點、敷設高度、吊鉤等必須符合設計和安全要求,並做到美觀。
12.軌道鋪設質量必須符合要求。軌道、道岔鋪設必須達到《煤礦安全規程》第353條中有關規定。
13.項目部必須每班配備安檢員,進行相關檢查,檢查要嚴肅認真,嚴謹細緻;查出的問題反饋要及時準確,並填寫好檢查記錄,記錄必須真實齊全。
14.各工程處必須針對以上專項規定製定考核辦法,獎優罰劣,確保以上規定真正落到實處,切實加強斜井提升運輸管理,確保斜井施工安全,提高公司斜井施工管理水平。
三、加強頂板管理,嚴禁空頂作業,炮後及時敲幫問頂並進行臨時支護,永久支護跟跟耙矸機。
四、堅持“一炮三檢”和“三人連鎖放炮製,炮後檢查工作面,發現問題及時處理。
五、定期進行機電設備檢查,及時排除設備故障,確保正常運轉,避免失爆。
六、長距離噴漿要保證井上下的信號聯繫,發現問題及時處理。

環保措施

《大斷面斜井機械化作業線快速施工工法》的環保措施如下:
1.嚴格按照ISO14001:2004環境管理標準體系要求開展日常的各項工作。
2.成立對應的施工環境衛生管理機構,制定切實可行的環境管理目標,日常檢查,逐月考核,並和各級施工、管理人員工資、績效掛鈎。
3.在施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發的有關環境保護的法律、法規和規章,加強對施工排矸、生活垃圾、生產生活廢水的控制,加強對燃油、材料、設備的管理遵守有關防火及廢棄物處理的規章制度,與當地環保部門簽訂危險廢棄物處理的協定,妥善處置好危險廢棄物。
4.將施工場地和作業限制在工程建設允許的範圍內,合理布置臨時工業廣場,做到標牌清楚、齊全,各種標識醒目,施工場地及井下整潔文明。
5.防止矸石運輸及其他材料進場時的散落,防止沿途污染,必要時進行灑水降塵,防止塵土飛揚,按當地環保部門指定要求進行排放生產生活污水。

效益分析

《大斷面斜井機械化作業線快速施工工法》的實質就是充分發揮“三大二光一優”的優勢,推行項目法管理和“四六”平行作業,實現快速、優質、高效、安全施工,大大縮短建井工期,直接效益:
(1)節省井筒施工輔助費;
(2)減少建井期內貸款利息;
(3)礦井早投產,早收益。
最大社會效益是積累豐富斜井井筒施工經驗和施工技術,促進了中國建井技術的發展,提高了中國煤礦建設的速度,提高企業知名度,增強企業競爭能力。
實例之一:在寺河煤礦三個斜井施工中,先後11次打破月成井110米水平,最高月成井277米;其中主斜井平均月成井119.3米;連續五個月破110米水平。月成井破110米統計表見表5。井筒施工工期較契約提前4個月,工程質量評為部優工程,機械化程度95%以上,設備完好率100%,全員人均效率達25.6萬元/人年,實現了安全施工。節約人工費、材料費和輔助費達416.7萬元。不僅為建設單位節約投資和貸款利息2000餘萬元,而且僅井筒工期提前就可使礦井獲純利潤1.4億元。
表5 月成井破110米統計表
井簡名稱/時間
1996年
1997年
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
1月
2月
3月
主斜井
122.1
118.0
132.2
112.0
116.0
西斜井
110.0
162.2
277.0
108.0
副斜井
105
107
註:施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

截至2005年,中煤第五建設公司第一工程處採用《大斷面斜井機械化作業線快速施工工法》施工的礦井8對計斜井井筒近20個,總生產能力18.7百萬噸/年,月成井破110米的記錄30個。除正在施工的井筒外,都取得了效果,較突出的有五個工程,斜井機械化快速施工套用實例表見表6。
表6 斜井機械化快速施工套用實例表
序號
礦井名稱
設計產量(百萬噸/年)
斜井名稱
淨斷面(平方米)
傾角(度)
斜長(米)
開工日期
竣工日期
基岩段平均速度(米/月)
月超110米個數
最高速度(米/月)
安全情況
質量評定
晉城礦務局寺河煤礦
6.0
主斜井
18.3
16
768.3
1996年4月1日
1996年10月15日
118.2
5
132.2
安全
部優
副斜井
19.9
19
598.4
1996年4月1日
1996年9月
92
4
107
安全
部優
西斜井
16.8
16
1004
1996年5月1日
1997年6月1日
97
2
277
安全
/
西山礦務局電蘭煤礦
3.0
主斜井
18.1
16
933
1989年5月
1990年5月
77.5
2
104
安全
省優
副斜井
15
20
755
1989年5月
1990年3月
76
2
101
安全
省優
亞美大寧煤礦
1.2
主斜井
15.5
20
586.9
2001年4月
2001年10月
97.8
3
152
安全
省優
汾西礦務局中興煤礦(擴建)
1.8
主斜井
27.6
27
596.8
2001年5月1日
2001年8月31日
149.2
4
202
安全
部優
副斜井
13.7
20
625
2001年7月21日
2001年11月18日
159
5
328
安全
部優
分析礦務局雙柳主斜井
1.5
主斜井
14.7
17
592
1999年11月30日
2000年5月3日
98.7
3
125
安全
部優
曙光煤礦實例:曙光煤礦位於孝義市下棚鄉南道村,2003年5月開工建設2004年2月11日井筒順利落底。
主斜井井筒掘進斷面18.05平方米,傾角22°,長1023.2米;井筒布置兩套單鉤提升系統。主提升絞車為JK-2.5/20型,前卸式6.0立方米箕斗排,副提升絞車為JK-2.0/20,1噸礦車串車(3輛/鉤)輔助運輸;安裝20立方米轉載石倉,迎頭工作面配備0.9立方米耙研機一台,施工初期噴漿採用長距離輸料,選用PZ-5B型噴漿機,井口設定兩台噴漿機,後期井口噴漿機移至井下,利用副提升串車下料,不占用箕斗提升排矸時間,以滿足快速施工需要。見施工主要設備表7。
表7 施工主要設備表
序號
設備名稱
規格型號
數量
備註
提升設備
1
提升機
JTP-1.6/20
3台
2
提升天輪
Φ1600
3個
裝岩排矸設備
1
耙裝機
PB-30B
1台
PB-60B
2台
2
箕斗
4立方米
3台
通風、排水、壓風
1
風動泵
BQF-50/25
3台
2
局部通風機
JBT-51-2
1台
11千瓦
3
壓風機
5L-40/8
2台
備用一台
4L-20/8
1台
混凝土攪拌、輸送設備
1
攪拌機
JQ-500
3台
強制式
2
噴漿機
PZ-5B
3台
供電設備
1
變壓器
S7-800/10/6千伏
1台
2
變壓器
S7-630/10/0.4千伏
1台
3
礦用變壓器
KBSG-315/6/0.69千伏
1台
其他設備
1
裝載機
ZB-50
1台
2
自卸汽車
斯太爾 11噸
3台
3
平板汽車
斯太爾 11噸
2台
4
電焊機
BX3-500
2台
按照作業工藝要求,採取專業和固定工序作業方式,“四六”制平行作業,掘進與噴漿平行作業,每個圓班完成3個循環。
在工程施工的管理形式上採用項目法管理,根據作業方式、工期要求按各專業工種配備勞動力。勞動力配備94人,後勤及輔助人員58人,管理技術人員15人,總人數167人。具體見表8井下人員配備表和表9後勤輔助人員配備表。
表8 井下人員配備表
序號
工種名稱
班次
一班
二班
三班
四班
小計
備註
1
打眼工
6
6
6
2
20
2
點眼工
1
1
1
1
4
3
放炮員
2
2
2
6
4
班長
1
1
1
1
4
5
耙矸機司機
1
1
1
1
4
6
信號工
1
1
1
1
4
7
機電維修工
1
1
1
1
4
8
跟班幹部
1
1
1
1
4
9
噴漿手
1
1
1
2
5
10
照燈工
2
4
11
上料工
4
4
12
噴漿機司機
2
2
13
刷幫工
2
2
14
井口信號工
6
三八制
15
井口把鉤工
3
三八制
16
紋車司機
9
三八制
17
其他
2
2
2
2
8
合計
94
表9 後勤輔助人員配備表
序號
工種
人數
備註
1
變電所
3
2
壓風機房
3
3
食堂
12
4
澡堂
2
5
更衣室
4
6
汽車司機
5
7
搬運工
12
8
機電維修工
12
9
供應
5
合計
58
曙光項目部2003年5月份開工以來,連續7個月超百米,連續3個月超15米,2003年8月份創造月成井180米,工程質量全優,安全無事故。

榮譽表彰

2008年1月31日,中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》,《大斷面斜井機械化作業線快速施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。

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