张集矿钻井法施工超大直径井立井井筒井壁预制施工实践
张集矿钻井法施工超大直径井立井井筒
井壁预制施工实践
摘要 本文介绍了中煤特凿公司在张集矿风井区钻井法预制立井井筒超大直径、高标号混凝土井壁过程中，大胆革新技术、科学管理、果断决策，成功地解决了用高强泵送混凝土预制井壁过程中堵管、气孔多、烂根等技术难题，在张集矿风井区井壁预制施工中取得显著成效，有效保证井壁的质量。
关键词 钻井法、井壁预制、高强、泵送混凝土、堵管
1 工程概况
张集煤矿位于安徽省凤台县境内，一矿三区（中央区、北区、风井区），年产量1000万吨（中央区600万吨，北区400万吨），是安徽省首个千万吨级大矿。正在建设中的风井区设计一个进风井和一个回风井两个井筒，两井均采用钻井法施工，深度分别为537.5和517.5m，其中回风井采用钻井法施工440没，进风井采用钻井法施工458m。两井净直径分别为8.3m、7.2m，荒径分别为9.6m和10.8m。两井均为钢筋混凝土和双层钢板复合井壁结构，混凝土标号为C30～C80。在地面预制井壁施工中，为加快施工进度，保证井壁浇筑质量，减少设备、人员投入和占地面积，两井共用一个搅拌站，最远输送距离150m，国内目前还没有C60～C80高标号混凝土实现泵送的成功经验可以借鉴。为此，经与安徽理工大学、合肥煤炭设计研究院合作，反复研究实验，在保证井壁设计的前提下，顺利实现了高强度混凝土的泵送连续浇筑。
2 井壁预制施工方案
2.1 井壁设计概况
按照合肥煤炭设计研究院设计的张集煤矿风井区进风井和回风井的钻井井壁施工图，回风井设计105节井壁，其中钢筋砼井壁62节，双层钢板复合井壁43节，井壁底1节，壁厚为750mm和550mm两种；进风井设计138节，其中钢筋砼井壁73节，双层钢板复合井壁64节，井壁底1节，壁厚为600mm、650mm和800mm。砼强度等级为C30、C40、C50、C60、C65、C70和C80。具体参数见下表。
表1： 西回风井井壁类型及参数表
井壁
类型 井壁
结构 节数
（节） 节高
（m） 壁厚
（mm） 砼强度等级 钢板厚度（mm）
内 外
Ⅹ 钢筋砼 15 5.0 550 C30
Ⅸ 钢筋砼 5 5.0 550 C40
Ⅷ 钢筋砼 6 5.0 550 C50
Ⅶ 钢筋砼 27 4.0 750 C50
Ⅵ 钢筋砼 8 4.0 750 C60
Ⅴ 双层钢板砼 18 3.8 750 C60 10 10
Ⅳ 双层钢板砼 23 3.8 750 C65 16 10
Ⅲ 双层钢板砼 1 4.0 550 C60 10 10
Ⅱ 双层钢板砼 1 3.7 550 C60 10 10
Ⅰ 钢筋砼 1 4.75 550 C80
表1： 西回风井井壁类型及参数表
井壁
类型 井壁
结构 节数
（节） 节高
（m） 壁厚
（mm） 砼强度等级 钢板厚度（mm）
内 外
Ⅺ 钢筋砼 23 3.8 650 C30
Ⅹ 钢筋砼 7 3.8 650 C40
Ⅸ 钢筋砼 5 3.8 650 C50
Ⅷ 钢筋砼 7 3.8 650 C60
Ⅶ 钢筋砼 31 3.1 800 C60
Ⅵ 双层钢板砼 26 800 C60 10 10
Ⅴ 双层钢板砼 8 3.0 800 C65 10 10
Ⅳ 双层钢板砼 6 3.0 800 C65 16 10
Ⅲ 双层钢板砼 19 3.0 800 C65 20 16
Ⅱ 双层钢板砼 6 4.0 600 C65 10 10
Ⅰ 钢筋砼 1 3.1 600 C70
2.2 井壁预制施工方案
井壁采用地面预制施工，即按照一定的工艺流程将各节井壁在相应的基础上（井壁底需要单独挖地膜）施工后，再进行养护，待达到设计强度的70％后浆其按照一定次序吊运排放。
其工艺流程如下所示：
a、钢筋砼井壁预制流程
b、双层钢板复合井壁流程
特点：井壁在地面预制，强度高，质量好，速度快，使井筒滴水不漏。
3 井壁预制设备选用
3.1龙门吊机
根据图纸要求，每节井壁的混凝土用量约70m3，最大重量达192t，选用80T、300T龙门吊机各一台，200T龙门吊机2台。80T龙门吊由河南矿山起重机有限公司制造，用于两个井筒井壁上下法兰盘、和钢板筒的下料、组焊；200T龙门吊由淮南矿山机械长制造，用于井壁下沉、吊运井壁；300T龙门吊由上海永致机电设备有限公司制造，用于井壁浇灌、振捣和吊运，门吊上有两台10T辅助电动葫芦用于吊挂外吊盘和安装、拆除模板等动作。龙门吊主要技术参数
名称 规格
（型号） 轨距
m 主钩额定起吊重量t 副钩额定起吊重量t 辅助电葫芦起重机
T 额定总功率
Kw
龙门吊 200t/12m 12 200 30 4台×5T 120
龙门吊 300t-18m 18 300 30 2台×10T 210
龙门吊 80t-18m 18 80 10 / 80
龙门吊 200t/10.7m 10.7 200 / 4台×5T 100
3.2 砼搅拌站
井壁预制采用山东鑫路通建设机械集团公司生产制造的HZS40型砼搅拌站，可进行人工和电脑自动化控制的自由转换。配套主机为JS750型双卧强制式搅拌机，并配备PL1200一字三斗型配料机一台、SNC100水泥仓三座（两座装水泥，一座装粉煤灰）、LSJ20螺旋输送机三台、KR-H/B50B微机控制系统和水、水泥、外加剂计量装置各一套。
3.3 砼输送泵
两台HBT60G型输送泵，一台正常使用，一台备用。
3.4 洗料设备
洗料设备选用500mm宽皮带输送机2台、800mm宽皮带输送机2台、洗砂机、洗渣机、装在机各一台。
4 高强混凝土泵送混凝土的配制
4.1 对泵送混凝土的要求
针对配制高强高性能泵送混凝土，加之预制的井壁要具有强度高、抗裂、防渗水等功能，配置高强泵送混凝土应满足以下要求：
（1）、胶体性好，配制的高性能混凝土在大塌落度下不分层离析，不泌水，使泵送混凝土出料时连续不间断。
（2）、流动性好，砼塌落度应控制在16mm～20mm之间，塌落度过小，输送泵打不动，塌落度过大影响强度。
（3）、摩擦阻力小，严格控制粗骨料的针片状含量，适当掺加粉煤灰或磨细矿渣以降低摩擦阻力。
（4）、低水化热，高耐久性。
（5）、防裂、抗渗。
（6）、原材料来源广泛，采集容易，配制简单。
4.2 高强泵送混凝土配比设计
经过和安徽理工大学地下结构工程研究所合作，对混凝土的配比进行试验研究，做到既能满足强度要求，又要具有流动性，实现泵送。混凝土具体配比如下表。
泵送混凝土配合比
Kg/m3
强度等级 水 水泥 砂 石子 外加剂 粉煤灰
C30 175 PO42.5,320 800 1060 ZF-1,3.0 60
C40 170 PO42.5,370 730 1080 ZF-1,3.0 80
C50 161.2 PO42.5,450 672.1 1096.7 ZF-1,3.0 70
C60
C65 154 PO52.5，400 653.4 1112.6 6.5 130
回风井锅底设计为椭圆旋转厚壳结构，外半径R达4488mm，而厚度只有550mm，应力集中，为保证井壁下沉安全，确保万无一失，经再次与安徽理工大学地下工程结构研究所合作，研制C80高标号混凝土，其配比如下：
C80配比
Kg/m3
水泥 硅粉 矿渣 粉煤灰 水 砂 碎石 外加剂
400 40 80 80 132 601.3 1116.7 18
塌落度要求控制在160mm～180mm
5、质量控制
混凝土的泵送质量取决于混凝土的配比、外加剂的品种和掺量、外掺活性混合料的品种及用量、施工工艺、以及现场的环境条件等。为了保证高强混凝土的泵送质量，我们采取以下措施：
(1)、控制水泥用量，采用优质高标号水泥（C30～C50选用巢湖PO42.5普通水泥，C60～C80选用海螺PO52.5R普通水泥），并掺加高品质超细活性混合料（淮南洛河电厂）——粉煤灰，可以提高混凝土的可泵性，粉煤灰还对混凝土拌合料和易性的改善有一定的好处，使泌水减少。
（2）、采用优质骨料，并适当控制砂率。细骨料黄砂选用河南固始中粗砂，细度模数为2.5～2.8；粗骨料石子的选用，C30～C50选用淮南谢家集石灰岩C50以上选用明光产的玄武岩，规格为5～31.5mm连续粒级。
（3）、制定专门的操作规程和施工安全技术措施，并严格按规程操作，按措施施工，特别是在保证搅拌时间、控制水灰比和管路冲洗等方面，必须严格实施才能保证泵送工作的万无一失。
（4）、实行甲方和监理现场跟班制度，全程监控泵送和振捣全过程，确保每节井壁过振、漏振导致井壁浇筑质量。
6 效益
1、煤矿西回风井和进风井井壁预制采用泵送高强度混凝土浇灌，简化了施工环节，降低了劳动强度，井壁浇筑时间由灌装法每节8～10小时缩短到3.5～5小时。每节井壁出勤人员相比山东龙固矿井减少10人，效益显著。
2、井壁质量经验收全部合格，杜绝了过去高强度混凝土浇筑产生的蜂窝、麻面、空洞、烂根等现象。
3、2007年6月计划浇筑井壁20节，实际完成30节，打破同类井壁浇筑25节的记录，为今后组织快速浇筑高强度混凝土井壁提供了参考，积累了经验。
井壁预制施工实践
摘要 本文介绍了中煤特凿公司在张集矿风井区钻井法预制立井井筒超大直径、高标号混凝土井壁过程中，大胆革新技术、科学管理、果断决策，成功地解决了用高强泵送混凝土预制井壁过程中堵管、气孔多、烂根等技术难题，在张集矿风井区井壁预制施工中取得显著成效，有效保证井壁的质量。
关键词 钻井法、井壁预制、高强、泵送混凝土、堵管
1 工程概况
张集煤矿位于安徽省凤台县境内，一矿三区（中央区、北区、风井区），年产量1000万吨（中央区600万吨，北区400万吨），是安徽省首个千万吨级大矿。正在建设中的风井区设计一个进风井和一个回风井两个井筒，两井均采用钻井法施工，深度分别为537.5和517.5m，其中回风井采用钻井法施工440没，进风井采用钻井法施工458m。两井净直径分别为8.3m、7.2m，荒径分别为9.6m和10.8m。两井均为钢筋混凝土和双层钢板复合井壁结构，混凝土标号为C30～C80。在地面预制井壁施工中，为加快施工进度，保证井壁浇筑质量，减少设备、人员投入和占地面积，两井共用一个搅拌站，最远输送距离150m，国内目前还没有C60～C80高标号混凝土实现泵送的成功经验可以借鉴。为此，经与安徽理工大学、合肥煤炭设计研究院合作，反复研究实验，在保证井壁设计的前提下，顺利实现了高强度混凝土的泵送连续浇筑。
2 井壁预制施工方案
2.1 井壁设计概况
按照合肥煤炭设计研究院设计的张集煤矿风井区进风井和回风井的钻井井壁施工图，回风井设计105节井壁，其中钢筋砼井壁62节，双层钢板复合井壁43节，井壁底1节，壁厚为750mm和550mm两种；进风井设计138节，其中钢筋砼井壁73节，双层钢板复合井壁64节，井壁底1节，壁厚为600mm、650mm和800mm。砼强度等级为C30、C40、C50、C60、C65、C70和C80。具体参数见下表。
表1： 西回风井井壁类型及参数表
井壁
类型 井壁
结构 节数
（节） 节高
（m） 壁厚
（mm） 砼强度等级 钢板厚度（mm）
内 外
Ⅹ 钢筋砼 15 5.0 550 C30
Ⅸ 钢筋砼 5 5.0 550 C40
Ⅷ 钢筋砼 6 5.0 550 C50
Ⅶ 钢筋砼 27 4.0 750 C50
Ⅵ 钢筋砼 8 4.0 750 C60
Ⅴ 双层钢板砼 18 3.8 750 C60 10 10
Ⅳ 双层钢板砼 23 3.8 750 C65 16 10
Ⅲ 双层钢板砼 1 4.0 550 C60 10 10
Ⅱ 双层钢板砼 1 3.7 550 C60 10 10
Ⅰ 钢筋砼 1 4.75 550 C80
表1： 西回风井井壁类型及参数表
井壁
类型 井壁
结构 节数
（节） 节高
（m） 壁厚
（mm） 砼强度等级 钢板厚度（mm）
内 外
Ⅺ 钢筋砼 23 3.8 650 C30
Ⅹ 钢筋砼 7 3.8 650 C40
Ⅸ 钢筋砼 5 3.8 650 C50
Ⅷ 钢筋砼 7 3.8 650 C60
Ⅶ 钢筋砼 31 3.1 800 C60
Ⅵ 双层钢板砼 26 800 C60 10 10
Ⅴ 双层钢板砼 8 3.0 800 C65 10 10
Ⅳ 双层钢板砼 6 3.0 800 C65 16 10
Ⅲ 双层钢板砼 19 3.0 800 C65 20 16
Ⅱ 双层钢板砼 6 4.0 600 C65 10 10
Ⅰ 钢筋砼 1 3.1 600 C70
2.2 井壁预制施工方案
井壁采用地面预制施工，即按照一定的工艺流程将各节井壁在相应的基础上（井壁底需要单独挖地膜）施工后，再进行养护，待达到设计强度的70％后浆其按照一定次序吊运排放。
其工艺流程如下所示：
a、钢筋砼井壁预制流程
b、双层钢板复合井壁流程
特点：井壁在地面预制，强度高，质量好，速度快，使井筒滴水不漏。
3 井壁预制设备选用
3.1龙门吊机
根据图纸要求，每节井壁的混凝土用量约70m3，最大重量达192t，选用80T、300T龙门吊机各一台，200T龙门吊机2台。80T龙门吊由河南矿山起重机有限公司制造，用于两个井筒井壁上下法兰盘、和钢板筒的下料、组焊；200T龙门吊由淮南矿山机械长制造，用于井壁下沉、吊运井壁；300T龙门吊由上海永致机电设备有限公司制造，用于井壁浇灌、振捣和吊运，门吊上有两台10T辅助电动葫芦用于吊挂外吊盘和安装、拆除模板等动作。龙门吊主要技术参数
名称 规格
（型号） 轨距
m 主钩额定起吊重量t 副钩额定起吊重量t 辅助电葫芦起重机
T 额定总功率
Kw
龙门吊 200t/12m 12 200 30 4台×5T 120
龙门吊 300t-18m 18 300 30 2台×10T 210
龙门吊 80t-18m 18 80 10 / 80
龙门吊 200t/10.7m 10.7 200 / 4台×5T 100
3.2 砼搅拌站
井壁预制采用山东鑫路通建设机械集团公司生产制造的HZS40型砼搅拌站，可进行人工和电脑自动化控制的自由转换。配套主机为JS750型双卧强制式搅拌机，并配备PL1200一字三斗型配料机一台、SNC100水泥仓三座（两座装水泥，一座装粉煤灰）、LSJ20螺旋输送机三台、KR-H/B50B微机控制系统和水、水泥、外加剂计量装置各一套。
3.3 砼输送泵
两台HBT60G型输送泵，一台正常使用，一台备用。
3.4 洗料设备
洗料设备选用500mm宽皮带输送机2台、800mm宽皮带输送机2台、洗砂机、洗渣机、装在机各一台。
4 高强混凝土泵送混凝土的配制
4.1 对泵送混凝土的要求
针对配制高强高性能泵送混凝土，加之预制的井壁要具有强度高、抗裂、防渗水等功能，配置高强泵送混凝土应满足以下要求：
（1）、胶体性好，配制的高性能混凝土在大塌落度下不分层离析，不泌水，使泵送混凝土出料时连续不间断。
（2）、流动性好，砼塌落度应控制在16mm～20mm之间，塌落度过小，输送泵打不动，塌落度过大影响强度。
（3）、摩擦阻力小，严格控制粗骨料的针片状含量，适当掺加粉煤灰或磨细矿渣以降低摩擦阻力。
（4）、低水化热，高耐久性。
（5）、防裂、抗渗。
（6）、原材料来源广泛，采集容易，配制简单。
4.2 高强泵送混凝土配比设计
经过和安徽理工大学地下结构工程研究所合作，对混凝土的配比进行试验研究，做到既能满足强度要求，又要具有流动性，实现泵送。混凝土具体配比如下表。
泵送混凝土配合比
Kg/m3
强度等级 水 水泥 砂 石子 外加剂 粉煤灰
C30 175 PO42.5,320 800 1060 ZF-1,3.0 60
C40 170 PO42.5,370 730 1080 ZF-1,3.0 80
C50 161.2 PO42.5,450 672.1 1096.7 ZF-1,3.0 70
C60
C65 154 PO52.5，400 653.4 1112.6 6.5 130
回风井锅底设计为椭圆旋转厚壳结构，外半径R达4488mm，而厚度只有550mm，应力集中，为保证井壁下沉安全，确保万无一失，经再次与安徽理工大学地下工程结构研究所合作，研制C80高标号混凝土，其配比如下：
C80配比
Kg/m3
水泥 硅粉 矿渣 粉煤灰 水 砂 碎石 外加剂
400 40 80 80 132 601.3 1116.7 18
塌落度要求控制在160mm～180mm
5、质量控制
混凝土的泵送质量取决于混凝土的配比、外加剂的品种和掺量、外掺活性混合料的品种及用量、施工工艺、以及现场的环境条件等。为了保证高强混凝土的泵送质量，我们采取以下措施：
(1)、控制水泥用量，采用优质高标号水泥（C30～C50选用巢湖PO42.5普通水泥，C60～C80选用海螺PO52.5R普通水泥），并掺加高品质超细活性混合料（淮南洛河电厂）——粉煤灰，可以提高混凝土的可泵性，粉煤灰还对混凝土拌合料和易性的改善有一定的好处，使泌水减少。
（2）、采用优质骨料，并适当控制砂率。细骨料黄砂选用河南固始中粗砂，细度模数为2.5～2.8；粗骨料石子的选用，C30～C50选用淮南谢家集石灰岩C50以上选用明光产的玄武岩，规格为5～31.5mm连续粒级。
（3）、制定专门的操作规程和施工安全技术措施，并严格按规程操作，按措施施工，特别是在保证搅拌时间、控制水灰比和管路冲洗等方面，必须严格实施才能保证泵送工作的万无一失。
（4）、实行甲方和监理现场跟班制度，全程监控泵送和振捣全过程，确保每节井壁过振、漏振导致井壁浇筑质量。
6 效益
1、煤矿西回风井和进风井井壁预制采用泵送高强度混凝土浇灌，简化了施工环节，降低了劳动强度，井壁浇筑时间由灌装法每节8～10小时缩短到3.5～5小时。每节井壁出勤人员相比山东龙固矿井减少10人，效益显著。
2、井壁质量经验收全部合格，杜绝了过去高强度混凝土浇筑产生的蜂窝、麻面、空洞、烂根等现象。
3、2007年6月计划浇筑井壁20节，实际完成30节，打破同类井壁浇筑25节的记录，为今后组织快速浇筑高强度混凝土井壁提供了参考，积累了经验。