以月度期望指標(biāo)驗算每班的矸石量，確定無軌斜井運碴車的型號，通過無軌斜井運碴車的后幫高度，結(jié)合電機(jī)滾筒的拋灑曲線，確定了第二運輸機(jī)電機(jī)滾筒的高度。工程概況地質(zhì)及凍結(jié)方案，提出了掘進(jìn)120型扒渣機(jī)出渣配套無軌斜井運碴車運輸及斜井配套方案，分析了采用EBZ160綜掘機(jī)掘進(jìn)，翻新二手斜井扒渣機(jī)定制二運皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)，無軌斜井運碴車出矸，井下無靜電無火花切割機(jī)實施錨索、刮板安全不動火切割作業(yè)，內(nèi)、外壁采用滑模臺車，軌道式混凝土攪拌運輸車運輸混凝土到混凝土輸送泵澆筑采用該方案需要解決的諸多問題，然后針對這些問題，提出了有效的解決對策，最后給出了施工組織與進(jìn)度展示。以供同行們進(jìn)行參考借鑒。
1 工程概況
位于陜北侏羅紀(jì)煤田榆橫礦區(qū)東北部，榆溪河以西，無定河以北，古長城西北處。井田東距榆林市約20 km，井田面積231.1 km2，行政區(qū)劃隸屬榆林市榆陽區(qū)小紀(jì)汗鄉(xiāng)、巴拉素鎮(zhèn)及芹河鄉(xiāng)。由陜西中能煤田投資建設(shè)，西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司設(shè)計施工總承包。
煤礦采用立井+斜井混合開拓方式，中十冶承建副斜井井筒工程，該井筒技術(shù)參數(shù)如表1所示。
2 地質(zhì)及凍結(jié)方案簡介
由于副斜井井筒的靜水位為-1.5～ 1.8 m，根據(jù)業(yè)主提供的地質(zhì)報告顯示，井筒按原設(shè)計方案向前施工，第四系風(fēng)積沙厚度為99.8 m，井筒穿越強(qiáng)含水砂層長度超過1200 m，無論采用何種掘砌方案，成本均超控。按照多次專家會議論證，結(jié)合補(bǔ)勘資料，斜井井筒于里程點0+250.3 m處完成184°轉(zhuǎn)向，采用凍結(jié)方案進(jìn)入基巖段，第四系風(fēng)積沙厚度為65 m，凍結(jié)垂深為16.127～90.433 m，即基巖上平面距井筒荒頂板≥10 m，斜井凍結(jié)長度降至661.091 m。
凍結(jié)每40 m分為一段，每段設(shè)置封頭孔，共設(shè)置17排中排凍結(jié)管。井筒荒徑外側(cè)固定距離設(shè)置邊排孔，根據(jù)凍結(jié)深度、地下水的流速以及凍結(jié)開機(jī)至交圈時間的驗算，以控制掘砌開始時間。每排中孔分為3個，井筒荒徑內(nèi)均勻布置，主管除井筒荒斷面內(nèi)采用Φ133無縫鋼管，外側(cè)包裹保溫材料實行保溫凍結(jié)外，其余均采用Φ89無縫鋼管作為回路，采用內(nèi)嵌式PVC管作為去路。
每一段的荒徑以外、底板、頂板的有效凍結(jié)壁厚度分別為3.5 m、4 m、6 m。
3 掘進(jìn)及配套方案的提出
(1)采用7655鑿巖機(jī)普通鉆爆法掘進(jìn)，翻新二手斜井扒渣機(jī)出矸，無軌運碴車運輸出井，滿堂架支設(shè)碹胎，人工上料澆筑。
該方案為傳統(tǒng)方案，經(jīng)過初步驗算，月進(jìn)度為150～200m，造價投入低，鉆爆施工是目前效率最高、成本最低的快速唯一方案。
(2)采用EBH90雙滾筒綜掘機(jī)掘進(jìn)，鏟車出矸，滿堂架支設(shè)碹胎，人工上料澆筑。
經(jīng)過初步驗算，月進(jìn)度為90～120 m。由于凍結(jié)段斷面大，巖層變化大，硬度受限制，采用上述綜掘機(jī)掘進(jìn)時，縱向掘進(jìn)需要分臺階，橫向掘進(jìn)需要多次定位，并且在凍結(jié)段內(nèi)未設(shè)置調(diào)車硐室，掘進(jìn)及出矸效率極其低下。滿堂架支設(shè)碹胎，人工上料澆筑，安全得不到保證，工人勞動強(qiáng)度極大，效率極其低下，質(zhì)量得不到有效的控制，直接否決。
(3)采用EBZ160綜掘機(jī)掘進(jìn)，定制二運轉(zhuǎn)載，無軌膠輪車出矸，內(nèi)、外壁采用滑模臺車，混凝土輸送泵澆筑采用該方案需要解決以下諸多問題：
①綜掘機(jī)的自重和凍結(jié)底板強(qiáng)度的匹配，和井筒內(nèi)底板已割除凍結(jié)管的覆壓問題；
②綜掘機(jī)對凍結(jié)管的擾動問題；
③控頂距的控制問題；
④掘進(jìn)、支護(hù)中的定向問題；
⑤定制轉(zhuǎn)載二運的長度和段長的控制，以及機(jī)尾高度和無軌膠輪車的裝載匹配問題；
⑥內(nèi)壁墻部鋼筋對外模臺車的影響問題；
⑦內(nèi)、外模臺車門洞的預(yù)留規(guī)格問題，需滿足轉(zhuǎn)載二運和無軌膠輪車的運行問題；
⑧內(nèi)、外模臺車的距離控制，以及混凝土輸送泵的距離控制問題；
⑨各工序穿插、平行施工控制，提高機(jī)械化配套效率的問題。
雖然有上述諸多問題，但綜合機(jī)械化程度高，從掘進(jìn)、運輸、支護(hù)等各方面全部實現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，經(jīng)初步推演，月進(jìn)度能夠達(dá)到90～150 m，并且具有以下幾個優(yōu)點：
(1)采取一定的措施對凍結(jié)體的穩(wěn)定性無影響，提高了施工安全。
(2)采用一定的掘進(jìn)方案，支護(hù)能及時到位，能夠解決控頂距的問題；
(3)降低了工人勞動強(qiáng)度，極大提高了人工工效；
(4)巷道成型規(guī)整，幾乎沒有超挖現(xiàn)象的發(fā)生。
為保證施工質(zhì)量及施工安全，我們比對了各項配套方案，決定采用第一與第三項結(jié)合掘進(jìn)及配套方案。
4 問題的解決
(1)通過和凍結(jié)單位的溝通，進(jìn)行的科學(xué)的驗算，計算出凍結(jié)底板在接地履帶范圍內(nèi)能夠承受的最大單位壓力，來反推驗證綜掘機(jī)的接地比壓，最終確定EBZ160綜掘機(jī)完全可以在凍結(jié)底板上運行。為保證履帶不覆壓底板已割除凍結(jié)管，在履帶行走前，人工采用風(fēng)鎬將凍結(jié)管周圍的凍結(jié)體向設(shè)計荒底板多挖掘200，挖掘半徑以滿足井下無靜電無火花切割機(jī)割除為前提即可。
(2)加強(qiáng)對綜掘機(jī)司機(jī)的培訓(xùn)，加強(qiáng)班長、帶班項目部領(lǐng)導(dǎo)的安全專盯工作，掘進(jìn)機(jī)的炮頭只許在凍結(jié)管之間運行，規(guī)范操作，不得觸碰凍結(jié)管，防止對凍結(jié)體產(chǎn)生擾動。
(3)由于井筒設(shè)計斷面高度較高，綜掘機(jī)一次定位高度達(dá)不到設(shè)計高度，采用正臺階法掘進(jìn)，每次掘進(jìn)上臺階長度為6 m，掘進(jìn)到位后，進(jìn)行下臺階刷底工作，一次刷掘到設(shè)計底板，為減少人工刷幫量，最小控頂距為2 m，最大控頂距為8 m。
(4)采用激光進(jìn)行方位及坡度的控制，頂、兩幫各一道共三道激光，保證了井筒掘進(jìn)的規(guī)整及成型，解決了掘進(jìn)、支護(hù)的定向問題。
(5)經(jīng)過方案的反復(fù)驗證及推演，結(jié)合綜掘機(jī)的長度，循環(huán)段長以及平行操作空間，確定第二運輸機(jī)的長度為15 m。以月度期望指標(biāo)驗算每班的矸石量，確定無軌斜井運碴車的型號，通過無軌斜井運碴車的后幫高度，結(jié)合電機(jī)滾筒的拋灑曲線，確定了第二運輸機(jī)電機(jī)滾筒的高度。
(6)內(nèi)壁采用雙層鋼筋混凝土支護(hù)，在澆筑外壁前，必須將一次底板澆筑到位，墻部鋼筋必須預(yù)先埋設(shè)，而外壁臺車的脫模高度為100，為使鋼筋的安裝滿足規(guī)范要求，內(nèi)外環(huán)筋采用套管和底板預(yù)埋鋼筋連接，預(yù)埋鋼筋裸露底板高度≤90mL，解決了內(nèi)壁鋼筋對外壁臺車的影響。
(7)根據(jù)無軌斜井運碴車的高度+第二運輸機(jī)電機(jī)滾筒的高度，確定了內(nèi)、外壁臺車的門洞高度，根據(jù)無軌斜井運碴車的寬度、行人安全間隙及綜掘機(jī)鏟板的寬度，確定了內(nèi)、外壁臺車的門洞高度。以達(dá)到臺車的運行獨立，矸石裝載、轉(zhuǎn)運獨立的效果。
(8)為便于操作，減少輸送泵管的安裝工作量，確定內(nèi)壁滯后于外壁1～2個循環(huán)，即6～12 m，混凝土輸送泵滯后內(nèi)壁4～10 m?；炷敛捎玫孛鎻S區(qū)內(nèi)提供的商品混凝土，采用軌道式混凝土攪拌運輸罐車運送達(dá)混凝土輸送泵前，保證了混凝土運輸途中攪拌的質(zhì)量和澆筑的連續(xù)性。這樣既保證了一次成巷的要求，又保證了邊排凍結(jié)管的解凍要求，積極釋放了凍結(jié)能量，為后續(xù)工程的推進(jìn)提供了能量保障。
5 施工組織
根據(jù)工作需要，配備齊全各熟練工種、熟練掌握施工操作技術(shù)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和安全知識的人員，科學(xué)配備有凍結(jié)施工經(jīng)驗的隊組。
為實現(xiàn)快速、優(yōu)質(zhì)、安全、高效施工，施工組織上實行多工序平行、交叉作業(yè)，為使這種作業(yè)方式在有限的空間內(nèi)有秩序按計劃均衡地進(jìn)行，堅持以工序為中心的組織方法成立綜合隊，在施工中堅持正規(guī)循環(huán)作業(yè)。
為保證機(jī)械化配套設(shè)備的最大利用率，鉆爆施工翻新二手斜井扒渣機(jī)采用了以下施工組織方案：
(1)平行作業(yè)工序。
①工作面全斷面掘進(jìn)工序和內(nèi)壁防水塑料薄板的鋪設(shè)，鋼筋的綁扎工序平行。
②工作面刷掘工序和底拱鋪設(shè)、底板鋼筋綁扎工序、移內(nèi)壁臺車工序平行。
③澆筑一次底板、澆筑內(nèi)壁和工作面架棚工序平行。
④移外壁臺車和工作面兩側(cè)挖掘柱窩、架棚工序平行。
(2)掘進(jìn)：采用翻新二手斜井扒渣機(jī)掘進(jìn)出渣，無軌斜井運碴車運輸出井。
(3)一次支護(hù)：掘進(jìn)段長為6 m，一個段長掘進(jìn)完畢后，立即架設(shè)除反拱后的其它工字鋼棚，架設(shè)好工字鋼棚后，敷設(shè)金屬網(wǎng)。
(4)底板支護(hù)：除去翻新二手斜井扒渣機(jī)的操作合運行空間，底板澆筑滯后翻新二手斜井扒渣機(jī)3m，即一次底板距工作面為9～15m。
(5)內(nèi)、外壁的澆筑：當(dāng)?shù)装鍧仓戤吅?，立即轉(zhuǎn)入內(nèi)壁澆筑工作。外壁滯后底板2 m，內(nèi)壁滯后外壁6～12 m，一次澆筑段長為6 m。
依次平行向前推進(jìn)。
6 進(jìn)度展示
從2016年3月1日―2017年10月31日，實際有效施工天數(shù)為193 d，成巷進(jìn)尺為348 m，月平均進(jìn)度達(dá)到153m，其中2014年8月創(chuàng)造全國凍結(jié)成井最高紀(jì)錄210m，2014年9月成井163m，2014年11月再次刷破紀(jì)錄達(dá)到230 m，實現(xiàn)了工程進(jìn)度預(yù)期目標(biāo)。
7 幾點說明
(1)該工程為特厚強(qiáng)含水松散層內(nèi)凍結(jié)鑿井工程。該工程掘進(jìn)集特厚、連續(xù)、均勻砂層和強(qiáng)含水松散層等國內(nèi)難題于一身，而該條件下的長斜井凍結(jié)鑿井技術(shù)更為復(fù)雜，施工難度最大、突發(fā)危險最大、影響工期最大。該凍結(jié)斜井無論長度、地質(zhì)條件、機(jī)械化程度均為國內(nèi)同類工程NO。
(2)我們聘請了國內(nèi)凍結(jié)專家孟教授領(lǐng)銜的專家團(tuán)隊作為專家咨詢組，持續(xù)改進(jìn)和改善施工中遇到的各種難題。
(3)隨著工序接替的成熟，各工種之間配合的嫻熟，機(jī)械化配套的進(jìn)一步完善，在大斷面、大跨度、支護(hù)工藝繁復(fù)的條件下，月平均進(jìn)度可望達(dá)到55～60 m。
