矿井主副井井筒施工组织设计

某矿井主副井井筒掘砌工程施工组织设计

1 前言

五沟矿井隶属于皖北煤电集团,位于淮北市濉溪县境内，设计生产能力0.6mt/a，立井开拓，在工业场地内有主、副、风井三个井筒。

通过公开竞标，我处承建主、副井井筒及相关硐室的施工，为确保安全、快速、高效地完成该工程，特编写该施工组织设计以指导施工。

施工组织设计编制依据：

（1）皖北煤电集团五沟矿井主副井掘砌工程招标文件及其招标答疑材料； （2）五沟矿井主副井井壁结构简图、工业场地总平面布臵图； （3）皖北煤电集团五沟矿井井筒检查孔地质报告； （4）《矿山井巷工程施工及验收规范》（GBJ213-90）； （5）《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）； （6）《钢筋锥螺纹接头技术规程》（JGJ109-96）； （7）《煤矿井巷工程质量检验评定标准》（MT5009-94）； （8）《煤矿安全规程》（2004年版）； （9）《煤矿建设安全规定》（试行）。 2 工程概况

2.1 概述

五沟矿井隶属于皖北煤电集团，设计生产能力0.6mt/a，立井开拓，在工业广场内布臵有主、副、风井三个井筒，井筒表土段采用冻结法施工。其中主井净直径为5.0m，深度为473.7m，表土厚度273.85m,采用临时井架凿井；副井净直径为6.0m，深度为503.7m，表土厚度272.2m,采用永久井架凿井 （技术特征见表2-1）。

井筒技术特征表 表2-1 技术参数 序号 项 目 单位 主井 副井 X m 3714041.000 3714041.213 井口 1 Y m 39466314.000 39466195.800 坐标 z m 28.700 28.700 2 井底标高 m -445.000 -475.000 3 井筒深度 m 473.700 503.700 4 井筒直径φ m 5.0 6.0 5 冻结深度 m 340 309 外壁 mm 400～550 450～600 冻结段 井壁 6 内壁 mm 600 700 厚度 基岩段 mm 350～500 400 冻结段 C30、C40、C45C50 7 砼标号 基岩段 C30 C40 2.2 工程地质及水文地质

2.2.1工程地质

井筒穿过的地层有第四系、上第三系和二叠系上石盒子组、下石盒子组等。

第四系为未固结岩层，与下伏上第三系呈假整合接触，上第三系为未固结

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或弱固结岩层，第四、第三系统称为新生界松散层。岩性主要为细砂、粉砂、粘土质砂、砂质粘土和粘土，夹少量的砂岩盘。主井松散层厚度273.85m，其中粘土层厚度175.7m，占到64%；副井松散层厚度272.2m，其中粘土层厚度167.6m，占到62%。粘土可塑性强，膨胀量大。主井较厚的粘土有7层（见表2-2-1），其中第三层厚度8.9m，自由膨胀率最大达111%。副井较厚的粘土有4层（见表2-2-2），其中第三层厚度64.4m，自由膨胀率最大达122%。

主井表土段粘土层统计表 表2-2-1 序 号 1 2 厚度 （m） 10.4 21.1 塑性指数 最小—最大 平均含水率（%） 重度（KN/m3） 最小—最大平均14.4—23.8起止深度 自由膨胀率（%） 最小—最大平均59—80 最小—最大平均 52.70~63.10 64.2~85.3 17.8—23.019.7816.75 19.0—19.8020.8012.3—21.019.4018.8—20.665.435—74 12.4—20.6 12.4—28.2 18.3010.1—30.4 19.613.1—23.5 17.714.1—28.0 23.416.515—28.219.915.6—33.219.818.4—20.119.417.5—20.8 51.556.318—9948.330—9059.340—907440—8953.53 113.00~121.90 8.90 4 163.00~180.50 17.5 5 183.30~193.50 10.2 6 194.40~220.30 25.9 7 221.30~244.90 23.6 28—11121.616.8—22.229.118.2—20.2 19.812.1—27.919.118.6—20.821.611.6—22.119.519.4—20.313.4—23.4 17.2516.5419.8序 号 1 2 副井表土段粘土层统计表 表2-2-2 塑性指数 含水率（%） 重度（KN/m3） 自由膨胀率（%） 厚度 最小—最大最小—最大最小—最大 最小—最大起止深度 （m） 平均平均平均平均64.6~83.2 142.6~152.5 17.6?22.621.5—27.419.3—19.70 18.6 19.524.5019.5048—906746—68 9.9 16.1—33.2 17—31.623.325.921.8 18.4—19.519.017.5—20.519.5 57733 163.30~227.70 64.4 13.9—29.0 21.613.2—34.720—1222

某矿井主副井井筒掘砌工程施工组织设计

11.7—12.9 12.313.820.040二叠系地层岩性主要为泥岩、砂岩、粉砂岩和煤层。除上石盒子组底部K3砂岩较硬外，其余岩性较松软。其顶部为厚17.11-18.67m的风氧化带，和上部新生界地层呈不整合接触。

主井井筒穿过二叠系基岩段厚度199.85m，其中粉砂岩厚度63.67m，占

31.86%；砂岩厚度31.04m，占15.53%；泥岩厚度101.39m，占50.73%；煤层厚度3.75m，占1.88%。副井井筒穿过的二叠系基岩段厚度231.5m，其中粉砂岩厚度70.66m，占30.52%；砂岩厚度26.72m，占11.54%；泥岩厚度128.48m，占55.5%；煤层厚度5.64m，占2.44%。通过对岩石的岩性特征和物理力学性质分析，泥岩及粉砂岩抗压强度低，多属软岩类，岩体质量较差；砂岩胶结良好，坚硬致密，岩石抗压强度较高，稳定性较好，但局部砂岩由于受应力挤压，岩芯破碎，岩石质量较差；浅部基岩风氧化带岩石质量差。

此外检查孔还揭露了F3断层，预计主井井筒揭露的破碎带深度为346～350.05m，副井为285.0～288.0m。破碎带附近岩石均有不同程度的受挤压现象，一直到上部的风氧化带岩石均破碎强烈。

综上所述，井筒表土段深，且具膨胀性粘土占比例较大；而井筒基岩段由于受构造的影响，岩石受不同程度的应力影响，整个井筒工程地质条件较差。 2.2.2水文地质

井筒穿过的含水层主要由表土段含水砂层和二叠系砂岩含水层组成。由于井筒表土段采用冻结法施工，因此对其含水层情况不再赘述。

井筒穿过的二叠系含水层为3煤上、下K3砂岩裂隙含水层，为多层结构的砂岩裂隙含水层（段），主要岩性为细砂岩、粉砂岩及煤层。主井含水层总厚度36.74m，主要含水岩层为四层细砂岩，埋深分别为389.35～391.3m、403.8～405.3m、413.6～416.35m、421.65～426.09m。副井总厚度48.05m，主要含水岩层为五层细砂岩及一层中砂岩，埋深分别为385.08～386.63m、387.98～389.13m、400.13～402.88m、404.08～409.53m、415.34～418.64m、427.59～433.13m，含水岩层总厚度19.69m。地下水主要储存和运移在以构造裂隙为主的网络之中，由于砂岩裂隙发育具有不均一性，因此富水性也强弱不一。

临近矿井生产实际表明，K3砂岩层段裂隙发育极不均匀，局部地段富水性较强，其中许疃矿、卧龙湖矿、刘桥一矿和童亭矿在井筒和巷道揭露K3砂岩时多次突水，突水量分别为194m3/h、100m3/h、245m3/h和85m3/h，造成淹井事故，因此在施工中应引起高度重视。根据井检孔地质报告，主、副井井筒预计井筒涌水量分别为64m3/h、50m3/h。 2.2.3煤层、瓦斯与地温

4 230.2~244.9 14.7 12—15 19.9—20.2 21—59 主井井筒穿过的煤层主要为31煤及三层煤线。31煤埋深398.5～401.35m，煤层顶、底板均为泥岩。煤的瓦斯成分以CH4、N2和CO2为主，其中CH4含量5.06ml/gr。

副井井筒穿过的煤层主要为2煤、31煤、4煤及三层煤线。其中2煤底板埋深280m，厚1.3m，煤层顶板泥岩，底板为细砂岩；4煤底板埋深474.57m，厚

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0.8m，顶板粉砂岩，底板为泥岩。2煤及4煤均未取样。31煤埋深398.5～401.35m，煤层顶、底板均为泥岩。煤的瓦斯成分以CH4、N2和CO2为主，其中CH4含量4.35ml/gr。

地温：本矿井属地温正常区，主副井地温梯度分别为2.36℃/百米、2.67℃/百米。 2.3 施工条件

用地、水源、供电、进场道路已具备，其他施工条件进场后自行考虑，业主可以协调解决。 3 井筒装备和施工方案

3.1 施工总部署和井筒掘砌作业方式

主副井井筒表土段均采用冻结施工方案，主井利用临时井架凿井，副井利用永久井架凿井。项目部人员进场后，首先完成地面临时设施和凿井措施工程。井筒冻结具备开挖条件后，首先掘砌临时锁口，进行试挖23m，安装三盘和井内吊挂设施。冻结段外壁掘砌采用短段掘砌方式,掘砌有效段高2.2m。冻结段内壁采用多套金属组装模板，自下而上进行筑壁。

普通基岩段采用立井混合作业施工法。该施工方法的工艺流程如下： 凿岩、爆破—出矸、找平—立模、浇注—出矸、清底 与井筒相关的硐室安排与井筒同时施工。 3.2凿井机械化装备

在井筒施工中，根据业主提供的条件，凿井装备的选择以满足井筒快速施工、保证施工质量和安全为原则，井筒机械化配备如下：

凿岩：主副井分别选用国产FJD-4G伞型钻架，配YGZ-70型凿岩机。 装岩：主井布臵一台HZ-6中心回转抓岩机，装矸能力可达50m3/h；副井两台HZ-6中心回转抓岩机，装矸能力可达100m3/h。

提升：主井采用Ⅳ型加高钢管凿井井架，选用两套单钩提升，主提选用JK-2.5/20单滚筒提升机，配3.0m3吊桶单钩提升，副提选用2JK-3.0×1.5（改）

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