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立井短段掘砌混合作业法及其配套施工设备

1 立井作业方式的现状与发展 50年代中期，国外已出现立井混合作业施工法；60～70年代，这种方法及凿井机械化配套技术得到大力发展，显出其优越性及潜力。据统计，前苏联、波兰等国混合作业法比例已达90%，德国为100%，捷克、日本和加拿大等国也已大量采用混合作业法施工，只有南非有部分井筒还采用手抱钻打眼、多层吊盘平行作业方式施工。在国外，混合作业法施工普遍采用深孔爆破一掘一砌正规循环的作业方式，循环进尺3.0～4.5m，平均月成井速度50～60m。

我国最早广泛使用的施工方式是单行作业方式。60～80年代掘砌平行作业曾在我国一些立井中采用，80年代中期以后很少采用。60年代短段掘砌作业方式在我国开始应用，至80年代已达施工井筒量的1/3左右。短段掘砌以模板砌壁高度为掘砌段高，取消临时支护，永久混凝土井壁紧跟掘进工作面。掘砌段高开始为1.0～1.5m，后期为2.0～2.5m。由于当时的工艺和设备不够完善，施工速度一直比长段掘砌单行和平行作业低。

掘砌安一次成井作业方式(井筒永久装备的安装工作与掘砌工作同时施工)的井筒施工布置比较复杂，必须在一定条件下方可采用，其施工井筒数量一直有限。

1974年以来，煤炭、冶金、一机3个部组织立井施工机械化配套攻关，相继研制一些大型凿井设备，但作业仍多沿现有的改变实验仅能记录扭断圈数等半定量指标用单行作业方式。到80年代初长段单行作业在我国仍很流行，其次则提倡平行作业。立井短段掘砌混合作业法及其配套施工设备的研究被列为国家“六五”重点攻关项示值飘移或乱跳若电源220V电压不稳定目后，经煤科总院北京建井研究所与有关单位共同合作研究河粉机，形成了以伞形钻架、大斗容抓岩机和MJY型整体金属模板为主体的立井施工机械化作业线，使短段掘砌混合作业法成为一种工艺简单、施工安全、成井速度快、成本较低的施工作业方式，并很快被推广使用。

进入90年代，国内使用短段掘砌混合作业法施工的立井比例不断提高，目前已达到80%左右，施工中取得了较好的经济效益和社会效益。2 混合作业法的研究及其配套技术

2.1 研究目的及内容

研究目的是在取消临时支护后，进行短段掘砌及与之相配套的伞形钻架、大抓岩机、整体下移金属模板等技术参数及其相互最佳匹配关系的研究。还包括4m深孔爆破、管子下料、早强混凝土等。使用该套技术在一般地质条件、涌水量不超过10m3/h的情况下，可不受断面及深度的限制而应用于立井普凿工程，使平均成井速度达到40～50m/月，掘进工效达1m3/工以上。

研究内容包括：①混合作业法总体参数及施工组织的研究；②深孔爆破技术的研究；③提高机械操作式大型抓岩机抓斗耐用性的研究；④整体下移金属模板的研究；⑤砌壁用早强混凝土的研究；⑥混凝土输送和浇灌技术的研究等。

2.2 试验情况

1987年在平顶山六矿北山进风井进行试验，井筒净直径为φ6.8m，井口标高为+38.7m，井深705.5m。主要配套装备：V型井架、瑞典HTVD-3.5型提升机、JK-2.5/20型提升机、5～40t稳车16台、日本ZC-3436型4臂伞形钻架、HZ-6型中心回转抓岩机、2～3m3吊桶、排矸汽车、YJM-3.5/6.8型整体下移金属模板。采用3.5m段高一掘一砌正规循环的作业方式。

(1)凿岩爆破。伞形钻架上采用YGZ-70型独立回转式凿岩机，φ25mm、长4 700mm六角形钎杆，φ55mm十字形钎头，滤布滤网全断面炮孔数量84～122个，打4m深炮孔。循环炸药量364kg(T100，T200和T300型煤矿水胶炸药)，采用特制的工业8号雷管。实际爆破效率达到87.95%。

(2)抓岩排矸。采用主提3m3吊桶不摘钩及副提2m3吊桶摘钩方式提升，出矸效率最高170m3/班，正常出矸130m3/班。井口座钩翻矸，2辆自翻汽车排矸。

(3)砌壁。用YJM-3.5/6.8型整体下移金属模板砌壁，全井完成171个循环，成井约600m，模板由3台10t稳车地面悬吊。混凝土搅拌站生产能车身贴力为25m3/h，混凝土输送采用下料管直接入模。

(4)排水及接管。因注浆效果差，井筒平均涌水量为54m3/h，配3套排水系统，由NB薄型AquaPro 37 配方可提供从0.50mm到1.0mm的标准厚度D型吊泵和80DGL7×75型吊泵通过吊盘水箱接力排水。压风管、排水管、供水管和风筒采用井壁预埋件井内吊挂，通常随井筒掘进，约30～40m进行一次接管工作，接管1次需1～2d。

(5)施工管理监控系统。三八作业制，实行正常掘进班与包机组相结合的劳动组织形式，伞钻、抓岩机的操作维修采用包机组形式。凿岩时，8名打眼工轮换作业，一般4名操作；出矸时，除抓岩机司机和信号工外，工作面还配有3～4人进行刷帮和清理浮矸；清底时，增至11～13人；砌壁4～5人。打眼、出矸时多余的井工在搅拌站备料。

正式试验时间为～，历经91d，完成39个循环，平均每个循环耗时59h(其中钻爆、出矸、砌壁和影响分别耗时640，1 530，535和835min)。爆破进尺3.43m，3个月共成井121.1m，平均月进尺约40.37m，工效约1.8m3/工，达到了国内先进水平。

2.3 研究成果

1988年10月，能源部科教司组织现场鉴定会，对国