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横山堡主井施工组织设计的优化与研究

横山堡主井井筒施工组织设计的优化与研究

第五篇经济效益、社会效益分析报告

建筑结构(砼)施工方案新矿科技[2011]号

新矿集团技术创新项目计划

项目名称：横山堡主井井筒施工组织设计的优化与研究

申报单位：山东矿业管理技术服务集团有限公司

起止年限：2012年4月～2012年9月

项目经费管理员：胡晓旭

2012年03月01日

横山堡矿井建设是集团公司重点项目之一，山东矿管集团为能够加快整个矿井建设速度，顺利完成施工任务，在提高立井井筒施工工艺和施工速度方面应作进一步探索。立井井筒是矿井建设中的关键工程，立井井筒在矿井建设中虽然仅占工程量的3.5%～5%，而工期却占总工期的35%～40%。横山堡主井井筒直径较小，研究井筒平面的最佳布置，实现立井井筒快速施工，编制可行的施工组织设计，是缩短矿井建设工期的关键。研究编制适宜快速施工的井筒施工组织设计，探讨较小直径井筒的平面布置，尽最大可能的布置立井井筒快速施工装备、施工机械化作业线，提高立井井筒的施工速度。对加快矿井建设具有重要意义。

1、借鉴国内先进施工组织设计，结合横山堡主井的实际，编制安全可行、满足快速施工的井筒施工组织设计。

2、优先国内先进的立井井筒施工配套设备，对快速施工立井的设备选型、配备进行研究、探讨，组合适用于立井快速施工的机械化作业线。

3、研究、探讨较小直径井筒的平面布置，尽最大可能的布置双钩提升，双大吊桶出矸，双抓岩装罐设备，为实现快速施工创造条件。

4、布置双混凝土搅拌系统，配置一台混凝土配料机和一台螺旋输送机组合的混凝土搅拌下料系统，加快砼的施工速度。

3.项目创新点（关键技术、特点、技术的先进性）

1、打破了吊盘使用裤衩绳对称悬吊的传统，采用单点悬吊方式，解决较小直径（净径Φ5.5m）井筒布置双钩提升大吊桶的难题。横山堡主井井筒平面布置，设计人员在满足安全的前提下，在国内净径Φ5.5m井筒中首次布置了双5m3大吊桶提升。

2、为了加快冻结段的施工速度，冻结段配置了3～3.6m的大段高金属液压整体模板；配备先进的立井施工辅助系统，确保提升立井的施工速度。

3、小断面布置布置SW30小型挖掘机尚属首例，加快了装矸速度，缩短了循环周期。

5、为实现了快速抓岩出矸，采用抓岩机和挖掘机配合工作，共同完成抓岩、清底、出矸、装罐的生产工序。

技术的先进性：编制先进、可靠、安全的施工组织设计，采用国内立井施工设备，组合立井快速施工的机械化作业线，提高了立井施工速度，缩短矿井基建周期。该立井井筒施工组织设计达到国内先进水平。

4.技术、经济指标（经济效益和社会效益两方面）

1、先进、可靠、安全的施工组织设计，保证了安全、快速施工。

2、先进的立井快速施工机械化作业线，使施工能力提高，施工速度加快，工人劳动强度降低，施工的安全系数提高；

3、立井快速施工机械化作业线，缩短了矿井建设工期，节约了人工成本费、设备租赁费、周转材料租赁等费用，降低了建设投资成本。

随着煤炭市场的高速发展，研究加快矿井的建设，研究保证立井井筒的安全、快速、优质施工的施工组织设计，探索立井井筒快速施工的机械化作业线，为今后立井井筒快速施工提供可借鉴的经验。使国内立井快速施工的技术达到一个新的水平。该立井井筒施工组织设计的编制达到国内先进水平。

1、先进、可靠、安全的施工组织设计，提高了生产能力，加快了施工速度，降低了工人劳动强度，增强了施工安全系数；

2、应用先进、可靠、安全的施工组织设计组织施工可，缩短矿井建设工期，减少人工成本费、设备租赁费、周转材料租赁费等费用，降低矿井投资成本。

3、应用先进、可靠、安全的施工组织设计，对于提高施工安全、缩短矿井基建时间和加速矿井投产有重要意义。

6.地点、试验规模及进度安排

横山堡主井井筒施工现场

与横山堡主井井筒掘砌大临工程同步

参与实施、管理、资料整理

方案制定、实施、资料整理

8、需要增添的设备、仪器、材料明细表

1.研发活动直接消耗的材料、燃料和动力费

2.直接从事研发活动的本企业在职人员费用

3.专门用于研发活动的有关折旧费

4.专门用于研发活动的有关租赁费

3.专门用于研发活动的有关无形资产摊销费

6.专门用于中间试验和产品试制的模具、工艺装备开发及制造费

7.研发成果论证、鉴定、评审、验收费

8.与研发活动直接相关的其他费用

说明：项目跨年度超过两年的可自行加金额栏目。

10.申报单位及协作单位概况与条件（现有技术基础等）

山东矿业管理技术服务集团华新公司有限公司是经山东省国资委批准设立，以国有资产为主体、多种所有制形式并存的大型国有企业，具有国家矿山建设、房屋建筑一级总承包，煤炭行业（矿井、选煤厂）、建筑、岩土工程、工程测量乙级、固体矿产勘查甲级等多项行业资质。企业注册资本金6.26亿元，净资产6.87亿元，在册员工8920人，下设华新建工集团、设计研究院、勘探公司3家全资子公司，山东立业装备公司、华丰机电设备公司、天元矿山设备安装公司、杰诚设备安装公司等15家参股子公司。山东矿业管理技术服务集团有限公司施工设备先进、资金雄厚，技术人员施工经验丰富，拥有国内一流的矿建专业施工技术队伍。

公司立足国内、国际两个市场，重点开展煤矿勘探、设计、建井、装备和技术服务，对外输出成套建井管理技术，以兼并、收购、参股、托管等方式整合国内外各类矿产资源，形成了集勘探、设计、建设、生产、咨询、服务、成套技术输出于一体的完备产业链条与业务流程。

华新公司近年来施工了近80对立斜矿井及延伸工程，施工的孙村煤矿千米立井是中国第一个采用国产设备施工的千米立井，承建的年产120万吨的翟镇煤矿、年产600万吨的龙固煤矿等先后被评为全国建筑工程质量最高奖“鲁班奖”，并多次荣获山东省“泰山杯”、煤炭系统“太阳杯”等荣誉称号。

山东矿业管理技术服务集团有限公司

《横山堡主井井筒施工组织设计的优化与研究》项目的研究工作是从2012年3月开始至2012年11月结束的，历时半年多的时间。整个研究工作包括：调查和收集资料，整理分析论证，制定研究大纲，研究制定实施方案，现场应用研究，总结研究成果和编制鉴定报告等。经过项目课题组人员的共同努力，圆满完成了任务计划书中规定的任务，达到了预期的目的，现将全部研究工作总结如下：

一、项目所在位置及概况

横山堡井田地处内蒙古自治区鄂托克前旗境内，东距鄂托克前旗约70km，西距银川市约40km，行政区划隶属鄂托克前旗新上海庙镇管辖。该井田位于鄂尔多斯上海庙矿区西部芒哈图勘查区（即石炭二叠系成煤区）的西部。井田所在的上海庙西部矿区西部和南部均为内蒙古与宁夏两省交界，其中南部以省界与宁东能源化工基地相邻，在麻黄矿井以西，两矿工广相距3公里。

横山堡矿井由北京大地工程开发有限公司设计，采用立井开拓方式，设主井、副井和主井三个井筒。主井井筒净直径5.5m，净断面23.75m2，深度636m。井筒为矿井主提升井，兼作辅助进风井。

横山堡矿井建设工程是集团公司重点建设项目之一，如何加快整个矿井建设速度，山东矿管集团在提高立井井筒施工工艺和施工速度方面应作进一步探索。立井井筒工程是矿井建设中的关键工程，立井井筒在矿井建设中虽然仅占工程量的3.5%～5%，而工期却占总工期的35%～40%。横山堡主井井筒直径较小，研究井筒平面的最佳布置，实现立井井筒快速施工，编制可行的施工组织设计，是缩短矿井建设工期的关键。研究编制适宜快速施工的井筒施工组织设计，探讨较小直径井筒的平面布置，尽最大可能的布置立井井筒快速施工装备、施工机械化作业线，提高立井井筒的施工速度。对加快矿井建设具有重要意义。

1、借鉴国内先进施工组织设计，结合横山堡主井的实际，编制安全可行、满足快速施工的井筒施工组织设计。

2、优先国内先进的立井井筒施工配套设备，对快速施工立井的设备选型、配备进行研究、探讨，组合适用于立井快速施工的机械化作业线。

3、研究、探讨较小直径井筒的平面布置，尽最大可能的布置双钩提升，双大吊桶出矸，双抓岩装罐设备，为实现快速施工创造条件。

4、布置双混凝土搅拌系统，配置一台混凝土配料机和一台螺旋输送机组合的混凝土搅拌下料系统，加快砼的施工速度。

首先，对目前国内立井井筒快速施工机械化作业线进行全面调查研究，摸清现状。

在调查研究，摸清现状的基础上，对影响立井井筒快速施工的主要因素进行认真细致地分析研究，结合现场实际，借鉴国内外成熟的先进技术和成功经验，编制科学合理、先进可行的施工组织设计，选择组合先进的立井井筒快速施工机械化作业线，对立井井筒快速施工技术的装备、爆破、排水等项目进行研究实验。

组合国内先进立井井筒快速施工机械化作业线，调整、优化选择最佳的施工方案，配备先进可靠的辅助配套设施，使其达到国内领先水平，全面提高立井井筒快速施工的技术水平和装备水平，保证井筒实现安全、优质、快速施工。

自2012年3月份开始收集调研资料，资料的调查和收集是资料加工整理的基础，是本次研究工作的重要阶段。

主要真对横山堡矿井的地质情况及围岩物理性质进行分析，确定地质力学参数等，为平面布置设计，掘进、爆破参数优化设计打下基础。

确定保证快速施工技术的装备、掘进、爆破技术、排水辅助等项目的方案。

通过不断优化设计方案，达到最大化利用井筒平面空间，保证最优机械化作业线，以工程质量安全为目的，确保快速施工进行。

5、整理汇总、撰写鉴定资料

山东矿业管理技术服务集团有限公司

四、项目地质、水文资料

五、选定机械化配套装备

六、施工组织设计依据及原则

八、混凝土快速施工工艺

横山堡井田地处内蒙古自治区鄂托克前旗境内，东距鄂托克前旗约70km，西距银川市约40km，行政区划隶属鄂托克前旗新上海庙镇管辖。该井田位于鄂尔多斯上海庙矿区西部芒哈图勘查区（即石炭二叠系成煤区）的西部。井田所在的上海庙西部矿区西部和南部均为内蒙古与宁夏两省交界，其中南部以省界与宁东能源化工基地相邻，在麻黄矿井以西，两矿工广相距3公里。

横山堡矿井由北京大地工程开发有限公司设计，采用立井开拓方式，设主井、副井和主井三个井筒。主井井筒净直径5.5m，净断面23.75m2，深度636m。井筒为矿井主提升井，兼作辅助进风井。详见主井井筒特征表。

23.75/52.86

改革开放30年是我们煤矿矿井建设大发展的30年,70年代末我国建设井筒深度300～500m,井筒施工速度20～30m/月,矿井建设周期在4～7年。为了解决立井施工速度,影响整个矿井建设工期的问题,从“六五”到“十一五”国家支持进行多项井筒建设科技攻关和科技支撑项目,一大批新技术、新工艺、新装备、新材料应用于立井井筒建设,使立井建设能力、建设速度有了较大地提高,井筒施工速度达到60～80m/月,矿井建设周期缩短30%～50%。从以上数据看，立井井筒施工速度仍是制约矿井建设周期的关键,提高立井井筒施工速度仍是我们研究和探讨的课题。

横山堡矿井建设是集团公司重点项目之一，山东矿管集团为能够加快整个矿井建设速度，顺利完成施工任务，在提高立井井筒施工工艺和施工速度方面应作进一步探索。因此，研究立井井筒快速施工技术,提高立井井筒的掘砌施工速度,是我们主要研究解决的问题。横山堡主井井筒直径只有5.5m，如何打破传统，充分利用这5.5m的空间，最大化的布置最多的机械化设备，并且在保证施工质量、安全的前提下达到最优组合，是决定主井施工速度的重点。目前国内的施工单位，在小于6m直径的井筒内布置作业系统时，一般考虑的是缩小提升容器直径，但是缩小提升容器直径，就是缩小一次提升量，增加提升次数，并不实际；或者使用非标准吊桶代替，但是也达不到较大的容积。

我公司近几年在立井井筒施工中,更新改造应用先进施工设备,采用先进的施工技术和工艺,立井井筒基岩段的施工速度最高已达到160m,但还没有在直径6m以下的井筒布置过双大吊桶，并且同时布置一台挖掘机、一台抓岩机。为此，结合横山堡主井实际情况，且配合新购置的4米滚筒提升机，研究一整套科学、安全、可靠、适用于小直径井筒的最优设计,使其达到国内乃至国际先进水平，提高立井井筒的掘砌施工速度,提升公司的市场竞争力,为今后同类型立井井筒快速施工提供可以借鉴的经验。

通过《横山堡主井施工组织设计的优化与研究》项目的研究,打破传统，通过大胆改变吊盘、风筒等的悬吊模式，布置大吊桶双钩提升和挖掘机下井装矸等工艺，很好得解决立井小直径井筒的快速施工问题，为同类立井井筒实现快速施工提供可借鉴的经验，也为我们集团公司下一步施工同类型的立井井筒积累可借鉴的经验。

2、主要研究、实验内容：

(1)、通过大胆改变吊盘、风筒等的悬吊模式，布置大吊桶双钩提升和挖掘机下井装矸等工艺，解决较小直径（净径Φ5.5m）井筒布置双钩提升大吊桶的难题。横山堡主井井筒平面布置，设计人员在满足安全的前提下，在国内净径Φ5.5m井筒中首次布置了双5m3大吊桶提升。

(2)、为了加快冻结段的施工速度，冻结段配置了3～3.6m的大段高金属液压整体模板；配备先进的立井施工辅助系统，确保提升立井的施工速度

(4)、小断面布置布置SW30小型挖掘机尚属首例，加快了装矸速度，缩短了循环周期。

(5)、为实现了快速抓岩出矸，采用抓岩机和挖掘机配合工作，共同完成抓岩、清底、出矸、装罐的生产工序。

3、实验方法和技术路线

a、借鉴国内先进施工组织设计，结合横山堡主井的实际，编制安全可行、满足快速施工的井筒施工组织设计。

b、优先国内先进的立井井筒施工配套设备，对快速施工立井的设备选型、配备进行研究、探讨，组合适用于立井快速施工的机械化作业线。

c、研究、探讨较小直径井筒的平面布置，尽最大可能的布置双钩提升，双大吊桶出矸，双抓岩装罐设备，为实现快速施工创造条件。

d、布置双混凝土搅拌系统，配置一台混凝土配料机和一台螺旋输送机组合的混凝土搅拌下料系统，加快砼的施工速度。

a、首先，对目前国内立井井筒快速施工机械化作业线进行全面调查研究，摸清现状。

b、在调查研究，摸清现状的基础上，对影响立井井筒快速施工的主要因素进行认真细致地分析研究，结合现场实际，借鉴国内外成熟的先进技术和成功经验，编制科学合理、先进可行的施工组织设计，选择组合先进的立井井筒快速施工机械化作业线，对立井井筒快速施工技术的装备、爆破、排水等项目进行研究实验。

c、组合国内先进立井井筒快速施工机械化作业线，调整、优化选择最佳的施工方案，配备先进可靠的辅助配套设施，使其达到国内领先水平，全面提高立井井筒快速施工的技术水平和装备水平，保证井筒实现安全、优质、快速施工。

四、项目地质、水文资料

井筒检查孔揭露地层自上而下有：第四系、新近系、基岩风氧化带、二叠系山西组、石炭系太原组、石炭系土坡组、奥陶系马家沟组等地层。

各钻孔揭露的地层如下表

0.27(0.46)0.37

1.40(0.25)0.35

2、岩土层物理力学性质

主井检查孔为稳定性蠕变，下部软岩蠕变较小，对工程影响不大。上部粘土层冻胀率较小，属弱冻胀土，下部泥岩表现为冻缩。

详见各含水层正常的涌水量预计表

涌水量预计（m3/h）

25.63～28.31

186.30～194.27

200.00～203.20

215.97～219.26

225.10～231.36

232.09～250.09

煤系地层（8煤至一灰之间）

310.98～331.45

安装工程施工组织设计的编制煤系基底（10煤以下）薄层砂岩

406.77～408.79

458.14～460.07

485.89～489.93

526.51～529.97

546.80～550.05

某一级公路建设工程施工方案645.48～647.75