以月度期望指标验算每班的矸石量，确定无轨斜井运碴车的型号，通过无轨斜井运碴车的后帮高度，结合电机滚筒的抛洒曲线，确定了第二运输机电机滚筒的高度。工程概况地质及冻结方案，提出了掘进120型扒渣机出渣配套无轨斜井运碴车运输及斜井配套方案，分析了采用EBZ160综掘机掘进，翻新二手斜井扒渣机定制二运皮带转载机，无轨斜井运碴车出矸，井下无静电无火花切割机实施锚索、刮板安全不动火切割作业，内、外壁采用滑模台车，轨道式混凝土搅拌运输车运输混凝土到混凝土输送泵浇筑采用该方案需要解决的诸多问题，然后针对这些问题，提出了有效的解决对策，最后给出了施工组织与进度展示。以供同行们进行参考借鉴。

1 工程概况

位于陕北侏罗纪煤田榆横矿区东北部，榆溪河以西，无定河以北，古长城西北处。井田东距榆林市约20 km，井田面积231.1 km2，行政区划隶属榆林市榆阳区小纪汗乡、巴拉素镇及芹河乡。由陕西中能煤田投资建设，西安设计工程有限责任公司设计施工总承包。

煤矿采用立井+斜井混合开拓方式，中十冶承建副斜井井筒工程，该井筒技术参数如表1所示。

2 地质及冻结方案简介

由于副斜井井筒的静水位为-1.5～ 1.8 m，根据业主提供的地质报告显示，井筒按原设计方案向前施工，第四系风积沙厚度为99.8 m，井筒穿越强含水砂层长度超过1200 m，无论采用何种掘砌方案，成本均超控。按照多次专家会议论证，结合补勘资料，斜井井筒于里程点0+250.3 m处完成184°转向，采用冻结方案进入基岩段，第四系风积沙厚度为65 m，冻结垂深为16.127～90.433 m，即基岩上平面距井筒荒顶板≥10 m，斜井冻结长度降至661.091 m。

冻结每40 m分为一段，每段设置封头孔，共设置17排中排冻结管。井筒荒径外侧固定距离设置边排孔，根据冻结深度、地下水的流速以及冻结开机至交圈时间的验算，以控制掘砌开始时间。每排中孔分为3个，井筒荒径内均匀布置，主管除井筒荒断面内采用Φ133无缝钢管，外侧包裹保温材料实行保温冻结外，其余均采用Φ89无缝钢管作为回路，采用内嵌式PVC管作为去路。

每一段的荒径以外、底板、顶板的有效冻结壁厚度分别为3.5 m、4 m、6 m。

3 掘进及配套方案的提出

(1)采用7655凿岩机普通钻爆法掘进，翻新二手斜井扒渣机出矸，无轨运碴车运输出井，满堂架支设碹胎，人工上料浇筑。

该方案为传统方案，经过初步验算，月进度为150～200m，造价投入低，钻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双滚筒综掘机掘进，铲车出矸，满堂架支设碹胎，人工上料浇筑。

经过初步验算，月进度为90～120 m。由于冻结段断面大，岩层变化大，硬度受限制，采用上述综掘机掘进时，纵向掘进需要分台阶，横向掘进需要多次定位，并且在冻结段内未设置调车硐室，掘进及出矸效率极其低下。满堂架支设碹胎，人工上料浇筑，安全得不到保证，工人劳动强度极大，效率极其低下，质量得不到有效的控制，直接否决。

(3)采用EBZ160综掘机掘进，定制二运转载，无轨胶轮车出矸，内、外壁采用滑模台车，混凝土输送泵浇筑采用该方案需要解决以下诸多问题：

①综掘机的自重和冻结底板强度的匹配，和井筒内底板已割除冻结管的覆压问题；

②综掘机对冻结管的扰动问题；

③控顶距的控制问题；

④掘进、支护中的定向问题；

⑤定制转载二运的长度和段长的控制，以及机尾高度和无轨胶轮车的装载匹配问题；

⑥内壁墙部钢筋对外模台车的影响问题；

⑦内、外模台车门洞的预留规格问题，需满足转载二运和无轨胶轮车的运行问题；

⑧内、外模台车的距离控制，以及混凝土输送泵的距离控制问题；

⑨各工序穿插、平行施工控制，提高机械化配套效率的问题。

虽然有上述诸多问题，但综合机械化程度高，从掘进、运输、支护等各方面全部实现了机械化作业，经初步推演，月进度能够达到90～150 m，并且具有以下几个优点：

(1)采取一定的措施对冻结体的稳定性无影响，提高了施工安全。

(2)采用一定的掘进方案，支护能及时到位，能够解决控顶距的问题；

(3)降低了工人劳动强度，极大提高了人工工效；

(4)巷道成型规整，几乎没有超挖现象的发生。

为保证施工质量及施工安全，我们比对了各项配套方案，决定采用第一与第三项结合掘进及配套方案。

4 问题的解决

(1)通过和冻结单位的沟通，进行的科学的验算，计算出冻结底板在接地履带范围内能够承受的最大单位压力，来反推验证综掘机的接地比压，最终确定EBZ160综掘机完全可以在冻结底板上运行。为保证履带不覆压底板已割除冻结管，在履带行走前，人工采用风镐将冻结管周围的冻结体向设计荒底板多挖掘200，挖掘半径以满足井下无静电无火花切割机割除为前提即可。

(2)加强对综掘机司机的培训，加强班长、带班项目部领导的安全专盯工作，掘进机的炮头只许在冻结管之间运行，规范操作，不得触碰冻结管，防止对冻结体产生扰动。

(3)由于井筒设计断面高度较高，综掘机一次定位高度达不到设计高度，采用正台阶法掘进，每次掘进上台阶长度为6 m，掘进到位后，进行下台阶刷底工作，一次刷掘到设计底板，为减少人工刷帮量，最小控顶距为2 m，最大控顶距为8 m。

(4)采用激光进行方位及坡度的控制，顶、两帮各一道共三道激光，保证了井筒掘进的规整及成型，解决了掘进、支护的定向问题。

(5)经过方案的反复验证及推演，结合综掘机的长度，循环段长以及平行操作空间，确定第二运输机的长度为15 m。以月度期望指标验算每班的矸石量，确定无轨斜井运碴车的型号，通过无轨斜井运碴车的后帮高度，结合电机滚筒的抛洒曲线，确定了第二运输机电机滚筒的高度。

(6)内壁采用双层钢筋混凝土支护，在浇筑外壁前，必须将一次底板浇筑到位，墙部钢筋必须预先埋设，而外壁台车的脱模高度为100，为使钢筋的安装满足规范要求，内外环筋采用套管和底板预埋钢筋连接，预埋钢筋裸露底板高度≤90mL，解决了内壁钢筋对外壁台车的影响。

(7)根据无轨斜井运碴车的高度+第二运输机电机滚筒的高度，确定了内、外壁台车的门洞高度，根据无轨斜井运碴车的宽度、行人安全间隙及综掘机铲板的宽度，确定了内、外壁台车的门洞高度。以达到台车的运行独立，矸石装载、转运独立的效果。

(8)为便于操作，减少输送泵管的安装工作量，确定内壁滞后于外壁1～2个循环，即6～12 m，混凝土输送泵滞后内壁4～10 m。混凝土采用地面厂区内提供的商品混凝土，采用轨道式混凝土搅拌运输罐车运送达混凝土输送泵前，保证了混凝土运输途中搅拌的质量和浇筑的连续性。这样既保证了一次成巷的要求，又保证了边排冻结管的解冻要求，积极释放了冻结能量，为后续工程的推进提供了能量保障。

5 施工组织

根据工作需要，配备齐全各熟练工种、熟练掌握施工操作技术、质量标准和安全知识的人员，科学配备有冻结施工经验的队组。

为实现快速、优质、安全、高效施工，施工组织上实行多工序平行、交叉作业，为使这种作业方式在有限的空间内有秩序按计划均衡地进行，坚持以工序为中心的组织方法成立综合队，在施工中坚持正规循环作业。

为保证机械化配套设备的最大利用率，钻爆施工翻新二手斜井扒渣机采用了以下施工组织方案：

(1)平行作业工序。

①工作面全断面掘进工序和内壁防水塑料薄板的铺设，钢筋的绑扎工序平行。

②工作面刷掘工序和底拱铺设、底板钢筋绑扎工序、移内壁台车工序平行。

③浇筑一次底板、浇筑内壁和工作面架棚工序平行。

④移外壁台车和工作面两侧挖掘柱窝、架棚工序平行。

(2)掘进：采用翻新二手斜井扒渣机掘进出渣，无轨斜井运碴车运输出井。

(3)一次支护：掘进段长为6 m，一个段长掘进完毕后，立即架设除反拱后的其它工字钢棚，架设好工字钢棚后，敷设金属网。

(4)底板支护：除去翻新二手斜井扒渣机的操作合运行空间，底板浇筑滞后翻新二手斜井扒渣机3m，即一次底板距工作面为9～15m。

(5)内、外壁的浇筑：当底板浇筑完毕后，立即转入内壁浇筑工作。外壁滞后底板2 m，内壁滞后外壁6～12 m，一次浇筑段长为6 m。

依次平行向前推进。

6 进度展示

从2016年3月1日―2017年10月31日，实际有效施工天数为193 d，成巷进尺为348 m，月平均进度达到153m，其中2014年8月创造全国冻结成井最高纪录210m，2014年9月成井163m，2014年11月再次刷破纪录达到230 m，实现了工程进度预期目标。

7 几点说明

(1)该工程为特厚强含水松散层内冻结凿井工程。该工程掘进集特厚、连续、均匀砂层和强含水松散层等国内难题于一身，而该条件下的长斜井冻结凿井技术更为复杂，施工难度最大、突发危险最大、影响工期最大。该冻结斜井无论长度、地质条件、机械化程度均为国内同类工程NO。

(2)我们聘请了国内冻结专家孟教授领衔的专家团队作为专家咨询组，持续改进和改善施工中遇到的各种难题。

(3)随着工序接替的成熟，各工种之间配合的娴熟，机械化配套的进一步完善，在大断面、大跨度、支护工艺繁复的条件下，月平均进度可望达到55～60 m。