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摘要：通过实例分析水利工程竖井机械化配套如何选用施工设备及配套方案和提出如何发挥机械效率的措施
关键词：竖井；机械化配套；生产能力
1工程概述
S2竖井井口高程1229m，与主洞交点高程541.887m，井深687.113m，净直径7.2m，属于大直径深竖井，对施工机械化配套能力要求高。竖井到底后作为主洞施工通道，主洞施工期间人员、材料、渣石提升、通风、排水等均通过S2竖井。
根据工程特点和施工实际情况，采用矿山井巷法施工。通过本工程实例分析竖井机械化施工如何选用施工设备及配套方案和提出如何发挥机械效率的措施，供类似水利工程项目参考借鉴。
2综合机械化施工的主要设备
竖井综合机械化施工的关键工序是：凿岩、装岩、提升运输和井壁支护等。
本工程井筒掘砌施工流程为：凿眼爆破，排渣到模板段高、工作面找平，下放模板立模并经过测量验收，浇灌井壁混凝土或锚喷支护，排剩余废渣并清底，进入下一个掘砌循环。
根据井筒的技术特征，采用“两套提升机配大吊桶提升、液压伞钻凿岩、小型挖掘机配合中心回转抓岩机装渣清底、大功率风机通风等机械化配套施工作业线，掘进、支护混合作业”施工方案。按井筒的覆盖层段、基岩段分别制定工程进度，在确定循环进度的条件下，合理确定施工段高度，为定制模板规格、划定工序衔接，确定循环作业时间等提供依据。
2.1凿岩设备
伞钻是竖井井筒施工中实现中、深孔凿岩的理想设备。本工程采用YSJZ4.8型液压伞钻凿眼，直眼掏槽、岩石型乳化炸药，毫秒非电雷管起爆，全断面光面控制爆破，能有效提高施工质量，加快施工进度，降低工程成本，是竖井快速施工的重要环节。
经统计，采用伞形钻架进行凿岩，以凿眼直径48mm炮眼108个（总长度432m）计算，基本耗时为：
（1）当岩石硬度f=4~6时，大约耗时5h~5.4h。（2）当岩石硬度f=8时，大约耗时5.7h。
凿岩时间约占循环作业时间的16%~20%左右，施工效率达到行业先进水平。
2.2装岩清底设备
本工程采用HZ-6B型中心回转抓岩机装渣，MWY6/0.3型挖掘机辅助装渣及清底。HZ-6B型中心回转抓岩机的设计生产能力为50m3/h，出岩能力较大，易于布置，操作简便，视线清晰，得到较为广泛地使用。
经统计，井下装渣及清底受诸多因素制约，如提升能力、井筒涌水、操作手技术水平、环境视线等，出渣清底占循环作业时间的40%~50%左右，其中清底约占作业时间的8.5%。实践证明，如果爆破后堆积状况较好，抓岩机操作手熟练时，出渣能力会提高一些。
2.3提升运输设备
本工程采用2套提升系统承担废渣、材料、伞钻、挖掘机提升及人员上下井。主副提升选用2JK-3.5/20双滚筒提升机、JK-3.5/20单滚筒提升机均配5m³吊桶提升，Ⅴ型凿井钢管井架、座钩式自动翻渣，渣石经溜槽落入自卸汽车，自卸汽车运至指定弃渣场。
提升运输设备的选择应满足每个循环在规定时间的出渣提升量和提运石渣吊桶，伞钻的静张力要求。为提高施工效率，在条件允许的情况下，应尽可能采用速度较快的提升机，布置两套单钩提升，选用大吊桶或者坐底罐，其中主提升应满足提运伞钻的能力。
2.4井壁支护设备
井壁支护施工分为喷浆支护和衬砌混凝土。混凝土和喷浆料拌合由布置在井口的搅拌系统拌制，按40m3/h的生产能力配置。混凝土搅拌系统配置的主要设备有：JS750型双卧轴强制式混凝土搅拌机2台，PL1600型配料机1台，微电脑计量装置两套，通过对砂、石、水泥、添加剂的自动计量后进入搅拌站搅拌。
衬砌混凝土采用MJY型液压整体移动金属模板，由3m³底卸式吊桶下放混凝土通过分灰器分流入仓。喷混凝土采用TK-961混凝土喷射机，喷浆料在地面拌制后，由底卸式吊桶下放喷射机进料仓。
经统计，采用4.2m的液压整体移动金属模板，平均立模和混凝土浇筑时间在3h20min至4h30min之间，其中落模需0.7h，混凝土衬砌大致占循环作业时间的14%。
要保证井壁支护施工质量，必须要有性能可靠、技术先进、结构合理的模板。因此要求模板应具有足够的钢度和稳定性，便于安装和拆卸，脱模时间快，能适应段高的调整。
2.5悬吊设备
本工程采用双层吊盘，完全满足竖井井筒短掘短砌的施工要求，吊盘平面布置应注意使吊盘受力均匀，满足设备之间的安全间隙。
采用吊盘绳兼稳绳，同时用两台40T稳车作平衡绳，既可保证其安全性，又减少了稳车的布置数量和钢丝绳的使用量，在经济效益、安全可靠、设备运行维护管理等方面取得了较好效果，有较好的推广价值。
吊盘绳兼稳绳所使用的钢丝绳，从价格、性能、耐磨损方面考虑宜选用6股7丝钢丝绳。
S2竖井综合机械化配套设备配置表
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2.6其它设施
（1）凿井绞车同步控制。本工程采用南京煤研所研制的KJD（4）型凿井绞车同步控制装置。该套装置具有同步提升检测及信号系统，可改善多台稳车在提落吊盘、模板时的安全环境，但难以适应井下恶劣环境。经过试验，将吊盘状况传感信号设在天轮平台上，利用磁—电脉冲信号检测稳车天台的运动周长来检测井下吊盘、模板的平稳状况，具有较好效果。（2）井下照明。井下照明应采用投光距离远、照度高、能耗小、防震性能好、安全性能好的照明设备。DGC175/127型隔爆投光灯比较适合竖井照明，灯泡额定功率175W，投光距45m。（3）井筒信号及井口监视设备。本工程信号系统采用KJX-SX-1型煤矿井筒通信与信号装置，作为掘进工作面，吊盘翻渣台、提升机房与信号房之间的提升指挥联络。在井口安装有线电视监视设备，显示屏设在提升机房，便于绞车工观察井口状态，提高了绞车提升的安全性。
3影响生产因素及措施
竖井综合机械化的生产能力是指在某一种作业方式下在规定的时间内，配备一定的劳动力和机械设备所完成的工作量。
竖井施工中影响循环作业的主要因素有：凿岩：主要是伞钻故障；装岩：主要是抓岩机或提升故障；排水：主要是吊泵故障；开帮：硬岩凿岩布眼不当引起欠挖，造成二次开帮；立模：找正，搭、拆工作台；其他：压风、供电、放炮联线故障等。
为提高综合机械化生产能力，应采取相应措施减少影响时间，主要做法有：
（1）加强施工设备的维修管理，推行包机制，现任挂牌，动态维修，确保机电设备的安全运行。（2）加强水的综合治理，创造干井作业的条件，例如进行井筒内壁后注浆。（3）减少非机械作业时间，如装药、浇混凝土、井壁接茬清理等。增加机械作业时间的占有率，充分发挥机械的综合利用效率。
4竖井井筒综合机械化配套方案
通过竖井井筒综合机械化主要配套设备的合理配置，克服了井筒涌水的恶劣条件，创造了平均月掘井进尺90米的较好成绩。
竖井综合机械化配套方案的关键是合理选择施工段高，并配备相应生产能力的机械设备。根据目前国产伞钻的凿岩深度，对于井径6~8m的井筒，整体模板选择在4.2~4.8m为宜，对于井径5~6m的井筒，整体高度在3~3.6m为适合，这样便于安排正规循环，提高正规循环施工效率。
影响竖井机械化配套施工方案是否正常发挥作用的另一主要因素是治水效果。应在竖井井筒施工组织设计时采取相应治水措施，以达到干井环境下作业，充分发挥机械性能。实践证明，S2竖井按上述配置方案施工，在井筒内涌水大于10m3/h后，采用壁后注浆治水，控制涌水不大于4m3/h的情况下实现了井筒掘进百米进尺目标的好成绩。
参考文献
[1]张魁.立井施工.中国矿业大学出版.2010年版
[2]卢义玉.井巷工程设计与施工.科学出版社出版.2010年出版
[3]徐礼亨.立井井筒快速施工技术研究[J].山西建筑.2010年21期