千米超深井下戰(zhàn)“水魔”:記金誠信紗嶺金礦副井-1173m艱難治水的203天
2020年12月18日 10:34 6012次瀏覽 來源: 中國有色網 分類: 科技創(chuàng)新
12月16日,隨著一聲炮響,紗嶺金礦副井井筒-1173m工作面又開始了正常掘進施工作業(yè)。在此工作面與“水魔”奮戰(zhàn)了203天的金誠信人終于露出了一絲笑容,這標志著繼進風井成功采用無止?jié){墊施工工藝進行工作面預注漿后,又取得了更關鍵的一次治水勝利。這一刻確實來之不易,回想過去大半年時間里與兇猛“水魔”艱苦奮戰(zhàn)的日日夜夜,太多的艱辛和付出終于得到了回報。
歷經艱辛 破釜沉舟三次攻堅終“降魔”
金誠信礦業(yè)管理股份有限公司(簡稱“金誠信”)承建的紗嶺金礦副井和進風井井筒掘砌工程,于2019年5月9日開工。同時在建施工的4條豎井中,副井在2020年2月22日首破千米,曾創(chuàng)下單月掘砌進尺124.8m的掘砌量最高紀錄,一度走在了礦區(qū)豎井建設的前列。
5月28日,副井井筒掘砌進尺已達到1188m。無論從日期還是進度,都看似多么吉利的數字。然而,一條兇猛的“水魔”、一場艱難的苦戰(zhàn)正悄悄來襲。
當天,工作面有了出水現象。5月30日,當工作面的探水孔施工鉆進到7.5m時,突然“轟”的一聲,大量地下水噴涌而出,瞬間工作面水位上漲500mm,實測單孔涌水量80.2m3/h,水溫達到43℃,現場的員工和機械頓時猶如泡在灼人的熱泉中。
深井施工遭遇涌水,本是司空見慣的現象。金誠信在多年的深井施工中,有著豐富的治水經驗。面對這次突如其來的涌水,他們首先按照傳統(tǒng)的治水方法,馬上進行止?jié){墊施工,準備進行工作面的水泥預注漿作業(yè),通過水泥注漿凝固來堵住出水口。但由于此次涌水量太大,強涌水的影響導致澆筑不能連續(xù)進行,第一次止?jié){墊澆筑就花費了3天時間。
止?jié){墊雖然澆筑上了,但由于涌水量大,加固耗時20天,卻始終達不到徹底封閉的效果。經過再三斟酌,商定的第二次止?jié){墊施工方案經過業(yè)主方和監(jiān)理單位的審批后實施。此間對排水系統(tǒng)進行了改造,將排水能力加大,止?jié){墊澆筑的過程基本順利。
第二次止?jié){澆筑雖然漸漸取得了效果,但仍有多處出水點未能封閉住。大家都清楚“水滴石穿”的道理。只要還有細小的涌水不能止住,過不了多久就會“小溪成大流”。為了堵住這些小“溪流”,工程技術人員經過反復研討,決定選擇白銀新型注漿材料進行封堵。但經過10天奮戰(zhàn),功效依然甚微。
治水戰(zhàn)斗,又一次面臨著難以破解的困局。
參與施工的管理人員此時都在考慮,如果繼續(xù)進行白銀新型注漿材料來封堵,結果到底會怎樣?興許再做一些堅持的努力,最終會獲得成功;另一種可能,就是花費了人力、財力、時間后,結果前功盡棄。
艱難的抉擇,擺在了施工單位和建設單位面前。一次次的研討、一個個的會議、一項項的比較。最樂觀的估計、最壞的結果,大家全都分析預測了。最后,大家在“決不能靠運氣、憑僥幸來取得成功”上統(tǒng)一了思想,而這樣的艱難抉擇就是:全部破除第一次和第二次的止?jié){墊,以新的方法重新澆筑第三次止?jié){墊!
科學論證、優(yōu)化方案、計算比較、周密計劃、精心施工……11月6日,第三次止?jié){墊順利澆筑完畢。接下來進行止?jié){墊養(yǎng)護、關閉閥門靜水試壓、加固止?jié){墊、布孔注漿等。截至12月10日,涌水封堵最終完成,工作面涌水量不到5m3/h。經過綜合研判,符合規(guī)范標準,可以恢復掘砌施工。困擾了匯金人半年之久的“水魔”,終于在總結前兩次失敗教訓的基礎上,被頑強不屈的沙嶺金礦人制服了。
科學決策 精準施策集中科研力量攻堅克難
在這次工作面治水過程中,從最初的《-1173m工作面預注漿施工組織設計》到《第三次止?jié){墊拆除施工專項方案》,前前后后,編制和完善了8個專項方案,這里面凝聚著施工單位、業(yè)主方及監(jiān)理單位的大量心血與智慧。
10月15日,由金誠信組織的方案評審會通過視頻方式舉行。這是對實施第三次止?jié){墊的方案的討論和審查,針對第三次止?jié){墊大體積混凝土設計參數確定、水化熱的影響、施工工藝等關鍵問題進行廣泛深入的探討。公司科創(chuàng)部利用專門的軟件建立溫度場模型,模擬混凝土溫升狀況;與此同時,項目部與商砼廠家進行商討,研究降低混凝土的水化熱的措施,選擇了添加一級粉煤灰、礦物摻合料并提高其添加比例的配比設計,并做了多組混凝土的快速配比試驗,把混凝土中水泥用量降到了最低,將試驗后的混凝土配比再次進行模型驗算,各項數據符合規(guī)范要求。
此次治水過程中參與單位多達6家,擔任各自的角色,起到了不同的作用。建設單位、監(jiān)理單位、注漿新型材料供應單位、商砼供應單位密切合作,共同協(xié)商,研究方案。
建設單位和監(jiān)理單位對注漿全過程的施工方案和具體措施進行審查,每班安排管理人員值班,跟蹤施工進展情況,發(fā)現問題及時解決;新型材料廠家安排技術人員現場盯班指導。在方案的審查和關鍵環(huán)節(jié)施工過程中,兄弟施工單位派人現場指導。
第三次止?jié){墊澆筑期間,商砼廠家現場調度,保證混凝土供應的及時性。當泵車出現故障時,立即調用備用泵車趕赴現場。經過四天三夜的連續(xù)澆筑,第三次止?jié){墊澆筑完成。從養(yǎng)護期間到期后,預留試塊檢測全部合格,布孔注漿時止?jié){墊未漏漿跑漿……在多家單位的團結協(xié)作下,不僅取得了此次注漿治水的勝利,也為以后解決此類問題提供了更多的方法和經驗。
深入分析 抓住矛盾升級改造解決系統(tǒng)瓶頸經反復對比分析,前兩次止?jié){墊漏水導致失敗的原因,歸結于排水能力偏小,抗風險能力較差,止?jié){墊混凝土施工難以連續(xù)進行,止?jié){墊的整體性受到了很大的影響。
要解決排水系統(tǒng)的問題,必須盡可能加大排水能力。為了綜合利用兩條井筒的排水系統(tǒng)能力,建設單位同意實施-1000m中段短路貫通方案。6月22日,橫穿副井與進風井的巷道貫通,對兩井排水系統(tǒng)升級后,排水能力提高到200m3/h;緊接著,吊盤臥泵排水能力增加到150m3/h,形成了較為完善的排水系統(tǒng)。
高地溫是超深豎井施工的又一大難題。井下工作面環(huán)境溫度一直在36℃以上,作業(yè)條件相當艱苦。作業(yè)人員長期在高溫水中搏斗,工作量大且溫度高,采取工作面降溫措施勢在必行。技術人員對比多種降溫技術和設備,最終選擇風冷設備,并采用整體組織機構,僅用3天時間安裝完成。8月4日,副井制冷系統(tǒng)投入運行,工作面環(huán)境溫度降到了30℃以下,大大改善了作業(yè)條件。
身先士卒 勇于擔責戰(zhàn)“水魔”盡顯中流砥柱
在與“水魔”戰(zhàn)斗的日子里,業(yè)主方、監(jiān)理方、施工方的各級管理技術人員深入現場,共同解決問題。匯金公司董事長袁永忠、總經理蔡興健,監(jiān)理公司總監(jiān)理工程師王治偉等領導多次深入工作面,查看現場情況,及時決策。
匯金公司董事長袁永忠身為礦井建設的帶頭人,在每次重要決策前,召集各方人員分析數據、研究方案、共同決策。在副井單井排水能力受限制的情況下,他果斷決策,向集團公司申請增加-1000m短路貫通工程,提前讓兩井先貫通,提高抗風險能力。尤其是第三次止?jié){墊方案,多次主持召開專題會議研究,不僅在主要方案上加強商討,而且對施工細節(jié)一再斟酌,決不能有一絲疏漏;在方案實施的各個階段,他帶領專業(yè)技術人員深入現場,掌握一手數據。第三次止?jié){墊封水效果得到驗證后,他高興地對大家說:“副井工作面預注漿取得的階段性勝利,是所有匯金人共同努力的結果,是參建各方齊心協(xié)力、共度難關的集中展現,是黨建引領作用的深刻展示,為今后礦山建設起到了示范作用!”
金誠信匯金項目經理楊永軍從事豎井施工近20年,有著豐富的施工經驗。遇到超深豎井高壓高溫的水患,一度讓他鎖緊了眉頭:以往的治水經驗,在此類復雜地質條件下如何加以改進,必須拓展思路,尋求更有效的方法。在兩級公司專家的指導下,對第三次止?jié){墊的設計、混凝土的質量保證措施、過程控制等細節(jié)上反復探討修改,最終形成了完善的方案。
前兩次止?jié){墊加固時,效果總是不明顯。為了查找問題,他有時在井下一呆就是十幾個小時,甚至一天下井三四趟。第三次止?jié){墊養(yǎng)護期滿需要驗證其封水效果,他親自在工作面指揮安裝閥門、壓力表,進行靜水試壓。濾水層的加固是一道關鍵工序,他在班前會上詳細交代施工工序安排,井下現場指導,經過3天的奮戰(zhàn),止?jié){墊成功,無一處漏水,第三次止?jié){墊封堵取得了非常理想的效果。他興奮地向建設單位報告:“我們成功了!”
不斷探索 總結提高再次積累超深豎井寶貴經驗
副井-1173m工作面高壓高溫大涌水條件下的治水,是前所未有的挑戰(zhàn)。匯金項目部在業(yè)主方和兩級公司的支持下不斷嘗試各種施工方法,不斷總結、完善,經過近7個月的不懈努力,最終獲得成功,摸索出了一套行之有效的治水方法。
堅持“有疑必探,先探后掘”的施工原則,是避免工作面涌水的最有效方法。工作面探水保護巖層厚度滿足設計要求,保護巖層厚度過大,單次探水孔利用率較低,造成較大的工期及人工浪費;保護巖層厚度不夠,極易導致工作面大量涌水,將會給注漿施工造成極大的困難。
混凝土止?jié){墊的質量是工作面預注漿成敗的關鍵。在工作面出現涌水的情況下澆筑混凝土止?jié){墊,必須采取可靠的質量保證措施,止?jié){墊厚度應按照計算參數最大值確定,止?jié){墊必須設計成錐形施工壁座,可以有效地防止止?jié){墊上浮。濾水層設置在合理范圍內,增加導水槽與濾水箱和濾水桶連通,保證濾水效果。根據《大體積混凝土施工標準》采取添加粉煤灰、礦物摻合料,以減少混凝土中的水泥用量降低大體積混凝土的水化熱等措施。
將潛孔鉆機固定在整體液壓模板上,為打孔注漿提供了有利條件:第一,保證了打孔質量,確保每次打孔角度均相同;第二,移動鉆機簡單,快捷,節(jié)約了大量的時間;第三,不占用工作平臺空間,提高工作平臺利用率;第四,提高了打孔時將鉆機甚至工作平臺頂翻,提高了施工安全。
積極采用新型注漿料,開拓了注漿新思路,提高了治水效率。遇水不分散、早凝早強等材料的應用,取得了較好成效。實踐證明,該材料具有凝固時間短,強度高等優(yōu)點,在孔口管固定、止?jié){墊加固等方面具有較好的效果。如C-S漿液達不到預期效果,可選用該材料進行治水。
對紗嶺金礦副井-1173m工作面大量涌水進行注漿,是一項具有極大挑戰(zhàn)性的治水工程,也是一次極具里程碑意義的艱難探索。通過該次降服“水魔”,總結出了許多行之有效的超深豎井高壓高溫治水經驗,填補了礦山超深井施工相關領域的空白。
責任編輯:楊凈茹
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