IPC分类号 : E21D1/12,E21D1/14,E21D5/11,E21D5/12,E21D7/00
专利摘要
本发明提供立一种井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统及方法，平行施工系统包括：冻结造孔系统，冻结造孔系统包括冻结系统和冻结孔造孔系统；冻结系统设置在井筒外围四周；冻结系统包括冻结管，多个冻结管邻近井筒周向设置；井塔施工系统，井塔施工系统包括井塔桩基系统和井塔框架系统；井筒掘砌系统，井筒掘砌系统位于冻结系统上方；本发明采用井塔施工系统、井筒冻结施工系统和掘砌施工系统交叉平行布置的方式，使得井塔在施工的同时可以对井筒施工；本发明提出了多个工序交叉平行施工的新方法，与常规施工方法相比，可实现6个月内开始井筒掘砌，填补高寒地区井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行快速施工的空白。
权利要求
1.一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统，其特征在于，所述平行施工系统包括：
冻结造孔系统，所述冻结造孔系统包括冻结系统和冻结孔造孔系统；所述冻结系统设置在井筒外围四周；所述冻结系统包括冻结管，多个所述冻结管邻近所述井筒周向设置；所述冻结孔造孔系统包括吊盘和钻塔，所述钻塔的下表面连接在所述吊盘的上表面，五台所述钻塔靠近所述吊盘的周向边缘均匀设置；
井塔施工系统，所述井塔施工系统包括井塔桩基系统和井塔框架系统，所述井塔桩基系统位于所述冻结孔造孔系统外侧；所述井塔桩基系统包括回转钻机，所述回转钻机穿插设置在所述钻塔之间，所述回转钻机用于形成桩基孔，多个所述桩基孔形成桩基孔阵；所述井塔框架系统包括井塔框架，所述井塔框架设有第一层平台和第二层平台，所述井塔框架用于提供承载与支撑；
井筒掘砌系统，所述井筒掘砌系统位于所述冻结系统上方；所述井筒掘砌系统包括凿井系统和井筒浇筑系统；所述井筒浇筑系统设置在所述井塔框架上。
2.如权利要求1所述的一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统，其特征在于，所述井塔框架系统还包括结构柱、绞车提升系统和临时排矸系统；四个所述结构柱跨设在在所述井筒上方，所述第一层平台和第二层平台连接在所述结构柱上，所述第二层平台位于所述第一层平台上方，所述第二层平台上铺设有厚木板，所述厚木板用于对第二层平台以下空间断面封闭；所述井塔框架四周还设有井塔防护栏，所述井塔防护栏设置在与第二层平台同一高度处的井塔外侧壁面上；
所述绞车提升系统和所述临时排矸系统设在第一层平台上，所述临时排矸系统位于所述绞车提升系统的远离所述井塔框架一侧；所述绞车提升系统包括绞车天轮平台、绞车天轮梁和绞车提升天轮；所述绞车天轮梁设置在所述绞车天轮平台上，所述提绞车提升天轮设置在所述绞车天轮梁上；所述临时排矸系统包括排矸天轮平台、排矸天轮梁、排矸天轮和稳车装置，所述排矸天轮梁设置在所述排矸天轮平台上，所述排矸天轮设置在所述排矸天轮梁上；所述稳车装置设置在地面基础上；
优选地，所述稳车装置为25t稳车装置；
再优选地，所述井塔防护栏上还配套设有井塔防坠网。
3.如权利要求1所述的一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统，其特征在于，所述冻结系统还包括制冷设备、进液管、分流管、冻结沟槽、合流管和回液管；所述冻结管为空心状圆管，所述冻结管位于所述冻结孔内，所述冻结管自所述冻结孔的顶部沿所述冻结孔的深度方向延伸铺设至所述冻结孔底部；
多个所述冻结孔形成冻结孔阵，多个所述冻结管形成冻结管幕，所述冻结管幕的内壁靠近所述吊盘的圆周外侧面；所述冻结管幕上端设有所述冻结沟槽，所述冻结沟槽呈圆环状，所述冻结沟槽外围沿所述冻结沟槽圆周方向设有支撑柱，多个所述支撑柱形成支撑体系用于对所述冻结沟槽外壁支护；
所述冻结沟槽内设有分流管与合流管，所述分流管与所述合流管均呈空心圆环状，所述合流管位于所述分流管下方；所述分流管下表面沿周向均匀开设有分流通孔，每个所述冻结管的上端均通过多个所述分流通孔与所述分流管导通，所述冻结孔上端靠近上端面处设有合流管通孔，所述冻结孔通过所述合流管通孔与所述合流管连通；
所述进液管的前端连接在所述制冷设备上，所述进液管的后端连接在所述分流管上；所述回液管的前端连接在所述合流管上，所述回液管的后端与所述制冷设备导通，用于将低温盐水回流至制冷设备；
所述制冷设备、进液管、分流管、冻结管、冻结孔、合流管和回液管形成可供低温盐水循环的连续回路；
优选地，所述制冷设备位于所述桩基孔阵外；
再优选地，所述冻结沟槽的直径与所述冻结管幕的直径相同。
4.如权利要求1所述的一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统，其特征在于，所述井筒浇筑系统包括压风管悬吊天轮和双层吊盘；所述压风管悬吊天轮设置在所述第二层平台的中心的右侧，所述压风管悬吊天轮通过钢丝绳连接有压风管导向天轮，所述压风管导向天轮位于所述第二层平台的右端；所述压风管悬吊天轮关于所述第二层平台的中心线所在平面对称处设有排水管悬吊天轮，所述排水管悬吊天轮通过所述钢丝绳连接有排水管导向天轮，所述排水管导向天轮设置在所述第二层平台的左端；
所述双层吊盘通过钢丝绳悬挂在井筒内，所述井筒内壁上设有吊盘通过溜槽，便于所述双层吊盘上下移动；所述井筒上端还设有封口盘，所述封口盘为带有通孔的薄饼圆盘。
5.如权利要求1所述的一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统，其特征在于，所述凿井统包括临时凿井系统、单侧溜矸系统和副溜钩矸系统；所述临时凿井系统包括定滑轮，所述定滑轮通过钢丝绳人字形悬挂在第一层平台下表面，所述单侧溜矸系统设置在第一层平台上，所述副溜钩矸系统设置在所述井塔框架外侧壁，所述副溜钩矸系统位于所述第一层平台距地面高度的一半处；
优选地，所述定滑轮为20t定滑轮。
6.如权利要求1所述的一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统，其特征在于，所述冻结孔造孔系统包括泥浆沟槽和泥浆导管，所述泥浆沟槽的截面呈凹字形，所述泥浆沟槽的一端连接在所述吊盘的圆周外侧面，并紧贴所述吊盘的圆周外侧面周向延伸至首尾相连，形成环形结构；所述泥浆沟槽底部还设有泥浆通孔；多个所述泥浆导管的一端密闭连接在多个所述泥浆通孔内，多个所述泥浆导管的另一端延伸至多个所述冻结孔的上端。
7.如权利要求1所述的一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统，其特征在于，所述灌注系统包括泥浆池、灌注导管和钢筋笼；所述泥浆池为无顶空心长方体状，所述泥浆池下表面设有万向轮，用于为泥浆池的移动提供方便；所述泥浆池的下表面还设有灌注孔；多个所述灌注导管的一端密封连接在多个所述灌注孔内，多个所述灌注导管的另一端延伸至不同的桩基孔底部；所述钢筋笼设在所述桩基孔内，用于形成桩基。
8.如权利要求5所述的一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统，其特征在于，所述井塔框架外侧壁上还设有安全防护棚，所述安全防护棚为空心圆环状，所述安全防护棚位于所述副溜钩矸系统与所述第一层平台之间，用于对下层工作空间提供安全屏障。
9.如权利要求1所述的一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统，其特征在于，所述桩基孔阵外围呈正方形状，所述桩基孔阵位于所述冻结管幕外侧；所述桩基孔阵中设有预留浇注桩基砼的道路；
优选地，所述桩基孔有55～65个；
再优选地，在水平方向和竖直方向每两个相邻的所述桩基孔的间距均小于3m。
10.一种如权利1至9任一项所述的立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统的平行施工方法，其特征在于，所述平行施工方法包括如下步骤：
步骤1，井塔桩基与冻结造孔平行施工：
在吊盘上靠近吊盘边缘处周向等角度的设置五台钻塔，钻塔底部与吊盘活动连接，以便钻塔移动至不同工位施工；钻塔设置好后，同时开启五台钻塔，在设计的位置钻进形成冻结孔；在冻结孔阵形成的同时，用于施工桩基孔的汽车回转钻机穿插设置在钻塔缝隙中，在冻结孔阵周围钻出桩基孔，并逐渐形成桩基孔阵；
在吊盘外侧圆周面上焊接一圈泥浆沟槽，在泥浆沟槽内放入泥浆；泥浆在泥浆沟槽内循环流动，泥浆沟槽内的泥浆通过泥浆导管导入冻结孔阵中，进行冻结孔泥浆护壁；冻结孔泥浆护壁的同时，将钢筋笼吊放进桩基孔阵中，为后面工序做准备；
在冻结孔阵上端挖设一圈冻结沟槽，往每个冻结孔内下放入冻结管，下放冻结管的同时，往泥浆池内倒入施工现场自拌砼，灌注导管连接在泥浆池底部，将砼引入桩基孔内钢筋笼的底部，泥浆池沿着预留的灌桩路径边移动边灌注，形成桩基。部分桩基孔与冻结管相邻，造成施工难度大，桩基孔与冻结管相邻距离小于100mm时，必须先施工桩基，后施工冻结孔，避免冻结管挤压变形或者移位，造成冻结管的报废；桩基与冻结管道重叠时，将冻结管偏离原位置，与桩基至少保持0.3m距离，当冻结管施工至桩基底部后，采用陀螺导向法将冻结管导向原设计位置；
步骤2，井塔与冻结工程平行施工：
冻结造孔结束后，井塔基础开挖时，采用分层、分块开挖方法，减小不均匀侧向土应力，对冻结管周围留核心土防止机械破坏；冻结采用一次冻全深的冻结施工方案，井塔采用滑膜施工工艺；在井塔滑膜施工的同时，冻结站同时建设，并开始进行冻结；将冻结站设置在远离井口的地方，冻结施工所需的冻结盐水可用主冻结管敷设至井口，将更大的空间留给井塔和井筒的施工单位；井塔基础剪力墙在施工时，冻结工程需要不间断施工；主冻结管要穿越剪力墙，提前要预留好冻结管道的孔洞位置，并且需要对主冻结管支撑，加固；在井塔滑膜施工过程中，除了井塔自身的高空作业安全防护外，采用大于5mm厚的钢板将冻结沟槽全部封闭，防止高空坠物砸漏冻结沟槽内的冻结管道，造成冻结盐水的流失；
步骤3，井塔与凿井、冻结平行施工：
先期建设2层井塔框架结构，通过铺设钢梁及50mm厚木板全断面封闭，四周增设防护栏及防坠网，形成安全防护棚，确保下部施工安全；第2层以上井塔扎筋、支模、浇筑混凝土等工序正常施工；第一层平台同步施工提升绞车用天轮平台，天轮梁及提升天轮正常安装；两部绞车提升系统未形成前，利用第一层平台安装天轮、钢梁及地面两台25t稳车设置临时提升排矸系统，形成井筒掘砌体系；井筒掘砌工程必须有三个方向的施工空间，设计稳绞系统占据东西两个方向，南侧用于排掘砌矸石，北侧用于人员上下、材料打运；在掘砌爆破时，井塔上面施工人员停止作业。
说明书
技术领域
本发明属于矿山建设领域，具体涉及立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统及方法。
背景技术
煤矿立井建设在表土段一般采用冻结法施工，基岩段采用普通凿井法。冻结段外壁掘砌和基岩段掘砌均采用短段掘砌混合作业法，内壁采用滑模法施工。在建井初期，井架或井塔施工、地层冻结造孔、立井掘砌提升设备布置等多个工序集中在井口附近，常规方案顺序及占用工期为：井塔桩基施工(不少于1.5个月)→井口打地层冻结孔(约2.5个月)→井塔桩基承台施工 (约0.5个月)→冻结沟槽施工(约0.3个月)→井塔施工(约6个月)→布置临时凿井设施(约1.2个月)→立井掘砌；累计工期占用时间长，尤其是高寒地区建井，如北方地区最低温度可达-36℃，不适合用钢结构井架，需要施工钢筋混凝土剪力墙结构井塔，基础多设计为大体积钢筋砼+钻孔灌注桩形式，由此引起工期通常在12月以上。
井塔结构安全的前提是井塔地基，基础必须具有足够的承载能力抵御自身静荷载和外部动荷载。在冻结法建井过程中，尤其要考虑到冻胀、融沉引起的井塔基础不均匀抬升、沉降所造成井塔各种形式的破坏，影响矿井提升和安全生产。永久井塔环境适应性较强，但其最明显的缺点就是占用筹备期时间长，凿井设施安装工序较复杂，特别是冻结工程准备工作多、冻结沟槽施工占用井口附近时间长，如果要缩短工期，则井塔、井筒冻结、立井掘砌必须实现交叉平行施工。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工方法，以至少解决目前现有立井井塔、井筒冻结、掘砌多个工序施工占用整体工期时间长、产生冻结费用增大的问题，确保了井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工的安全，能够保证安全高效建井，有较为显著的经济效益。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统及方法，优选，所述平行施工系统包括：
冻结造孔系统，所述冻结造孔系统包括冻结系统和冻结孔造孔系统；所述冻结系统设置在井筒外围四周；所述冻结系统包括冻结管，多个所述冻结管邻近所述井筒周向设置；所述冻结孔造孔系统包括吊盘和钻塔，所述钻塔的下表面连接在所述吊盘的上表面，五台所述钻塔靠近所述吊盘的周向边缘均匀设置；
井塔施工系统，所述井塔施工系统包括井塔桩基系统和井塔框架系统，所述井塔桩基系统位于所述冻结孔造孔系统外侧；所述井塔桩基系统包括回转钻机，所述回转钻机穿插设置在所述钻塔之间，所述回转钻机用于形成桩基孔，多个所述桩基孔形成桩基孔阵；所述井塔框架系统包括井塔框架，所述井塔框架设有第一层平台和第二层平台，所述井塔框架用于提供承载与支撑；
井筒掘砌系统，所述井筒掘砌系统位于所述冻结系统上方；所述井筒掘砌系统包括凿井系统和井筒浇筑系统；所述井筒浇筑系统设置在所述井塔框架上。
如上所述的一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统及方法，优选，所述井塔框架系统还包括结构柱、绞车提升系统和临时排矸系统；四个所述结构柱跨设在在所述井筒上方，所述第一层平台和第二层平台连接在所述结构柱上，所述第二层平台位于所述第一层平台上方，所述第二层平台上铺设有厚木板，所述厚木板用于对第二层平台以下空间断面封闭；所述井塔框架四周还设有井塔防护栏，所述井塔防护栏设置在与第二层平台同一高度处的井塔外侧壁面上；
所述绞车提升系统和所述临时排矸系统设在第一层平台上，所述临时排矸系统位于所述绞车提升系统的远离所述井塔框架一侧；所述绞车提升系统包括绞车天轮平台、绞车天轮梁和绞车提升天轮；所述绞车天轮梁设置在所述绞车天轮平台上，所述提绞车提升天轮设置在所述绞车天轮梁上；所述临时排矸系统包括排矸天轮平台、排矸天轮梁、排矸天轮和稳车装置，所述排矸天轮梁设置在所述排矸天轮平台上，所述排矸天轮设置在所述排矸天轮梁上；所述稳车装置设置在地面基础上；
优选地，所述稳车装置为25t稳车装置；
再优选地，所述井塔防护栏上还配套设有井塔防坠网。
如上所述的一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统及方法，优选，所述冻结系统还包括制冷设备、进液管、分流管、冻结沟槽、合流管和回液管；所述冻结管为空心状圆管，所述冻结管位于所述冻结孔内，所述冻结管自所述冻结孔的顶部沿所述冻结孔的深度方向延伸铺设至所述冻结孔底部；
多个所述冻结孔形成冻结孔阵，多个所述冻结管形成冻结管幕，所述冻结管幕的内壁靠近所述吊盘的圆周外侧面；所述冻结管幕上端设有所述冻结沟槽，所述冻结沟槽呈圆环状，所述冻结沟槽外围沿所述冻结沟槽圆周方向设有支撑柱，多个所述支撑柱形成支撑体系用于对所述冻结沟槽外壁支护；
所述冻结沟槽内设有分流管与合流管，所述分流管与所述合流管均呈空心圆环状，所述合流管位于所述分流管下方；所述分流管下表面沿周向均匀开设有分流通孔，每个所述冻结管的上端均通过多个所述分流通孔与所述分流管导通，所述冻结孔上端靠近上端面处设有合流管通孔，所述冻结孔通过所述合流管通孔与所述合流管连通；
所述进液管的前端连接在所述制冷设备上，所述进液管的后端连接在所述分流管上；所述回液管的前端连接在所述合流管上，所述回液管的后端与所述制冷设备导通，用于将低温盐水回流至制冷设备；
所述制冷设备、进液管、分流管、冻结管、冻结孔、合流管和回液管形成可供低温盐水循环的连续回路；
优选地，所述制冷设备位于所述桩基孔阵外；
再优选地，所述冻结沟槽的直径与所述冻结管幕的直径相同。
如上所述的一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统及方法，优选，所述井筒浇筑系统包括压风管悬吊天轮和双层吊盘；所述压风管悬吊天轮设置在所述第二层平台的中心的右侧，所述压风管悬吊天轮通过钢丝绳连接有压风管导向天轮，所述压风管导向天轮位于所述第二层平台的右端；所述压风管悬吊天轮关于所述第二层平台的中心线所在平面对称处设有排水管悬吊天轮，所述排水管悬吊天轮通过所述钢丝绳连接有排水管导向天轮，所述排水管导向天轮设置在所述第二层平台的左端；
所述双层吊盘通过钢丝绳悬挂在井筒内，所述井筒内壁上设有吊盘通过溜槽，便于所述双层吊盘上下移动；所述井筒上端还设有封口盘，所述封口盘为带有通孔的薄饼圆盘。
如上所述的一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统及方法，优选，所述凿井统包括临时凿井系统、单侧溜矸系统和副溜钩矸系统；所述临时凿井系统包括定滑轮，所述定滑轮通过钢丝绳人字形悬挂在第一层平台下表面，所述单侧溜矸系统设置在第一层平台上，所述副溜钩矸系统设置在所述井塔框架外侧壁，所述副溜钩矸系统位于所述第一层平台距地面高度的一半处；
优选地，所述定滑轮为20t定滑轮。
如上所述的一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统及方法，优选，所述冻结孔造孔系统包括泥浆沟槽和泥浆导管，所述泥浆沟槽的截面呈凹字形，所述泥浆沟槽的一端连接在所述吊盘的圆周外侧面，并紧贴所述吊盘的圆周外侧面周向延伸至首尾相连，形成环形结构；所述泥浆沟槽底部还设有泥浆通孔；多个所述泥浆导管的一端密闭连接在多个所述泥浆通孔内，多个所述泥浆导管的另一端延伸至多个所述冻结孔的上端。
如上所述的一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统及方法，优选，所述灌注系统包括泥浆池、灌注导管和钢筋笼；所述泥浆池为无顶空心长方体状，所述泥浆池下表面设有万向轮，用于为泥浆池的移动提供方便；所述泥浆池的下表面还设有灌注孔；多个所述灌注导管的一端密封连接在多个所述灌注孔内，多个所述灌注导管的另一端延伸至不同的桩基孔底部；所述钢筋笼设在所述桩基孔内，用于形成桩基。
如上所述的一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统及方法，优选，所述井塔框架外侧壁上还设有安全防护棚，所述安全防护棚为空心圆环状，所述安全防护棚位于所述副溜钩矸系统与所述第一层平台之间，用于对下层工作空间提供安全屏障。
如上所述的一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统及方法，优选，所述桩基孔阵外围呈正方形状，所述桩基孔阵位于所述冻结管幕外侧；所述桩基孔阵中设有预留浇注桩基砼的道路；
优选地，所述桩基孔有55～65个；
再优选地，在水平方向和竖直方向每两个相邻的所述桩基孔的间距均小于3m。
一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统的平行施工方法，优选，所述平行施工方法包括如下步骤：
步骤1，井塔桩基与冻结造孔平行施工：
在吊盘上靠近吊盘边缘处周向等角度的设置五台钻塔，钻塔底部与吊盘活动连接，以便钻塔移动至不同工位施工；钻塔设置好后，同时开启五台钻塔，在设计的位置钻进形成冻结孔；在冻结孔阵形成的同时，用于施工桩基孔的汽车回转钻机穿插设置在钻塔缝隙中，在冻结孔阵周围钻出桩基孔，并逐渐形成桩基孔阵；
在吊盘外侧圆周面上焊接一圈泥浆沟槽，在泥浆沟槽内放入泥浆，冻结孔泥浆护壁采用冻采用的泥浆为PHP—HPAN泥浆和C-PAN-KHm泥浆；泥浆在泥浆沟槽内循环流动，泥浆沟槽内的泥浆通过泥浆导管导入冻结孔阵中，进行冻结孔泥浆护壁；冻结孔泥浆护壁的同时，将钢筋笼吊放进桩基孔阵中，为后面工序做准备；
在冻结孔阵上端挖设一圈冻结沟槽，往每个冻结孔内下放入冻结管，下放冻结管的同时，往泥浆池内倒入施工现场自拌砼，灌注导管连接在泥浆池底部，将砼引入桩基孔内钢筋笼的底部，泥浆池沿着预留的灌桩路径边移动边灌注，形成桩基。部分桩基孔与冻结管相邻，造成施工难度大，桩基孔与冻结管相邻距离小于100mm时，必须先施工桩基，后施工冻结孔，避免冻结管挤压变形或者移位，造成冻结管的报废；桩基与冻结管道重叠时，将冻结管偏离原位置，与桩基至少保持0.3m距离，当冻结管施工至桩基底部后，采用陀螺导向法将冻结管导向原设计位置；
步骤2，井塔与冻结工程平行施工：
冻结造孔结束后，井塔基础开挖时，采用分层、分块开挖方法，减小不均匀侧向土应力，对冻结管周围留核心土防止机械破坏；冻结采用一次冻全深的冻结施工方案，井塔采用滑膜施工工艺；在井塔滑膜施工的同时，冻结站同时建设，并开始进行冻结；将冻结站设置在远离井口的地方，冻结施工所需的冻结盐水可用主冻结管敷设至井口，将更大的空间留给井塔和井筒的施工单位；井塔基础剪力墙在施工时，冻结工程需要不间断施工；主冻结管要穿越剪力墙，提前要预留好冻结管道的孔洞位置，并且需要对主冻结管支撑，加固；在井塔滑膜施工过程中，除了井塔自身的高空作业安全防护外，采用大于5mm厚的钢板将冻结沟槽全部封闭，防止高空坠物砸漏冻结沟槽内的冻结管道，造成冻结盐水的流失；
步骤3，井塔与凿井、冻结平行施工：
先期建设2层井塔框架结构，通过铺设钢梁及50mm厚木板全断面封闭，四周增设防护栏及防坠网，形成安全防护棚，确保下部施工安全；第2层以上井塔扎筋、支模、浇筑混凝土等工序正常施工；第一层平台同步施工提升绞车用天轮平台，天轮梁及提升天轮正常安装；两部绞车提升系统未形成前，利用第一层平台安装天轮、钢梁及地面两台25t稳车设置临时提升排矸系统，形成井筒掘砌体系；井筒掘砌工程必须有三个方向的施工空间，设计稳绞系统占据东西两个方向，南侧用于排掘砌矸石，北侧用于人员上下、材料打运；在掘砌爆破时，井塔上面施工人员停止作业。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：
本发明采用井塔施工系统、井筒冻结施工系统和掘砌施工系统交叉平行布置的方式，使得井塔在施工的同时可以对井筒施工；此外，本发明的井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工方法，解决了现有多个工序在技术要求上存在的占用工期时间长、费用增大的问题，提出了多个工序交叉平行施工的新方法，与常规施工方法相比，可实现6个月内开始井筒掘砌，填补高寒地区井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行快速施工的空白，是煤矿安全高效建井的重要组成部分，社会、经济效益显著。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明实施例的冻结孔、桩基和钻塔的布置示意图；
图2为本发明实施例的桩基和冻结管重叠时的施工方法结构示意图；
图3为本发明实施例的井塔、井筒冻结和井筒掘砌平行施工的布置示意图；
图4为本发明实施例的平行施工网格计划图。
图中：1、桩基孔；2、冻结孔；3、泥浆沟槽；4、吊盘；5、井筒；6、冻结管；7、钻塔；8、桩基孔阵；9、冻结孔阵；10、井塔桩基；11、结构柱； 12、地面基础；13、第一层平台；14、第二层平台；15、压风管悬吊天轮； 16、压风管导向天轮；17、排水管悬吊天轮；18、排水管导向天轮；19、安全防护棚；20、稳车装置；21、绞车。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
根据本发明的具体实施例，如图1至3所示，一种立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统及方法，平行施工系统包括，冻结造孔系统，冻结造孔系统包括冻结系统和冻结孔造孔系统。冻结系统设置在井筒5外围四周。冻结系统包括冻结管6，多个冻结管6邻近井筒5周向设置。冻结孔造孔系统包括吊盘4和钻塔7，钻塔7的下表面连接在吊盘4的上表面，五台钻塔7 靠近吊盘4的周向边缘均匀设置。
井塔施工系统，井塔施工系统包括井塔桩基10系统和井塔框架系统，井塔桩基10系统位于冻结孔造孔系统外侧。井塔桩基10系统包括回转钻机，回转钻机穿插设置在钻塔7之间，回转钻机用于形成桩基孔1，多个桩基孔1 形成桩基孔阵8。井塔框架系统包括井塔框架，井塔框架设有第一层平台13 和第二层平台14，井塔框架用于提供承载与支撑。
井筒5掘砌系统，井筒5掘砌系统位于冻结系统上方。井筒5掘砌系统包括凿井系统和井筒5浇筑系统。井筒5浇筑系统设置在井塔框架上。
根据本发明的具体实施例，井塔井塔框架系统还包括结构柱11、绞车21 提升系统和临时排矸系统。四个结构柱11跨设在在井筒5上方，第一层平台 13和第二层平台14连接在结构柱11上，第二层平台14位于第一层平台13 上方，第二层平台14上铺设有厚木板，厚木板用于对第二层平台14以下空间断面封闭。井塔框架四周还设有井塔防护栏，井塔防护栏设置在与第二层平台14同一高度处的井塔外侧壁面上。
绞车21提升系统和临时排矸系统设在第一层平台13上，临时排矸系统位于绞车21提升系统远离井塔框架的一侧。绞车21提升系统包括绞车21 天轮平台，绞车21天轮梁，绞车21提升天轮。绞车21天轮梁设置在绞车 21天轮平台上，提绞车21升天轮设置在绞车21天轮梁上。临时排矸系统包括排矸天轮平台，排矸天轮梁，排矸天轮和稳车装置20，排矸天轮梁设置在排矸天轮平台上，排矸天轮设置在排矸天轮梁上。稳车装置20设置在地面基础12上。优选地，稳车装置20为25t稳车装置20。再优选地，井塔防护栏上还配套设有井塔防坠网。
根据本发明的具体实施例，冻结系统还包括制冷设备、进液管、分流管、冻结沟槽、合流管和回液管。冻结管6为空心状圆管，冻结管6位于冻结孔 2内，冻结管6自冻结孔2的顶部沿冻结孔2的深度方向延伸铺设至冻结孔2 底部。
多个冻结孔2形成冻结孔阵9，多个冻结管6形成冻结管6幕，冻结管6 幕的内壁靠近吊盘4的圆周外侧面。冻结管6幕上端设有冻结沟槽，冻结沟槽呈圆环状，冻结沟槽外围沿冻结沟槽圆周方向设有支撑柱，多个支撑柱形成支撑体系用于对冻结沟槽外壁支护。
冻结沟槽内设有分流管与合流管，分流管与合流管均呈空心圆环状，合流管位于分流管下方。分流管下表面沿周向均匀开设有分流通孔，每个冻结管6的上端均通过多个分流通孔与分流管导通，冻结孔2上端靠近上端面处设有合流管通孔，冻结孔2通过合流管通孔与合流管连通。
进液管的前端连接在制冷设备上，进液管的后端连接在分流管上。回液管的前端连接在合流管上，回液管的后端与制冷设备导通，用于将低温盐水回流至制冷设备。
制冷设备、进液管、分流管、冻结管6、冻结孔2、合流管和回液管形成可供低温盐水循环的连续回路。优选地，制冷设备位于桩基孔阵8外。再优选地，冻结沟槽所在圆的直径与冻结管6幕的直径相同。
根据本发明的具体实施例，井筒5浇筑系统包括压风管悬吊天轮15和双层吊盘4。压风管悬吊天轮15设置在第二层平台14的中心的右侧，压风管悬吊天轮15通过钢丝绳连接有压风管导向天轮16，压风管导向天轮16位于的二层平台的最右端。压风管悬吊天轮15相对于第二层平台14的中心线所在平面对称处设有排水管悬吊天轮17，排水管悬吊天轮17通过钢丝绳连接有排水管导向天轮18，排水管导向天轮18设置在第二层平台14的最左端。
双层吊盘4通过钢丝绳悬挂在井筒5内，井筒5内壁上设有吊盘4通过溜槽，便于双层吊盘4上下移动。井筒5上端还设有封口盘，封口盘为带有通孔的薄饼圆盘。
根据本发明的具体实施例，凿井统包括临时凿井系统，单侧溜矸系统，副溜钩矸系统临时凿井系统包括定滑轮，定滑轮通过钢丝绳人字形悬挂在第一层平台13下表面，单侧溜矸系统设置在第一层平台13上，副溜钩矸系统设置在井塔框架外侧壁，副溜钩矸系统位于第一层平台13与地面中间高度处。优选地，定滑轮为20t定滑轮。
根据本发明的具体实施例，冻结孔2造孔系统包括泥浆沟槽3和泥浆导管，泥浆沟槽3的截面呈凹字形，泥浆沟槽3的一端连接在吊盘4的圆周外侧面，并紧贴吊盘4的圆周外侧面周向延伸至首尾相连，形成环形结构。泥浆沟槽3底部还设有泥浆通孔。多个泥浆导管的一端密闭连接在多个泥浆通孔内，多个泥浆导管的另一端延伸至多个冻结孔2的上端。
根据本发明的具体实施例，灌注系统包括泥浆池、灌注导管和钢筋笼。泥浆池为无顶空心长方体状，泥浆池下表面设有万向轮，用于为泥浆池的移动提供方便。泥浆池的下表面还设有灌注孔。多个灌注导管的一端密封连接在多个灌注孔内，多个灌注导管的另一端延伸至不同的桩基孔1底部。钢筋笼设在桩基孔1内，用于形成桩基。井塔框架外侧壁上还设有安全防护棚19，安全防护棚19为空心圆环状，安全防护棚19位于副溜钩矸系统与第一层平台13之间，用于对下层工作空间提供安全屏障。桩基孔阵8外围呈正方形状，桩基孔阵8位于冻结管6幕外侧。桩基孔阵8中设有预留浇注桩基砼的道路。优选地，桩基孔1有55～65个。再优选地，在水平方向和竖直方向每两个相邻的桩基孔1的间距小于3m。
根据本发明的具体实施例，如图4所示，提供了本发明平行施工网格计划图，自开工开始，冻结造孔和井塔桩基10施工同时进行，冻结造孔结束后，冻结沟槽及设备安装和井筒5掘砌准备工作同时进行，冻结沟槽及设备安装完成之后，开始冻结施工，井筒5掘砌准备完成之后开始掘砌设备安装，掘砌设备安装完成之后，掘砌开始施工。与上述施工步骤同时进行的步骤有，破桩头，破桩头施工完成之后，开始基础施工，基础施工所需的工期大致为30天，之后进行金塔主体施工交付安装，之后完成掘砌设备安装和掘砌开始施工。
本发明还提供了立井井塔、井筒5冻结、掘砌交叉平行施工系统的平行施工方法，平行施工方法包括如下步骤：
步骤1，井塔桩基10与冻结造孔平行施工：
在吊盘4上靠近吊盘4边缘处周向等角度的设置五台钻塔7，钻塔7底部与吊盘4活动链接，以便钻塔7移动至不同工位施工。钻塔7设置好后，同时开启五台钻塔7，在设计的位置钻进形成冻结孔2。在冻结孔阵9形成的同时，用于施工桩基孔1的汽车回转钻机穿插设置在钻塔7缝隙中，在冻结孔阵9周围钻出桩基孔1，并逐渐形成桩基孔阵8。
在吊盘4外侧圆周面上焊接一圈泥浆沟槽3，在泥浆沟槽3内放入泥浆，冻结孔2泥浆护壁采用冻采用的泥浆为PHP—HPAN泥浆和C-PAN-KHm泥浆。泥浆在泥浆沟槽3内循环流动，泥浆沟槽3内的泥浆通过泥浆导管导入冻结孔阵9中，进行冻结孔2泥浆护壁。冻结孔2泥浆护壁的同时，将钢筋笼吊放进桩基孔阵8中，为后面工序做准备。
在冻结孔阵9上端挖设一圈冻结沟槽，往每个冻结孔2内下放入冻结管 6，下放冻结管6的同时，往泥浆池内倒入施工现场自拌砼，灌注导管连接在泥浆池底部，将砼引入桩基孔1内钢筋笼的底部，泥浆池沿着预留的灌桩路径边移动边灌注，形成桩基。部分桩基孔1与冻结管6相邻，造成施工难度大，桩基孔1与冻结管6相邻距离小于100mm时，必须先施工桩基，后施工冻结孔2，避免冻结管6挤压变形或者移位，造成冻结管6的报废。桩基与冻结管6道重叠时，将冻结管6偏离原位置，与桩基至少保持0.3m距离，当冻结管6施工至桩基底部后，采用陀螺导向法将冻结管6导向原设计位置。
步骤2，井塔与冻结工程平行施工：
冻结造孔结束后，井塔基础开挖时，采用分层、分块开挖方法，减小不均匀侧向土应力，对冻结管6周围留核心土防止机械破坏。冻结采用一次冻全深的冻结施工方案，井塔采用滑膜施工工艺。在井塔滑膜施工的同时，冻结站同时建设，并开始进行冻结。将冻结站设置在远离井口的地方，冻结施工所需的冻结盐水可用主冻结管6敷设至井口，将更大的空间留给井塔和井筒5的施工单位。井塔基础剪力墙在施工时，冻结工程需要不间断施工。主冻结管6要穿越剪力墙，提前要预留好冻结管6道的孔洞位置，并且需要对主冻结管6支撑，加固。在井塔滑膜施工过程中，除了井塔自身的高空作业安全防护外，采用大于5mm厚的钢板将冻结沟槽全部封闭，防止高空坠物砸漏冻结沟槽内的冻结管6道，造成冻结盐水的流失。
步骤3，井塔与凿井、冻结平行施工
先期建设两层井塔框架结构，通过铺设钢梁及50mm厚木板全断面封闭，四周增设防护栏及防坠网，形成安全防护棚19，确保下部施工安全。第2层以上井塔扎筋、支模、浇筑混凝土等工序正常施工。第一层平台13同步施工提升绞车21用天轮平台，天轮梁及提升天轮正常安装。两部绞车21提升系统未形成前，利用第一层平台13安装天轮、钢梁及地面两台25t稳车设置临时提升排矸系统，形成井筒5掘砌体系。井筒5掘砌工程必须有三个方向的施工空间，设计稳绞系统占据东西两个方向，南侧用于排掘砌矸石，北侧用于人员上下、材料打运。在掘砌爆破时，井塔上面施工人员停止作业。
实施例1：
本实施例针对内蒙古自治区鄂尔多斯市塔然高勒矿区南部泊江海子煤矿副井进行施工，立井深611m，矿井于2010年元月正式开工，2012年底正式投产，工期36个月。井筒5采用冻结法施工，基岩段采用普通凿井法施工，副井设计采用钢筋混凝土剪力墙结构井塔，井塔高66m，基础设计为大体积钢筋砼结构，埋深-6m，基础以下为钻孔灌注桩，泥浆护壁。桩基直径为φ 800mm，井塔桩基10身长22m，共60根。
根据矿井建设的总工期计划，关键线路：冻结—井筒5掘砌—巷道掘进的施工工期已确定，且压缩空间已经很小，为了不影响矿井总工期，采用本专利提出的井塔与冻结、凿井的平行施工方法，具体可分为三个阶段：
(1)井塔桩基10与冻结造孔平行施工
副井冻结凿孔计划工期65天，冻结孔2共44个，测温孔3个，水文孔 2个，累计造孔22690m。采用5台22.5KW的钻塔7按图1所示布置进行同时施工，井塔桩基10共60个，分部在冻结孔2的四周，桩基采用反循环化学造浆护壁，三翼刮刀式钻头回转钻进成孔，钢筋笼整节加箍定位成型，孔口整节直接下笼，导管水下灌筑自拌砼成桩的施工工艺。
冻结造孔采用的PHP—HPAN泥浆和C-PAN-KHm泥浆，泥浆沟槽3布满吊盘4四周，桩基施工采用膨润土自制的泥浆，采用钢板焊移动泥浆池，用管道连接的方法，避免了桩基泥浆与冻结泥浆交叉混合。
部分桩基与冻结管6道相邻小于100mm时，必须先施工桩基，后施工冻结孔2，避免冻结管6挤压变形或者移位，造成冻结管6的报废。
桩基与冻结管6道重叠时，按图2所示将冻结管6偏离原位置，与桩基至少保持0.3m距离，当施工至桩基底部后，采用陀螺导向法将冻结管6导向原设计位置。
(2)井塔桩基10与冻结造孔平行施工
冻结凿孔结束后，井塔和冻结开始施工，冻结采用一次冻全深的冻结施工方案，低温大流量的冻结方式，积极期盐水温度为-32℃，维护期盐水温度为-24～-26℃；井塔采用滑膜施工工艺，在井塔滑膜施工的同时，冻结站同时建设，并开始进行冻结。
井塔基础开挖时，由于基础深度为-6m，必须要保护冻结管6，第一防止机械破坏，第二防止土方坍塌挤压导致冻结管6变形。
(3)井塔与凿井、冻结平行施工
井塔施工至33m，冻结至1.8个月后，井筒5具备开工条件，开始掘砌施工。井筒5施工前一个月为设备安装时间如图4所示，此时井塔暂停施工，停工时间安排在冬歇期，缩短了井塔的总工期。冻结工程在此期间继续施工，同时安装天轮、稳绞系统，冬歇期结束后，井塔继续向上施工，井筒5向下掘砌，冻结也继续工作。
实施例2：
本实施例针对泊江海子矿副井采用永久井塔凿井施工，井塔高度82米，最大容量52709.8m
泊江海子矿主、副井井塔均采用钢筋混凝土箱型结构，采用滑模施工，连续浇筑混凝土，施工速度快，模板重复利用率高，可大大降低工程造价。为了全面准确的掌握主井承台内部温度场发展变化规律，在承台中部沿四周均匀布置1号和2号两串测温线，每串12个测点，共计24个测点。其中1 号测温线布置在中排桩位置，2号测温线布置在承台的内排桩位置。井塔基础承台受力特征监测的主要内容包括承台底部压力监测、承台内部钢筋应力监测、以及混凝土温度应力监测等方面的内容，在此基础上采用有限元方法，模拟分析了外荷载作用下的承台受力变化特征及大体积混凝土内部温度应力的分布规律。沿基础周边的四个角点及近南北向平行基础边的侧线上，布置井塔基础沉降测点。
通过综合技术分析，在井塔基础浇筑过程中，分2层、四个区块进行浇筑，混凝土利用热水搅拌、输送车采用裹棉毯保温，入模装置全封闭，井塔内每间隔数米放置一个火炉，井塔四周用厚塑料布封闭，确保混凝土凝固条件。
将永久井塔的+32.6m、+24.0m两楼层通过铺设钢梁及50mm厚木板全断面封闭，四周增设防护栏及防坠网，确保两楼层以下施工安全。+32.6m以上井塔扎筋、支模、浇筑混凝土等工序正常施工。+24.0m同步施工提升绞车 21用天轮平台(即自制+26.2m平台)，天轮梁及提升天轮正常安装。两部绞车 21提升系统未形成前，利用+24.0m平台安装天轮、钢梁及地面两台25t稳车设置临时提升排矸系统，井筒5掘砌同步进行。
(1)、临时凿井系统
a、提升排矸
利用+24.0m平台N2、N3号工字钢梁通过40mm钢丝绳“人”字形悬挂 20t定滑轮，相对标高位置+20.5m，东西稳车群中选定两台靠近井筒5提升中心线的25t稳车，通过38mm钢丝绳提升5m3吊桶，迎头留座底罐，井下摘挂钩，装罐不能过满。利用东侧溜矸系统排矸至地面，采用人工、铲车清理矸土。同时用一天时间将+11.5m翻矸台完善，将副钩溜矸系统形成，施工期间，井下撤人。
b、井筒5掘进
采用2台PC60小松挖掘机挖土、铁锹修边，小挖机直接将土运到井口，利用铲车人工及时清理。采用先挖超前小井，短段台阶式挖掘，最后人工刷帮至设计圈径，对冻结沟槽墙体进行打点柱支撑。施工至3m深左右，小挖机无法从工作面将土直接抛出时，采用临时提升排矸方案施工。
c、浇筑用模板悬吊及下灰系统
液压金属整体模板高4m、半径6.05m，利用+15.5m已经安装完成的天轮平台设置悬吊，选用该平台2个模板悬吊天轮、一套压风管悬吊及导向天轮、1套排水管悬吊及导向天轮共4个悬吊点，相应4台稳车同步升降模板以满足砌壁使用。井筒5掘砌20m前浇筑混凝土使用远距离输送泵车直接入模，20m以后下下灰系统另制，具体方案：先安装双层吊盘4，悬吊绳及吊盘4高约9m，其下方模板高4m，迎头4m掘进段高，通过计算可以安装封口盘。浇筑混凝土时，在下层吊盘4利用溜槽直接入模。
(2)、井塔施工
井塔剪力墙及承重边柱采用组装液压滑模施工，楼板及中间“井”字形支撑立柱采用现支木模板浇筑，每小班钢管架设工30人，钢筋工20人，木工10人，浇筑采用泵送入模，局部泵车大臂无法施工，则利用吊塔悬吊灰槽入模，确保入模温度不低于15℃，并严格控制混凝土初凝时间。井塔+32.6m 以上扎筋、支模、浇筑混凝土等工序正常施工时，下层天轮平台同步安装，要切实做好坠物防护。
(3)、绞车21提升天轮平台安装
+26.2m天轮平台为自制凿井平台，利用5根H700×30钢梁焊接于永久井塔中间四根立柱预埋钢板上，形成平台框架，其上架设5根Ⅰ63a及2根 950×300组合焊钢梁作为天轮梁。主副提升均选用2JKZ-4.0m/15双滚筒大绞车21，提升天轮直径3.0m。井塔施工的同时，在+24m平台以上东西两侧剪力墙各留有8m×9m(高×宽)天轮梁及天轮吊装用窗口，利用一台50t吊车与塔吊配合使用，将各梁及天轮安装就位。
(4)、实施效果
至2009年12月30日，井塔施工至40.8m，副井已完成永久锁口施工、 +24.0m及+26.2m天轮平台安装完毕、两部4m大绞车21及20部稳车均已试验正常运转、井筒5掘砌32m，同时完成液压金属模板、双层凿井吊盘4井下组装、封口盘安装、井口双轨道铺设等重点工序，仅用时24d。
综上所述，本发明的井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工方法，解决了现有多个工序在技术要求上存在的占用工期时间长、费用增大的问题，提出了多个工序交叉平行施工的新方法，与常规施工方法相比，可实现6个月内开始井筒掘砌，填补高寒地区井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行快速施工的空白，是煤矿安全高效建井的重要组成部分，社会、经济效益显著。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
立井井塔、井筒冻结、掘砌交叉平行施工系统及方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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