四、斜井从沉箱内通过流沙层
斜井通过流沙层,在国内通常采用大明挖的方法,或打板桩的方法。大明一矿主副斜井表土层有13.5米,其中流沙层12.5米。即表土下1米就是流沙层。其特点是流沙的颗粒很细,属于细沙层,有水就有沙,沙随水流动。同时地下水很大,在这种条件下,林海水考虑再三,认为不宜采用大明挖或板桩法施工。他曾考虑冻结法或混凝土帷幕法,因工程量大,成本高,工期长,国内没有这方面的资料。各种施工方案都不宜采用,怎么办?林海水终于下定决心,走自主创新的路。怎么创新?怎样才能想出一条新的施工方案?
俗话说:“三个臭皮匠,胜过一个诸葛亮。”林海水充分发挥技术团队和工人师傅们的智慧,请他们群策群力,出谋划策。针对大明一矿主、副斜井的地质条件,他召开专题座谈会,商讨应该采用哪种施工方案。经过大家的发言,板桩法、冻结法、混凝土帷幕法等都被否决了!大明挖方案,一开始有人赞成,因为表土比较浅,适合大明挖,但更多的人认为细沙层较厚,地下水大,是采用大明挖致命的因素,不同意这个方案。这次研讨会虽没有结果,但取得很多的共识。大家都认为必须采用新的特殊的施工方案。林海水让大家带着这个课题,继续思考为再次召开专题讨论会做好准备。
三天后,林海水再次召开有关工程技术人员讨论会。王爱民首先发言,他和兰广礼有个想法:竖井井筒可以用圆的沉井通过流沙层,斜井也可以采用长方形沉箱,让斜井从长方形沉箱内通过流沙层。经过王爱民这一提醒,林海水顿时豁然开朗,思路马上就清晰起来,他充分肯定王爱民、兰广礼的意见,决定采用这个方案。接着林海水与王爱民、兰广礼连夜讨论长方形沉箱的规格、沉箱的结构、沉箱的设计、沉箱与斜井的关系、施工技术等一系列问题,一直讨论到深夜,最后由王爱民、兰广礼编制长方形沉箱施工组织设计。
王爱民、兰广礼依据表土流沙层的厚度和静水位确定长方形沉箱长39米,宽9.5米。为保证39米长的沉箱经受得住侧压力,不致于被压裂,他们在沉箱内每13米处加一道横墙,借以提高长方形沉箱两侧的抗压强度。
王爱民、兰广礼编制出来的长方形沉箱施工组织设计方案,林海水仔细审核后,认为该方案切实可行。大明一矿副斜井于1975年5月开工,至同年9月30日长方形沉箱法沉入基岩2米,主斜井于1975年8月开工至同年11月长方形沉箱沉入基岩2米,大明一矿主、副斜井经过两个多月的施工,顺利地从长方形沉箱内通过流沙层,取得圆满成功。为国内斜井采用长方形沉箱法通过流沙层创出一项新的特殊施工法。
五、先进经验结硕果
林海水带领技术团队在铁法矿区建设的26年中,根据矿井建设的实际情况,积极推广先进经验,加快了矿井的建设,取得了丰硕的成果。
在大明二矿新主井井筒施工中,他们采用喷射混凝土代替临时支护,激光指向、金属滑动模板浇注混凝土井壁,掘进与砌碹平行作业等先进经验,取得了月成井101米的好成绩,创造了辽宁省月成井最高纪录。
在大明二矿新主井井筒罐道梁的安装中,以往是在各层罐道梁的井壁上用风镐凿出梁窝,罐道梁安装完后,再用混凝土浇灌梁窝。这种方法,不仅施工不安全,工期较长,劳动强度也很大。煤炭工业部基建司荆总工程师从国外考察回国后,建议大明二矿新主井采用树脂锚杆固定罐道梁新技术,代替过去传统的凿梁窝固定罐道梁的施工方法。这个建议得到于士勇处长和林海水总工程师的大力支持,以基本建设工程处倪仰奎副总工程师为首的技术团队,精心策划,在国内首次采用树脂锚杆固定罐道梁的新技术,既节省钢材,减轻劳动强度,又缩短了一半工期,取得圆满成功。煤炭工业部基建司召开现场会,在总结经验的基础上,并在国内推广这项新技术。
在大明一矿主斜井施工中,林海水综合国内斜井施工的先进经验,采用自制大耙斗装岩机(耙斗容量为1立方米)、大箕斗、大绞车、大矸石仓等设备,使掘进与砌碹平行作业。这套机械设备由郑永鹤技术员负责设计,由机电科自己制造。
推广这套先进经验后,加快斜井施工进度,取得月成巷250米的好成绩。煤炭工业部基建司召开现场会,充分肯定这套先进技术。
在小明矿新副井施工前,根据地质资料,在井筒20~30米之间,有岩层破碎带,裂隙发达,涌水量大,林海水根据国内预先注浆封水的经验,采取地面预先注浆封水,使原预计涌水量60立方米/时,注浆后涌水量仅为1立方米/时,注浆效果达到98.4%,为井筒施工创造良好的条件。
六、技术革新解难题
一个矿井建设的主管工程师,不但要有丰富的科学知识与专业知识,而且还要善于因地制宜、随时随地调整施工方案,使之符合客观规律。表面看来,依然是平常人干着平常事,没有什么特别,实际上是一场巨大变革与创新。
在小明矿井底车场施工中,设计院原设计的巷道永久支护是钢筋混凝土结构,这是20世纪60年代初普遍采用的永久支护形式。但在井底车场巷道施工过程中,工人们发现刚浇注的钢筋混凝土碹一星期后,在巷道两拱肩处开始出现裂纹,而且随时间推移越裂越长,裂纹也越来越宽。半年后,有的巷道被压垮,有的巷道底板泥质页岩鼓起来,有的巷道发生下沉。林海水刚发现钢筋混凝土碹裂纹时,就立即组织工程技术人员深入井下调查研究。发现井底车场的巷道位于泥质页岩和沙质页岩层中,在掘井过程中,泥质页岩暴露出来,吸取空气中的水分,就开始风化和膨胀,由于暴露时间较短,未能及时发现,当浇注钢筋混凝土碹时,泥质页岩和沙质页岩吸取混凝土中的水分,迅速膨胀,在钢筋混凝土碹尚未达到一定强度时,就在泥质页岩膨胀的强大压力挤压下开始出现裂纹,继而发生巷道支护被压垮。
显然,在这种地质条件下,采用钢筋混凝土支护结构是不适宜的。针对泥质页岩的特性,采用什么结构的巷道支护?工程处郭副处长建议改用料石支护结构,林海水同意这个建议,其优点有:一是减少泥质页岩吸收水分,二是料石支护结构可以抗初压力,三是工艺比较简单,四是就地取材,矿区内有开采料石场。经设计院同意,将钢筋混凝土碹改为料石碹。
通过这次支护结构的改革,不仅解决了技术上的难题,同时加快了工程进度,从月成巷30米提高到60~80米,而且保证了工程质量,当时被认为是支护结构的一次变革。
大明一矿风井深度只有38米,为解决提升矸石、运送材料和人员上下等的需求,在井筒内须安装一套提升单车单罐笼的提升设备,因为风井浅,所以提升速度要求低于1米/秒。过去曾采用大绞车把滚筒直径改小,降低运行速度,但这种做法如同大马拉小车,耗电量很大,不经济也不科学。林海水想改变这种提升方式,他组织有关机电技术人员研究探讨是否利用动滑轮的原理,采用1.2米绞车提升单车单罐笼的施工方案。这一建议刚提出,引起很大的争议,有些人怕不安全,如钢丝绳容易磨损和断绳、罐笼上和天轮平台上安装动滑轮的设计很困难、1.2米绞车闸不可靠等等。这次研讨会,虽然没有结论,但林海水认为收益很大,他们把问题都提出来了,其实主要有四个问题:一是采用动滑轮提升单车单罐笼是否科学合理?二是在罐笼上和天轮平台上安装动滑轮的设计是否可行?三是如何减少钢丝绳的磨损?四是万一出事,谁承担责任?林海水就逐一解释,打消他们的疑虑。