井巷工程 立井井筒施工

井巷工程 立井井筒施工

第一节 概述 一．井筒分类（主井、副井、风井 ） 1 ．主井 提升煤炭 箕斗 2 ．副井 提升矸石、上下人员、设备、材料、进风 罐笼 3 ．风井 回风、安全出口 梯子 二、井筒结构 1. 井颈： ⑴深度： 15 ～ 20m ⑵ 壁厚：钢筋混凝土井壁 2. 井身： 至进出车水平或箕斗装载水平 表土段及风化基岩段：双层井壁，总厚 800 ～ 1000mm 基岩段：素混凝土井壁，厚 400 ～ 500mm 3. 井底 副 井 10m ，主井 35 ～ 75m ，风井 4 ～ 6m 三．施工特点 1. 工程量不大，但工期长 煤矿建设中，立井井筒施工是关键工程。虽然 立井井筒掘进工程量仅占全矿井工程量的 4 ％～ 5 ％，但工期却占 35 ％左右 。因此，加快立井掘砌速度，是缩短矿井建设工期的关键。而立井作业方式、施工技术及装备水平又影响着立井的掘砌速度。 50 年来，经过广大建设者的努力，目前我国立井机械化装备水平与施工速度已达到当代国际先进水平。 2. 施工复杂 立井井筒一般要穿过表土与基岩两个部分，其施工技术由于围岩条件不同各有特点。表土施工方案选择主要考虑工程的安全，而基岩施工主要考虑施工速度。 由于 表土松软，稳定性较差，经常含水，并直接承受井口结构物的荷载。 所以，表土施工比较复杂，往往成为立井施工的关键工程。正确的选择表土施工方案和施工方法，避开雨季施工，预先考虑片帮等突发事故的防范措施，确保立井井筒安全快速地通过表土层，并顺利转入基岩施工具有重要的意义。 立井井筒施工包括掘进、砌壁和安装三大工序 井筒正式掘进之前，先在井口上方设置 井架 ，在井架顶部安装 天轮平台 ，在井架第一平台标高处安设 卸矸平台 。与此同时，掘进井筒上口一段井筒，安设 临时锁口、封口盘、固定盘和吊盘 ，在井口四周安装 凿井提升机、凿井绞车、悬吊凿井 用的各种施工设备及管线；建筑凿井用的 压风机房 、 通风机房和混凝土搅拌站 等辅助生产车间。待一切准备工作完成后，即可进行井简的正式掘进工作。 立井基岩施工主要采用钻眼爆破方法。根据井筒掘砌作业方式的不同， 拆模、立模、浇较混凝土等 砌壁工作可在掘进工作面或吊盘上进行。混凝土在地面井口搅拌站配制，经混凝土输送管或底卸式吊桶送至砌壁作业地点，当这段井筒砌好后，再转入下段井筒的掘进作业，依此往复循环直至井街最终深度。                                                                    河北宣东二号矿年设计能力 90 万吨，最高月井创基岩段月进尺 141 米，打破当年全国记录                                                                                              山东许厂矿年设计能力 150 万吨，主、副井最高月成井 110.8 米和 103.6 米                                                                                               山西沙曲矿年设计能力 300 万吨，连续 3 个月破百米，最高月成井 103.6 米                                                                    山东岱庄矿年设计能力 150 万吨，风井最高月成井 191.6 米，打破冻结段施工记录 第二节 井筒断面设计 一 . 井筒装备 1. 罐梁 ⑴ 材料和断面 ： 防腐材料， b 型或 c 型的 20~32 号热轧普通工字钢 型钢焊接或整体轧制的闭合空心截面（强度、刚度、抗腐蚀型和通风、提升效果） （ 2 ）罐道梁的布置方式 通梁双侧方式 通梁单侧方式 通梁端面方式 山梁双侧罐道 悬臂支座双侧罐道 无罐梁端面罐道 ⑴ 木罐道 矩形断面（ h×b ）、 160×180mm （ 1 吨）或 180×200mm （ 3 吨） 长度 6m 、三层罐梁 半年更换一次 ⑵ 钢轨罐道 规格： 38kg/m 或 43kg/m 标准长度 12.5m 、四层罐梁，每层 4.168m （ 4.5mm 伸缩缝） 固定：罐道卡子和螺栓 2. 罐道类型 ⑶ 型钢组合罐道 : 球扁钢组合罐道、 槽钢组合罐道 （ 4 ） 柔性井筒装备 包括： 罐道钢丝绳和防撞钢丝绳 ， 罐道绳和防撞绳的固定与拉紧装置 ，钢丝绳在井窝的定位装置，提升容器上的导向器，提升容器在井口和井底进出车水平、中间水平或装卸载处的稳罐定位装置。 最早使用 柔性井筒装备 是抚顺胜利矿主、副井，从 1911 年投产到 1954 年报废，共运行 43 年。目前不论在煤矿或金属矿，在各种用途和深度的井筒内，在采用不同提升容器、终端荷重、提升方式和提升速度的情况下，都有采用钢丝绳罐道的。 钢丝绳罐道在英国得到了广泛的采用，在南非几个深达千米的井筒也装备了钢丝绳罐道，在原苏联， 1970 年以来钢丝绳罐道获得了大量推广，在井深 1300m 以内、提升终端荷重 50 ～ 100t 的井筒中也装备了钢丝绳罐道，在法国、瑞典、美国、波兰、德国都重视采用。 ① 钢丝绳 — 普通（ 6×7 、 6×19 ），不耐磨寿命短 异型股或密封钢丝绳（贵 40% ，但寿命是 2~3 倍） ②固定方式： 重锤拉紧 — 井底较深 液压螺杆拉紧－下端固定在井底钢梁上 ③拉紧力和刚度： 每 100m 的张紧力不小于 10kN 钢丝绳罐道与刚性罐道比较的优点 （ 1 ）结构简单、安装方便、节省钢材、施工期短，安装时只需要固定和拉紧团道绳、安装工作小、速度快。 （ 2 ）井筒内不设罐道梁，减小通风阻力，井壁不凿梁窝，减轻井壁负荷，有利于提高并壁的整体性和防水性能。 （ 3 ）钢丝绳罐道具有一定的柔性，提升容器运行平稳，没有冲击碰撞和噪音，在正常段允许采用较高的提刀速度，减少断绳、卡罐事故。 （ 4 ）钢丝绳罐道便于维护，更换钢丝绳也较简单，对生产影响较小。 钢丝绳罐道与刚性罐道比较的缺点 （ 1 ）钢丝绳罐道要求提升容器之间和容器与井壁之间的安全间隙比刚性罐道大，故井筒断而一般要相应加大。 （ 2 ）由于悬挂罐道绳、防撞绳、防坠器制动绳以及拉紧重锤使井架负荷加大也要求较探。 （ 3 ）在进出车水平还需另设刚性罐道稳罐，中间水平的稳罐装置尚不够理想步解决。 （ 4 ）在启动和停车时运行速度不宜过大，故对全井提升速度有一定影响。 二．井筒净断面尺寸的确定 确定井筒净断面尺寸的步骤 ⑴ 选择井筒装备类型、确定断面布置形式 ⑵ 初步确定罐道、罐梁的规格尺寸，确定出安全间隙 ⑶ 用图解法或解析法求近似直径（≤ 6.5m 时按 0.5m 进级；＞ 6.5m 时按 0.2m 进级） ⑷ 验算罐道规格和罐梁型号 ⑸ 检查安全间隙及必要的调整 ⑹ 通风校核 （人员）、 12m/s （物料）、 15m/s （通风） S 0 ＝ S － A ， A 为梯子间面积 2.0m 2 ；不设梯子间时 S 0 ＝ 0.9A 三．井壁结构和井壁厚度的确定 1 ．井壁结构选择 承受地压、封堵涌水、防止围岩风化 2 ．井壁厚度确定 四、编制井筒工程量及材料消耗量表 井筒净直径、井壁结构和厚度确定之后，即可统计井筒工程量和材料消耗量。井筒工程量的统计自上向下分段（如表土、基岩、壁座等）进行。材料消耗的统计也分段分项（钢材、混凝土锚杆等）进行，最后汇总列表。某矿罐笼井井筒工程量及材料消耗量。 五、绘制井筒施工图 井简施工图包括井筒横断面图和井筒纵剖面图。井筒断面各部分尺寸确定后，按井筒尺寸的大小和井筒装备的布置情况，用 1︰20 或 1︰50 比例尺绘制井筒的横断面施工图。 一．稳定表土的施工 — 普通法施工 第三节 表土施工 1. 井圈背板普通施工法 1 －井壁； 2 －井圈背板； 3 －模板； 4 －吊盘； 5 －混凝土输送管； 6 －吊桶 2. 吊挂井壁施工法 1 －井壁； 2 －吊挂钢筋； 3 －模板； 4 －吊桶 3. 板桩法，适用于表土层薄的地方 二 . 不稳定表土 — 特殊法施工 我国华东、华北等地区煤田的表土层含多层流砂，最大厚度近 800m ，一些矿区的基岩裂隙发育，涌水量也很大，在这样的地质条件下，用传统的普通掘砌技术进行井筒施工难于通过，必须采用特殊施工技术，制止涌水、增强岩土稳定性，才能确保工程的顺利进行。 我国煤矿采用的特殊施工技术主要有： 冻结法、钻井法、沉井法、注浆技术和混凝土帷幕法、降低水位法 以及其它方法。 用沉井法建成井筒的个数在特殊凿井各种方法中占第二位，仅次于冻结凿井法。 沉井法 沉井施工工艺包括： 施工准备工作、制作套井、砌筑井壁、破土排碴、沉井下沉、封底固井 等主要工序。其中砌筑井壁和破土排碴工序与沉井下沉过程同时进行。控制沉井偏斜是关系沉井质量与成败的重要工作。封底固井和沉井与套井间的锁固工作，为沉井后的的井筒施工创造条件。 140 年历史， 1854 年德国工程师 Kind 采用冲击钻钻凿第一个直径 4.25m ，深度 98m 井筒。近几十年，德国大量采用钻井法钻凿风井和疏干井，仅莱茵褐煤公司钻进的疏干井就有 2000 多个， 365000m 。前苏联是应用钻井法的主要国家之一， 1979 年创造月成井 160m 的记录。美国 1910 年才引进钻井法， 50 、 60 年代出于地下核试验和其他工程的需要，钻井法得到广泛应用。仅美国原子能委员会内华达洲地下核试验场，在 1960~1983 年期间钻凿 600 多个，其中在阿留审群岛的井筒深达 1829m 。 1969 年元旦，我国第一口采用钻井法的是淮北朔里南风井，直径 4.3m ，深 90m 。 典型工程有：淮南谢桥西风井，钻井深度 464m ，通过表土不稳定含水地层厚 402m ，最大钻井直径 9.3m ，成井直径 7.0m ；淮南潘三西风井，钻井深度 508m ，通过表土层 440m ，最大钻井直径 9.0m ，成井直径 6.0m ；建设的淮北许疃矿，主、副、风三个井筒都采用钻井法施工，其中主井和风井成井偏斜率分别为 0.2 ‰ 和 0.1 ‰ ， 副井钻井直径 9.0 ，成井直径 6.8m 。 钻井法                              潘三西风井，成井直径 6.0 m ，钻井直径 9.0 m ，深度 508.2 m ，穿过 440 m 表土层，其中有 168 m 强膨胀性粘土层，该井具有典型的代表性 井筒名称 钻井深度 /m 钻井直径 /m 竣工时间 临涣西风井 张双楼东风井 童亭副井 朱仙庄南风井 潘三西风井 谢桥东一风井 任楼中央风井 谢桥东二风井 谢桥西风井 陈四楼风井 祁南矿中央风井 祁南南风井 许瞳矿主井 许瞳矿风井 城郊北风井 308.6 306.6 300.0 301.0 508.0 474.5 351.0 478.2 469.2 417.5 389.7 437.0 347.0 365.0 436.0 7.9 6.3 8.8 6.6 9.0 5.7 8.0 8.0 9.3 7.3 7.8 7.7 7.5 8.0 7.3 1979.4 1979.11 1981.2 1982.6 1984.11 1985.12 1986.8 1988.8 1989.4 1991.8 1993.11 1998.11 1998.9 1999.2 1999.6 我国钻井法施工 300m 以上深井明细表 在竣工的 57 个井筒中，深 300m 以上的大型井筒有 15 个，其中深 400m 以上的有 7 个，深 500m 以上的 2 个，总长度 1.4 万 m. 《 规程 》 第二十九条 采用钻井法开凿立井井筒必须遵守下列规定： （一）钻井的设计与施工最终位置 必须通过风化带 ，并向不透水的稳定基岩至少 延深 5m 。 （二）钻井期间，采用封口平台时，必须 将井口封盖严密 ；采用井口梁时，必须有可靠的防坠措施。 （三）钻井过程中，护壁泥浆的各项参数必须定时测定，发现问题立即调整。井筒内的泥浆面，必须保持 高于地下静止水位 。 （四）钻井时必须测定井筒的 偏斜度 。 （五） 预制井壁的质量 ，必须逐节检查鉴定。井壁连接部位必须有可靠的防蚀、防水措施，合格后方可下沉井壁。 施工工艺：井筒钻进 → 泥浆洗井护壁 → 下沉预制井壁 → 壁后注浆 1. 井筒钻进： l ）全断面一次钻进 曾在红阳一井西风井采用，松散含水地层中一次成功钻进深 112.8m 、钻径 6.2m 、成井净径 5.0m 的立井。 2 ）全断面分级扩孔钻进 我国煤矿立井常采用一次超前、多次扩孔的方式进行钻进。但实践证明，扩孔次数愈多，辅助时间消耗就愈多，成井速度则相应降低。 但是一次扩孔面积过大，钻头或刀盘的螺栓一法兰联结结构在钻进中承受很大的复合应力，常发生钻头或刀盘掉落事故 。 如淮北矿区童亭主井和淮南矿区谢桥东二风井施工中，曾四次因联结螺栓全部断裂而将 8.0m 直径扩孔钻头或刀盘掉落井下，使谢桥东二风井一次打捞消耗 9.5 个月，给施工造成很大损失。 3 ）取芯式钻进 对于硬度大、耐磨性高的岩层，限于刀具寿命和设备能力，国外曾采用大直径取芯方式钻进。由于施工复杂，难度较大，虽具有省功率、效率高的特点，但终未被采用。 超前钻头 扩孔钻头 洗井 — 循环泥浆方式排渣（压气排液器压气升液原理） 护壁 — 泥柱压力大，平衡地压力，泥皮可以堵塞裂隙、防止片帮 冷却钻具 2. 泥浆洗井护壁： 3. 下沉预制井壁： 带底预制钢筋混凝土井壁（钢板井、钢板混凝土复合井壁） —— 其内注水下沉 —— 地面接长 —— 边下沉、边测量、边接长。 在井壁吊运上采用了新的吊运吊具，即液压自平衡井壁专用吊具。 4. 壁后注浆： 调整、纠正 → 壁后注浆充填、置换泥浆 → 排水 → 壁后注浆 壁后管路 4 ～ 8 根 钻井法凿井壁后充填系统 ㈢ 冻结法 1862 年英国南威尔士在建筑工程基础施工中，首先采用人工制冷方法加固土壤； 1883 年德国工程师波茨舒用冻结法开凿了深度 103m 的井筒，获得了冻结法凿井技术专利。前苏联 1928 年开始采用冻结法，至 1990 年共开凿井筒 400 多个。 国名 英国 加拿大 波兰 比利时 德国 前苏联 法国 中国 荷兰 最大冻深， m 930 915 725 638 628 620 550 435 338 我国于 1955 年在开滦林西风井首次采用冻结法施工第一个井筒（直径 5.0m ，深度 105m ），揭开了我国在表土不稳定含水地层建设井筒的序幕。我国 冻结法凿井至今以建成井筒 400 多个，其中包括一批深 300m 以上和若干深 400m 以上的深大井筒，累计冻结延米长近 7 万 m 。 包括 80 年代最大冻深 415m 的潘三东风井 ， 河南陈四楼副井冻结深度 435m ，山东金桥煤矿冻结井穿过的表土层达 378.3m ，山东济宁 3 # 井副井冻结深度 395m ，成井直径 8m ，内蒙古榆树林子矿斜井冻结斜长 114.5m ，宁夏王洼矿最大斜井深度 88m ，这些工程代表了我国当今冻结法凿井的技术水平，目前我国已成为世界上冻结法应用最广的国家之一。 河南程村煤矿主、副井冻结深度均为 485m ，是目前已完工的国内同行业之最。于 2002 年 6 月 19 日正式开机运转，主、副分别于 2003 年 5 月 18 日和 2003 年 9 月 20 日完成冻结，圆满完成了井筒的掘进、复壁任务。 《 规程 》 第三十条 采用冻结法开凿立井井筒应遵守下列规定： （一）冻结深度应穿过风化带 延深至稳定的基岩 10m 以上 。基岩段涌水较大时，应加深冻结深度。 （三） 地质检查钻孔不得打在冻结的井筒内 。水文观测钻孔偏斜不得超出井筒，深度不得超过冻结段下部隔水层。 （四）冻结管应采用 无缝钢管焊接或螺纹连接 。 （五）开始冻结后，必须经常观察水文观测孔的水位变化。 只有在水文孔冒水 7 天、水量正常，确认冻结壁已交圈后，方可进行试挖 . （九） 只有在永久井壁施工全部完成后，方可停止冻结。 （十一） 不论冻结管能否提拔回收，对全孔必须及时用水泥砂浆或混凝土全部充满填实。 施工工艺：冻结孔钻进、冻结站安装 → 安装冻结设备 → 积极冻结 → 井筒掘砌（消极冻结） 1 ．钻孔： 冻结孔、水位观察孔、测温孔 （ 1 ）冻结孔（施工费： 140 元 /m ） 圈径： 比井筒直径大 1.0m ～ 3.0m 间距： 1.0m ～ 1.3m 直径： 200mm ～ 250mm （开孔 10 ～ 20m 直径要大 20 ～ 40mm ） 深度： 比冻结深度大 5m ～ 10m ，控制偏斜值 0.5 ～ 1.0m （ 2 ）水位观察孔（ 1~2 个）： 位置： 距离井筒中心 1m ，不影响井筒掘进时测量。 深度： 穿过所有含水层，不大于冻结深度或偏出井筒 作用： 观察冻结圈是否交圈 （ 3 ）测温孔： 位置： 冻结壁内、外沿界面 数目： 3 ～ 4 个 作用： 确定冻结壁厚度和开挖时间 冷冻站位置以供冷、供电、供水、排水方便为原则。同时，应不影响井口凿井设备布置和永久建筑施工，尽量少占地。为了减小冷量损失，冷冻站应尽量靠近井口，当冷冻站仅为一个井筒冻结服务时，其距离以 30 － 50m 为宜 。 2. 冻结站及冻结管的安装 低压机 高压机 中间冷却器 集油器 氨油分离器 储氨器 冷凝器 氨液分离器 蒸发器 -20°~ -35° -10°~ -15° 0.155MPa 蒸汽， 80°~ 120° 0.8~1.2MPa 15°~ 20° 液态， 25°~-35° 0.8~1.2MPa 积极冻结期间冻结器进出口温度相差 3°~7° ，消极期间相差 1°~3° 。 0.155MPa 饱和蒸汽 3. 冻结原理： ①盐水循环；②氨循环；冷却水循环 4. 掘进： 开挖时间确定： 水文观测孔的水位溢出管外 风镐、风铲、抓岩机 —— 除湿 钻爆法 —— 浅眼少装药（小于 1.5m ，每次 <10kg ）短循环 5. 支护： 随掘随砌钢筋混凝土外壁 自下而上一次砌混凝土内壁 冻结段采用金属井架、凿井提升机提升、人工风镐掘进、钢筋混凝土双层井壁的支护方法或外壁有防冻缓冲层、内外壁之间敷设有塑料板夹层的复合井壁。 6. 收尾工作 包括：回收氨、盐水、拆除冻结站设备、盐水管路、拔冻结管、充填冻结管等工作。通常，盐水可回收 70 ％左右，浅井可回收冻结管 70 ％～ 90 ％，深井一般不回收冻结管，但均应做充填处理。 《 验收规范 》 第 3.1.2 条 立井井筒施工，当通过涌水量大于 10m 3 /h 的含水岩层时，应采取注浆堵水等治水措施。 立井井筒涌水量的大小直接影响到凿井工期、成本、工程质量、施工安全和机械效率的发挥。我国 70 年代施工的井筒表明，涌水量每增加 10m 3 /h ，平均月进度下降 20 ％，成本提高 27.5 ％。 我国自 1955 年在新汉矿区张庄立井施工采用工作面预注浆取得成功后，我国井筒注浆的 最大深度已达 1105m 。 此外，应用注浆技术在处理开滦范各庄矿特大透水事故中，堵住了 2053m 3 /h 的特大涌水，使矿井很快恢复了生产。 （四） 注浆法 《 规程 》 第三十一条 （二） 注浆段长度必须大于注浆的含水岩层的厚度，并深入不透水岩层或硬岩层 5 ～ 10m 。 井底的设计位置在注浆的含水岩层内时， 注浆深度必须大于井深 10m 。 （四）注浆前，必须进行注浆泵和输送管路系统的耐压试验。 试验压力必须达到最大注浆压力的 1.5 倍，试验时间不得小于 15min ， 无异常情况后，方可使用。 1. 地面预注浆 施工工艺 ： 注浆孔施工 — 安装注浆设备 — 压水试验、测定岩层的吸水率 — 配制浆液 — 注浆施工及效果检查 — 井筒掘砌 条件 ：第 3.5.1 条 距地表小于 700m 的含水岩层，其层数多、层间距又不大时，宜采用地面预注浆法施工。 施工： 建井准备期，一次注全深 / 分段注浆 注浆孔的布置： 孔径（ 89~108) 第 3.5.3 条 预注浆孔的数量宜为 3 ～ 6 个 ，可布置在井筒内或距井筒外径 1.5m 的圆周上。 第 3.5.4 条 注浆孔的深度，应超过所注含水层底板 以下 10m 。当井筒底部位于含水层中，终孔的深度应超过井筒底部 10m 。 地面预注浆工期 井筒名称 井筒直径 注浆孔 布置直径 注浆深度 孔数 注浆孔间距 钻孔、注浆及抽水工期 起～至 注浆段 许家楼新井 9.7m 11m 90~120m 108m 9 3.83m 8 月 荆各庄主井 5m 17m 160~456 296 10 6.67m 12 孙庄主井 6 9     9 3.14   焦作李庄 6 8     4 6.28   三河主井   130~400 270 6   7.5 大兴煤矿进风井 10~80 70 6 1.43 2. 工作面预注浆 条件： 第 3.5.11 条 井筒穿过的基岩含水层赋存较深，或含水层间距较大，中间有良好隔水层，宜采用工作面注浆法施工。 需 2~3 个月左右，占用井筒工期 第 3.5.12 条 工作面预注浆的段高，宜为 30 ～ 50m ，可采用下行式注浆，或孔内下止浆垫，一次或多次注完全部含水层。工作面预注浆的钻孔数，宜为 8 ～ 12 个 ，钻孔应沿井筒周边布置，并应与岩层节理、裂隙相交。 施工： 工作面构筑混凝土至水垫 —— 钻孔 —— 注浆 —— 封堵注浆孔 3. 壁后注浆 条件：井筒完工后，渗水量＞ 6m 3 /h 或有集中出水孔，出水量＞ 6m 3 /h 施工 —— 钻孔 —— 注浆 —— 封堵注浆孔 第四节 立井基岩段的施工 一．作业方式及施工组织 国外现状 在 50 年代中期国外已出现 立井混合作业施工法 ， 60 ～ 70 年代这种方法及凿井机械化配套技术得到大力发展，目前已趋于成熟和完善，显示其优越性和潜力。据统计，前苏联、波兰等国家混合作业法比例已达 90 ％，德国为 100 ％，捷克、日本和加拿大等国家也已大量采用混合作业法施工，只有南非还有部分井筒采用手抱钻打眼，多层吊盘平行作业方式施工。在国外，混合作业法施工普遍采用深孔爆破一掘一砌正规循环的作业方式，循环进尺 3~4.5m ，平均月成井速度 50~60m 。 1. 掘砌单行作业 — 临时支护 掘、砌两大作业在同一井段在时间上顺序进行。即 先自上而下掘凿井筒，达到规定的井段高度时，便由下而上完成永久井壁的砌筑 。当该段井壁筑成后，再转向下一井段施工，先掘进后砌壁。 我国最早广泛使用的施工方式是单行作业方式。 70 ～ 80 年代初，由于临时支护改井圈背板为锚喷或锚网喷，掘砌段高一般为 30 ～ 60 m, 最大为 100 m ，大大缩短了掘砌作业的工序转换时间，提高了施工速度。这种作业方式之所以最先、最广泛地被施工单位所采用，主要在于井筒内凿井装备简单，井内只需配置一个双层工作吊盘，便可兼顾掘、砌两大作业。在 50 年代，江苏省徐州权台煤矿主井，曾采用这种作业方式，月成井 160.92m ，为当时全国最高的纪录。 （ 1 ）长段单行作业 我国采用长段单形作业方式时的施工段高一般为 30 － 60m ，个别采用喷混凝土作临时支护的井筒，施工段高有的加大到 100m 。 （ 2 ）短段掘、砌单行作业 短段掘、砌单行作业则是在 2 － 4m （与模板高度一致）较小的段高内，掘进后，即进行永久支护，不用临时支护。为便于施工，爆破后，矸石暂不全部清除。砌壁时，立模、稳模和浇灌混凝土工作都在浮矸石上进行 2. 掘砌平行作业 （ 1 ）长段平行作业 在井筒相邻的两个井段、井筒的不同深度处，掘、砌两大作业平行进行，砌壁占用掘砌循环工时由 35 ％－ 40 ％降低到 15 ％－ 20 ％，从而可有效地加快井筒的成井速度。 施工的组织工作和安全作业复杂化 。 沈阳红阳煤矿二号井主井，深度为 653.4m ，净直径为 6.0m ；砌壁所用的模板为装配式固定金属模板；掘、砌作业的交替段高为 30 ～ 40m 。曾获得连续 3 个月，月均成井超百米的速度，最高达 134.3m 。 （ 2 ）短段掘、砌平行作业 掘进工作在掩护筒（或锚喷临时支护）保护下进行。砌壁是在多层吊盘上，自上而下逐段浇灌混凝土，每浇灌完一段井壁，即将砌壁托盘下放到下一水平，把模板打开，并稳放到已安好的砌壁托盘上，然后进行下一段的混凝土浇灌工作。 贵州水城老鹰山矿在副井施工中，采用短段掘砌平行作业，连续创造出了掘砌月成井 94.17m 和 105.46m 的好成绩。 ㈢ 掘砌混合作业 在矸石上立模并浇灌混凝土，当混凝土浇注高度达 1m 左右后，即可实施装矸与砌壁同时作业 。 这种作业方式的特点是需采用较高的整体模板（ >3m ）。取消临时支护，减少砌壁作业所占的成井工时。 立井短段掘砌混合作业法及其配套施工设备的研究为国家 “ 六五 ” 重点攻关项目，形成了以伞钻、大斗容抓岩机和 MJY 型整体金属模板为主体的立井施工机械化作业线，使短段掘砌混合作业法成为一种工艺简单、施工安全、成井速度快、成本较低的施工作业方式，很快被推广使用。进入 90 年代，国内使用短段掘砌混合作业法施工的立井比例不断提高，目前已达到 80 ％左右，施工中取得了较好的经济效益印社会效益。 打眼 放炮 第一次出矸 砌壁 第二次出矸 清底 ㈣ 掘、砌、安一次成井 这种作业方式是把井简永久装备的安装与掘砌同时施工。这种作业方式井筒施工布置比较复杂，必须在一定条件下方可采用，其施工井简数量有限。 鹤壁矿区梁峪煤矿副井净直径 6.0m ，开凿深度 291m ，井筒施工段高 30 ～ 40m ，采用掘、砌、安一次成井最高月成井达 97.33m ，缩短建井工期 3 个月，每米井筒成本比预算降低 28.22 ％，节约投资 26 万元。 罐道 罐梁 吊盘 排水管 压风管 模板 风筒 稳绳盘 气绞车 临时支护 吊泵 二．凿井结构物及井内设备的布置 ㈠ 凿井结构物及主要设备 天轮房 天轮平台 结构 扶梯 主体架 基础 作用：承受全部悬吊设备荷载和提升荷载 1. 凿井井架 第 9.1.1 条 凿井井架的选择应符合下列要求： 一、能安全地承受施工荷载； 二、角柱的跨度和天轮平台的尺寸，应满足提升及悬吊设施的天轮布置要求； 三、应满足矿井各施工阶段不同提升方式的要求； 四、井架四周围板及顶棚不得使用易燃性材料。 2. 卸矸台 作用：翻卸吊桶的矸石 高度：①满足卸矸要求； ②满足伞钻出入井的要求 3.   封口盘和固定盘 封口盘： 钢木混合结构，梁格、铺板、井盖门和管道孔口盖门 作用： 升降人员、材料、设备及拆装管路的工作平台，保护井下安全的结构物 《 安全规程 》 第二十五条 凿井期间，井口工作范围必须用栅栏围住，人员进出地点必须安装栅栏门；井口必须设置封口盘和井盖门，井盖门的两端必须安装栅栏，封口盘和井盖门必须坚固严密，并采用不燃性材料。 固定盘： 在封口盘以下 4~6m 作用： 进一步保护井下安全，安设测量装置及拆装管路工作平台。 4 ．吊盘与稳绳盘 吊盘作用： 钢丝绳悬吊的永久支护的工作盘 结构： 双层、间距 4m 、四根立柱连接，比净直径小 200mm ，折页 各种孔口封严，喇叭口 平行作业时有稳绳盘： 拉紧稳绳、安设装岩机、保护安全 5 ．提升机和凿井绞车 凿井提升机 （ 2JKZ-3/15.5 ， 2JKZ-3.6/13.4 ， JKZ-2.8/15.5 ）：用于提升人员、材料、设备和矸石 240 万元 凿井绞车 ：悬吊设备（吊泵、吊盘、模板、压风管、供水管、风筒、混凝土管、安全梯、稳绳等） 25 吨－ 40 万元 地面布置： ①尽量不占用永久建筑物位置； ②使井架受力均衡； ③钢丝绳的弦长、绳偏角和出绳角符合规定； ④安全间隙满足。 ㈡ 井内凿井设备的布置 1. 吊桶的布置 布置要求： ①地面布置提升机的要求 —— 位置、井架受力 ②满足过渡期改装要求 —— 与临时罐笼位置一致 ③满足卸矸的要求 —— 靠近 ④满足安全间隙的要求＞ 200mm ⑤ 不影响测量 2. 装岩机的布置： 不影响测量（距井筒中心 600mm ） 不出现抓岩死角 有利于提高抓岩生产率 3. 吊泵布置： 不影响抓岩 —— 靠近井帮 避开溜矸槽位置，井架受力均衡 拆装管路方便（距井壁小于 300mm ） 4. 确定吊盘、封口盘、固定盘的结构 5. 天轮平台布置和地面提绞设备布置 三、钻眼爆破： 约占整个掘进循环时间的 20 ～ 30 ％。 ㈠ 钻眼设备 人工打眼： YT-23 轻型凿岩机，眼深 2.0m ～ 2.5m ， φ39~46mm ， 3~4m/ 台 · h 机械化设备： 伞形钻架配备 YGZ-70 重型凿岩机，眼深 3.0m ～ 5.0m FJD － 6 型伞钻的收拢高度为 4.5m ，收拢直径为 1.5m ；钻垂直炮眼的圈径 1.34 － 6.8m 40 万元 打眼前用提升钩头将它从地面送到掘进工作面，然后利用支撑臂、调高器和底座固定在工作面上。打眼时用动臂将滑轨连同凿岩机送到钻眼位置，用活顶尖定位。打眼工作实行分区作业，全部炮眼打眼结束后收拢伞形钻，再利用提升钩头提到地面并转挂到井架翻矸平台下指定位置存放。 当井筒掘进采用混合作业、中深孔爆破时，由于滑动模板紧随工作面，故伞钻不能以较大的垂向角度钻周边眼，以致爆破后形成模板位置下欠挖而眼底超挖。为此可将周边眼改为双圈炮眼，最外圈周边眼圈径比掘进直径小 300mm ，钻 1.4 ～ 1.5m 浅眼、倾角 85 o 、眼底落在井筒掘进轮廓线上，内圈周边眼圈径比掘进直径小 600mm 、倾角 85 o ，眼底落在井筒掘进直径的轮廓线上 ㈡ 爆破工作 1 ．爆破器材 抗水炸药：水胶炸药或抗水岩石硝铵炸药 雷管： 8 号秒延期 放炮电源： 380v 或 220v 交流电源 2. 爆破参数 辅助眼间距 0.8 ～ 1.2m 周遍眼 W ＝ 0.5 ～ 0.6 ， E ＝ 0.4 ～ 0.6m 圈距 0.7 ～ 1.0m 直眼掏槽圈径 1.2 ～ 2.2m 装药方式和爆破网路： 柱状连续装药 立井掘进爆破常用的电爆网路由起爆电源、爆破母线、连接线和电雷管组成。在有瓦斯工作面实施爆破时，采用有限时装置的防爆型放炮开关。 我国立井掘进爆破常用的网路有串联、并联和混联。由于以交流电作起爆电源，故以应用并联或串并联网路为多。 4. 放炮安全 3. 爆破网路 涡北矿井风井井筒 采用 FJD-6A 伞钻打眼，炮眼深度 4m ，数量 72 个， T320 高威力水胶炸药，周边眼采用直径 35mm 药卷。每茬炮进尺 3.6m ，一掘一砌。 基岩段掘砌 ㈢ 通风工作 风筒的直径一般为 0.5 ～ 1.0m ，可采用胶皮风筒、铁风筒和玻璃钢风筒，压入式通风采用胶皮风筒，抽出式通风采用铁风筒或玻璃钢风筒。风筒一般采用钢丝绳悬吊或者固定在井壁上，随着井筒的下掘而不断下放或延伸 四．装岩提升 ： 循环时间的 50 ～ 60 ％ ㈠ 装岩工作 1. 机械化装岩机 HZ-4 （ 30m 3 /h ） 25 万元 ⑴中心回转装岩机 HZ-6 （ 50m 3 /h ） （ 6~7m 直径） HZ-10 （ 80m 3 /h ）（ 7.5m 直径以上） ⑵环行轨道装岩机 HH-4 （ 50m 3 /h ） 2HH-6 （ 80-100m 3 /h ） （ 6.5~8m 直径） ⑶靠壁式装岩机 （冶金系统）（ HK-4, 6 ） 2. 人工操作装岩机 ⑴ NZQ2 — 0.11 （ 12m 3 /h ） ⑵长绳悬吊装岩机 HS — 2 （ 20m 3 /h ） HS — 6 （ 50m 3 /h ）（ 5~8m 直径） 提升机构 支撑装置 吊盘底层盘 回转机构 机身及变幅激光 司机室 抓斗 该机是由抓斗、提升机构、回转机构、变幅机构、支撑系统和机架等部件组成。 一套单钩提升时，吊桶中心和抓岩机中心各 置于井筒中心对应的两侧； 采用两套单钩提升时，两个吊桶应分别 置于抓岩机中心两侧； 采用一套双钩提升，一套单钩提升时， 3 个吊桶亦应分别置于抓岩机中心两侧。为防止吊盘偏重，抓岩机应尽量靠井筒中心布置，但需预留出激光通过孔（ 650~700mm ）。 中心回转装岩机 2HH-6 型抓岩机是由抓斗、提升机构、行走机构、环形机构、中心回转机构、支撑系统和司机室组成。 由煤科研究总院上海煤研所设计、制造。 1974 年定型为 HH － 6 型。在此基础上又研制成 0.6m 3 双抓斗的抓岩机，定型为 2HH － 6 型。 其不足之处是直径必须与井筒直径相适应，在 5 ～ 8m 井筒直径范围内，其配套抓岩机就有 7 种规格。因此，其通用化及利用率的提高较困难。 环形轨道装岩机 抓斗 吊盘下层盘 行走小车 环形小车 5- 环形轨道 7- 悬梁 8- 司机室 中心轴 手动螺旋千斤顶 手压泵及泵站 液压千斤顶 悬吊天轮 专用绞车 悬吊钢丝绳 钢丝绳限位滑架 吊盘 供风管路 抓斗 控制电缆 升降开关 抓斗控制阀 悬吊抓斗绞车安设在地面，由凿井工作面的操作人员操纵升降按钮，实现抓斗的提升和下放；操纵开闭控制阀，实现抓斗片的张开和闭合；用人力推拉移动抓斗，实现在任意点抓取岩石的目的。 它具有装备简单、容易在井筒布置、吊盘不需增加荷载、压风耗量小、运行费用低、提升抓斗辅助时间少以及由于工人在井下工作面直接操作、看得清、抓得满、装的准、安全好等优点，因而在煤炭建井系统得到较广泛的使用。 特别在东北地区约有 90 ％施工立井使用。 长绳悬吊装岩机 ㈡ 提升及排矸 吊桶 — 钩头 — 滑架 — 稳绳、提升钢丝绳 — 提升天轮 — 提升机 1. 提升机与提升方式：单钩提升、双钩提升 立井井筒施工提升机的选择应满足凿井、车场巷道施工和井筒安装的不同要求。对于拟将服务于车场巷道施工的井筒，提升机的选择还应配置双卷筒，以便于改装成临时罐笼。 2JK － 3.0/20 双滚筒凿井提升机 容积 m 3 外径 m 高度 m 桶梁直径 mm 重量 kg 2.0 3.0 4.0 5.0 1.45 1.65 1.85 1.85 1.35 1.65 1.70 2.10 70 80 90 90 728 1049 1530 1690 2. 吊桶： 3. 滑架 保证吊桶沿稳绳平稳运行； 滑架上设保护伞，保护升降人员的安全。 4. 提升钢丝绳 立井井筒施工中提升钢丝绳一般采用多层股不旋转圆形钢丝绳。 钢丝绳直径一般根据提升的终端荷载、钢丝绳的最大悬长、钢丝绳钢丝的强度和安全系数进行计算确定。对于钢丝绳的安全系数，专门用于提升人员时不低于 9 ；用于提升人员和物料时也不低于 9 ；专门用于提升物料时不低于 7.5 。 第三百九十九条 提升钢丝绳的检验应使用符合条件的设备和方法进行，检验周期应符合下列要求： （一）升降人员或升降人员和物料用的钢丝绳，自悬挂时起每隔 6 个月检验 1 次；悬挂吊盘的钢丝绳，每隔 12 个月检验 1 次。 （二）升降物料用的钢丝绳，自悬挂时起 12 个月时进行第 1 次检验，以后每隔 6 个月检验 1 次。 摩擦轮式绞车用的钢丝绳、平衡钢丝绳以及直径为 18mm 及其以下的专为升降物料用的钢丝绳（立井提升用绳除外），不受此限。 提升和悬吊绳应采用交互捻钢丝细，绳股断面多为圆形，绳股内的钢丝则按同心圆排列，钢丝数目分 7 、 19 和 37 等 3 种，而钢丝绳则有 6 股绳捻成，分别用 6×7 、 6×19 和 6×37 表示。 6×7 与 6×19 两种钢丝绳相比，前者钢丝粗且耐磨，往往用作稳绳，后者比较柔软，可用作提升和悬吊设备。 5 、凿井绞车 双筒缠绕式凿井绞车 用于悬吊吊盘、吊泵、安全梯及管路线线等凿井设备和拉紧稳绳。凿井绞车分单卷筒和双卷筒两种，前者用于单绳悬吊，后者用于双绳悬吊。采用双绳悬吊的设备也可用两台单卷筒凿井级车来悬吊。 单筒缠绕式凿井绞车 6 、天轮 （ 1 ） 凿井提升天轮 。 （ 2 ） 单槽悬吊天轮 （ 3 ） 双槽悬吊天轮 7. 排矸方式 70 年代中期以后，多采用 自卸式汽车排矸 ，一般选用载重 8t 、 15t 自卸式汽车，此方式机动灵活，排矸能力大，运输组织简单，不需铺轨，并减少了专用排矸设施，排矸场地选择范围大，不受排矸轨道线路的限制，可根据矿井需要将矸石运到使用地点，但要求工业广场及场内外公路平整。 如兖州矿区济宁二号井工业广场地势低洼，平均需提高 2.7m ，填方量达 56 万 m 3 ，为了避免排放矸石不合理而影响永久建筑物的施工，造成不必要的重新挖、运、填的现象，济宁二号井将主、副、风井 3 个井筒掘出的矸石根据填方需要，分别指定好石排放场地。 五．井筒支护 ㈠ 临时支护 1.   井圈背板：表土层或破碎带 2.   锚喷支护 ㈡ 永久支护 —— 混凝土井壁 1.   模板： 煤科院与平顶山建井处合作研制 YJM － 35 型金属移动模板，直径 6.8m 、高度 3.88m （有效高度 3.5m ）、重量 17.2 吨 . 三根钢丝绳悬吊、液压油缸脱摸 2.   混凝土搅拌站：地面集中布置， 自动计量 、上料、搅拌 3. 输料 ①底卸式料桶 —— 需二次搅拌 　 ②管路下料 —— 159mm 无缝钢管 当采用混凝土输料管时，应符合下列规定：　　一、合理选择混凝土配合比，配料时应严格计量，混凝土中宜加减水剂，石子粒径不得大于 40mm ；　　二、混凝土的塌落度宜为 100 ～ 150mm ；　　三、输料管应同心，管径宜为 150mm ，管壁厚度根据输送混凝土量选定，管路悬吊保持垂直，其末端应设置缓冲器；　　四、输送混凝土前应输送少量砂浆，输送结束时应冲洗管路； 　　五、井上下通讯系统应畅通可靠，发现堵管应及时处理。 六．立井涌水的处理 《 安全规程 》 第二百七十七条 立井基岩段施工应遵循快速、打干井的原则，并遵守下列规定： （一）单层涌水量小于 10m 3 /h 的含水层段，应强行穿过。 （二）单层涌水量大于 10m 3 /h 的含水层段，应预注浆堵水。 （三）单层涌水量大于 10m 3 /h ，且含水层层数多，层段又较集中的地段，应进行地面预注浆。 （四）单层涌水量大于 10m 3 /h ，但含水层层数少，或层段分散的地段，应进行工作面预注浆或短探、短注、短掘。 ㈠ 机械排水 吊桶排水：＜ 5m 3 /h 时，风动潜水泵 吊泵排水：＜ 40m 3 /h 时，风动潜水泵 —— 水箱 —— 吊泵 目前我国生产的吊泵有 NBD 型吊泵和高扬程 80DGL 型吊泵，其最大扬程可达 750m 。 ㈡ 井内截水： 含水层下设截水槽，导入水箱 ㈢ 注浆堵水 井筒深度 改装作业时间， d 拆除作业时间， d <300 15 25 <500 20 30 <700 25 35 >700 30 40 井筒及井口临时装备改装和拆除工期，见表 七．其他辅助工作 1. 压风和供水工作 立井井筒施工中，工作面打眼、装岩和喷射混凝土作业所需要的压风和供水等，是通过吊挂在井筒内的压风管（一般 φ 150 钢管）和供水管（一般 φ 50 钢管），由地面送至吊盘上方，然后经三通、高压软管、分风（水）器和胶皮软管将风、水引入各风动机具。井内压风管和供水管可采用钢丝绳双绳悬吊，地面设置凿井绞车悬挂，随着井筒的下掘不断下放；也可直接固定在井壁上，随着井筒的下掘而不断向下延伸。工作面的软管与分风（水）器均采用钢丝绳悬吊在吊盘上，放炮时提至安全高度。 2 ．照明与信号 在井口和井内，凡是有人操作的工作面和各盘台，均应设置足够的防爆、防水灯具。在装药联线时，必须切断井下一切电源，使用矿灯照明。 在井下掘进工作面、吊盘、泵房与井口信号房之间，建立各自独立的信号联系。同时，井口信号房又可向卸矸台、提升机房及凿井绞车房发送信号。 3 ．测量工作 井筒中心线是井筒测量的关键，在设置垂球测量的同时，平时一般采用激光指向仪投点。激光指向仪安设在井口封口盘下 4 ～ 8m 处固定盘上方 1m 处的激光指向仪架上，平时应经常校正。 边线（包括中心线）可采用垂球挂线，垂球重不得小于 30kg ，悬挂钢丝或铁丝应有两倍的安全系数。边线一般设 6 ～ 8 根。 八．井筒安装 ㈠ 安装内容： 主要包括罐梁、罐道、梯子间、管路及电缆安装和敷设。 ㈡ 安装方式 1 ． 分次安装 ： ⑴ 两层吊盘，自上而下安装罐梁、梯子间和电缆卡子 ⑵ 用吊架自下而上安装罐道 ⑶ 最后自下而上安装管路 2 ．一次安装： 多层吊盘，自下而上一次安装完毕 一次安装的施工顺序 ： （ 1 ）井口基准梁（第一层罐道梁）的安装及平台安装； （ 2 ）井底多绳提升容器尾绳梁及平台安装； （ 3 ）井底金属支撑机构（及井底套架）安装； （ 4 ）测量垂线在井底套架上的固定； （ 5 ）托架、罐道梁、罐道、梯子间、管路及电缆架从井底自下而上安装。 1 －提升钢丝绳； 2 －吊桶稳绳； 3 －多层吊盘悬吊钢丝绳； 4 －吊罐道钢丝绳； 5 －吊梯子钢丝绳； 6 －测量垂线； 7 －信号电缆； 8 －通讯电缆； 9 －动力电缆 一次安装施工设备平面布置图 顶层盘用来定锚杆眼位置、凿眼、测量孔深、穿透钢筋。 第二层用来安装树脂锚杆、做锚杆拉拔试验、安装托架、充填树脂胶泥、安装找正和焊接罐道梁，盘上设置电煤钻。 第三层盘用来安装梯子间，盘上设有电焊机。 第三、四、五层盘用来同时安装管路与罐道，在第五层盘焊接管子接头，因而在第五层盘上装设电焊机。 施工时，各层吊盘同时作业，工序紧凑，效率高，进度快；工作条件好，安全；工作空间较宽阔，有利于重、大、长构件的吊装与安装。 许厂矿永久装备主井仅用 15 天，副井仅用 20 天完成了安装任务，质量全优，获部级优质工程 立井施工机械配套方案 立井施工机械化配套，应重点解决两个问题，一是 作业线设备能力的匹配 ，包括提升能力与装岩能力的匹配，一次爆破矸石量与装岩能力的匹配，吊桶容积与抓斗容积的匹配，地面排矸能力与提升能力的匹配，以及井筒的支护能力与掘进速度的匹配。二是 辅助作业设备配套 ，包括通风方式与设备，防排水及设备，照明设施，信号与通讯设施，测量设施，安全设施。同时还应该解决好凿井设备与凿井方式及工艺的配套。 目前我国立井井筒施工已 基本实现机械化 ，立井井筒施工机械化作业线的配套主要根据设备条件、井筒条件和综合经济效益考虑，主要有重型设备机械化作业线、轻型设备机械化作业线和半机械化作业线 3 种。 半机械化作业线 半机械化作业线是以 手持式凿岩机和人力操纵的抓岩机为主要设备 组成的作业线。它的特点是设备轻小，生产能力低，靠人力操纵，机械化程度低，劳动强度大，多用于井筒直径较小的浅井，但从施工速度方面看仍有潜力。最近几年，在一些大直径深井工程中，选用斗容 0.6m 3 长绳悬吊抓岩机，配用多台手持式凿岩机，段高 3 ～ 5m 液压金属整体活动模板，采用短段单行作业或混合作业，曾创造立井月进 100m 以上的好成绩。 半机械化作业线主要特点是作业灵活，能实现多台凿岩机同时作业，充分发挥小型抓岩机的优点，设备简单，操作容易，但机械化程度低，工人劳动强度大，生产能力小，安全工作要求高。这种设备配套方案，由于设备轻便，操作、维修水平要求不高，设备费用省，施工组织管理简单等优点，目前仍有不少立井工程采用。 本章要求 1 ．立井井筒的纵向组成包括哪几部分？ 2 ．什么是井筒装备？包括那些内容？ 3 ．简述井筒断面的主要设计步骤？ 4 ．常见的立井井壁有哪几种形式？各种支护形式的适应条件是哪些？ 5 ．根据土质结构，表土分为哪几类？表土的特殊施工方法有哪些？ 6 ．简述冻结法凿井的原理？ 7 ．立井爆破采用何种联线方式？起爆电源是什么？ 8 ．立井掘进时采用哪几种抓岩机？各自的特点及适用条件？ 9 ．井筒安装包括哪些内容？简述各种装备方案及其优缺点？ 10 ．有哪几种立井井筒基岩施工方案可供选择？简述混合作业过程？ 11 ．立井施工时的二台三盘有何功用？