項目四立井施工及延深任務2課件

14三月2024項目四立井施工及延深任務24.2.1井筒表土施工立井井筒穿過的表土層，按其掘砌施工的難易程度分為穩(wěn)定表土層和不穩(wěn)定表土層兩種。

穩(wěn)定表土層就是在井筒掘砌過程中，井幫易于維護，用普通施工方法能夠順利通過的表土層，其中包括含非飽和水的粘土層、含少量水的砂質粘土、無水的大孔土和含水量不大的礫石層等。不穩(wěn)定表土層就是在在井筒掘砌過程中，井幫很難維護，用普通施工方法不能通過的表土層，其中包括含水砂土、淤泥、含飽和水的粘土、浸水的大孔土和含水量較大的礫石層等。根據(jù)表土的性質及其所采用的施工設施，井筒表土施工方法可分為普通施工方法和特殊施工方法兩大類。3/14/2024㈠砌筑鎖口

1．木質臨時鎖口，如圖12-10所示。

一、井筒表土普通施工法3/14/20242．臨時鋼結構鎖口(圖12-11)。3．永久混凝土鎖口。3/14/2024㈡施工1．井圈背板普通施工法人工或抓巖機出土，下掘一小段后（空幫距不超過1.2m），然后用井圈、背板臨時支護，掘一小段后（一般不超過30m），再由下向上拆除井圈、背板，然后砌筑永久井壁。如此，周而復始，直至基巖。這種方法適用于較穩(wěn)定的土層。如圖12-12。3/14/20242．吊掛井壁施工法用于穩(wěn)定性較差的土層中的一種短段掘砌施工方法。段高一般0.5～1.5m。采用臺階式或分段分塊，并配以超前小井降低水位的挖掘方法（圖12-13）。為了防止井壁井壁拉裂或脫落，在井壁內設置鋼筋，（圖12-14）。3/14/2024吊掛井壁施工法可用于滲透系數(shù)大于5m/d，流動性小，水壓不大于0.2MPa的砂層和透水性強的卵石層，以及巖石風化帶。吊掛井壁施工法使用的設備簡單，施工安全。但工序轉換頻繁，井壁接茬多，封水性差。故常在通過整個表土層后，自下而上復砌第二層井壁。為此，需按井筒設計規(guī)格，適當擴大設計斷面。3/14/20243．板樁法對于厚度不大的不穩(wěn)定表土層，在開挖之前，可先人工或打樁機在工作面或地面沿井筒荒徑（井筒周邊外緣）打入一排密集的板樁，形成一個密封的圓筒，用以支承井壁，在它的保護下進行掘進。板樁材料可采用木材和金屬材料兩種。木板樁用于厚度為3～6m的不穩(wěn)定表土層。金屬板樁可根據(jù)打樁設備的能力條件，適用于厚度8～10m厚的不穩(wěn)定土層，與其它方法相結合，應用深度更大。如圖12-15。3/14/2024㈢提升方式1．汽車起重機。適用于井筒深度尚未超過30m的情況下，只能采用很小的吊桶，運行速度很慢。

2．三角架。它是一種用于井筒深度未超過20m的情況下，效率低，設備簡單，使用方便。三腳架構件可用圓木，也可用鋼管，圖12-16。還有用雙面三角架的(圖12-17)。3/14/20243.簡易井架與小絞車提升。

從簡易井架的外形可分為人字形、帳幕式、一面坡、龍門架等幾種。它們配以小絞車和小吊桶，可用于井簡深度在20～50m范圍內的表土施工，圖12-18為簡易帳幕式井架，12-19為龍門架。3/14/20244、標準鑿井井架。3/14/2024表土施工的提升方式與施工程序是密切關聯(lián)的，在選擇時應同時考慮。它們的確定主要取決于地質條件扣施工方法，一般可分為以下幾種情況：利用簡易設備施工；直接利用鑿井井架施工；先利用簡易設備后利用鑿井井架等方法。3/14/2024二、井筒表土特殊施工法1．凍結法

凍結法鑿井就是在井筒掘進之前，在井筒周圍鉆凍結孔，用人工制冷的方法將井筒周圍的不穩(wěn)定表土層凍結成一個封閉堅固的凍結圈(圖12-20)，防止水或流砂涌入井筒，然后在凍結圈的保護下進行掘砌工作。待井筒掘砌到預計深度后，進行拔凍結管和充填，最后解凍。3/14/20241）鉆凍結孔為了形成凍結圈，首先要在井筒周圍鉆一定數(shù)量的凍結孔，以便在孔內安裝帶底錐的凍結管和底部開口的供液管。凍結孔一般等距離地布置在與井筒同心的圓周上，凍結孔間距一般為0.9～1.3m，孔徑為200～250㎜，孔深應比凍結深度大5～10m。我國常用紅500型、紅旗油壓650型和TXB-A型旋轉式鉆機鉆凍結孔，對鉆孔的要求是，終孔直徑要比凍結管管箍外徑大10～25㎜，鉆孔偏斜率應小于5%。3/14/20242)凍結

(1)制冷過程整個制冷過程包括三個循環(huán)系統(tǒng)，即氨循系統(tǒng)、鹽水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，如圖12-21所示。80~12016~20-25~-353/14/2024(2)凍結方案凍結方案有一次凍全深、局部凍結、差異凍結和分期凍結等幾種。

一次凍全深方案的適應性強，應用廣泛；

局部凍結就是只在局部涌水部位進行凍結；

差異凍結又叫長短管凍結，即凍結管有長短兩種間隔布置；

分期凍結是當一次凍結深度很大時，為了避免使用過多的制冷沒備而將全深分為數(shù)段(通常分為兩段)，從上而下依次進行凍結。3/14/2024(3)凍結段井筒掘砌采用凍結法施工，井筒的開挖時間要選擇適時，即當凍結壁已形成而又尚末凍至井筒范圍以內時最為理想，此時，既有利于掘進又不會造成涌水冒砂事故。但是，在凍結井筒掘進過程中很準保證處于理想狀態(tài)，往往整個井筒被凍實，對于這種堅硬的凍土也耍采用鉆眼爆破法進行掘進，有條件時也可采用凍土掘進機掘進。凍結井壁一般都采用鋼筋混凝土或混凝土雙層井壁，外層井壁的厚度一般為400㎜，它是隨著掘進而砌筑的。內層井壁一般厚600㎜，它是在通過凍土段后自下而上一次砌到井口。3/14/2024

2．鉆井法鉆井法鑿井，通常是利用大型回轉式鉆機，將井筒分次擴孔鉆成或是全斷面一次鉆成。

1)鉆進鉆進方式多采用分次擴孔鉆進，即首先用超前鉆頭一次鉆至井筒全深，而后分次擴孔，如圖12-22所示。

3/14/20242)泥漿洗井護壁使刀具始終直接作用于未破碎的巖石面上。泥漿的另一個重要作用就是護壁。泥漿的護壁作用，一方面是借助本身的液柱壓力平衡地壓；另一方面是在井幫上形成泥皮，堵塞裂隙，防止片幫。3)沉井和壁后充填懸浮下沉井壁的施工如圖，12-23所示。

3/14/20243．沉井法沉井法，就是在設計的井筒位置上構筑帶刃腳的沉井井壁，而后在其保護下挖土，井壁隨著掘進面下沉，同時在地面上相應地砌筑接高井壁。這種沉井方法通常稱做沉井法。

為了增加沉井的下沉深度，可采用在沉井上加外荷載的辦法使之強制下沉，這種沉井方法通常稱做強制沉井。

從施工情況來看，泥漿護壁淹水沉井法具有很大的優(yōu)越性，在國內外用得都比較成功。它的概貌如圖12-24所示。

3/14/20243/14/2024沉井時的破土方法有高壓水破土和鉆機破土兩種。高壓水破土方法，是用通過水槍噴嘴的高壓水射流破壞土層結構，水的壓力力18～30大氣壓。用高壓水破土掘進時，一般都采用壓氣排渣。壓氣排渣設備的工作原理如同12-25所示。

沉井下沉到設計深度后，如果沉井的偏斜在允許范圍內，應及時進行注漿固井工作，使沉井井壁與井幫固結在一起，防止繼續(xù)下沉或漏水。注漿前一般需在水下澆注混凝土止水墊封底，以防止冒砂跑漿。如果刃腳已插入風化基巖內，也可以不進行封底而直接注漿。一般是利用預埋的泥漿管和注漿管向壁后注水泥漿。沉井和套井之間則耍用毛石混凝土充填。

3/14/20244.2.2立井基巖施工

一、鉆眼爆破工作㈠鉆眼設備鉆眼通常采用手持式鑿巖機，近幾年已開始使用傘形鉆架(圖12-26)。3/14/20243/14/2024㈡爆破工作

1．炸藥和起爆器材的選擇在立井施工中，工作面常有積水，要采用抗水巖石炸藥、水膠炸藥和硝化甘油炸藥。起爆器材通常采用國產8號秒延期電雷管，毫秒延期電雷管和導爆管索。放炮電源多采用交流電源，但電壓不得超過380伏。在有瓦斯或煤塵爆炸危險的井筒內，必須采用煤礦安全炸藥和瞬發(fā)電雷管。使用毫秒延期電雷管時，最后一段的延期時間不得超過130毫秒。3/14/20242．爆破參數(shù)的確定⑴炮眼深度是根據(jù)巖石性質、鑿巖爆破器材和循環(huán)勞動組織等因素決定的。當前在立井井筒施工中，炮眼的深度以淺孔或中深孔（2.0～3.5m）為宜。⑵炸藥消耗量是根據(jù)巖石性質、井簡斷面大小和爆破要求等因素決定的。確定炸約消耗量的方法，可采用工程類比法或是根據(jù)《礦山井巷工程預算定額》選取，立井井筒基巖施工炸藥和雷管消耗量定額如表12-6所示。3/14/2024表12-6立井基巖施工炸藥和雷管消耗量定額10m3/14/2024⑶炮眼布置

在圓形斷面的井簡中，炮眼都按同心圓周布置。掏槽方式可采用直眼掏槽或錐形掏槽。炮眼數(shù)目和布置圈數(shù)是由具體的爆破條件決定的。若采用光面爆破，周邊眼間距E為400～600㎜；周邊眼與輔助眼圈間距(即最小抵抗線)Ｗ＝E/MM為周邊眼密集系數(shù)一般為0.8～1.0；輔助眼圈距和輔助眼間距，一般為0.7～0.9m，掏槽眼圈徑和眼距，可由掏槽方式和巖石性質決定。

圖12-27為萬年風井炮眼布置，主要爆破參數(shù)如表12-7。3/14/20243/14/2024

⑷采用光面爆破時，為了取得比較好的光爆效果，周邊眼應采用φ20～25㎜的小直藥卷或采用一般藥卷不偶合緩沖間隔裝藥結構。⑸立井掘進中的聯(lián)線方式多采用并聯(lián)。若一次起爆的雷管數(shù)較多，采用并聯(lián)不能滿足準爆電流要求時，可以采用串并聯(lián)或并串聯(lián)。⑹裝藥、聯(lián)線和放炮工作，必須嚴格遵守《煤礦安全規(guī)程》的有關規(guī)定。

3/14/2024二、裝巖提升

㈠裝巖工作目前已普遍采用抓巖機裝巖，實現(xiàn)了裝巖機械化。

在煤礦立井施工中多采用中心回轉式抓巖機其結構如圖12-28所示，技術特征如表12-7。

3/14/2024提高抓巖生產率是縮短裝巖提升工序時間的重要途徑，在施工中應泣急下列幾點：1．注意機械維修保養(yǎng)，使它經常處于良好的工作狀態(tài)。2．提高操作技術，使抓取和投放動作準確。3．改進鉆眼爆破工作使爆破后的巖堆，巖石塊度，有利于機械抓巖。4．吊捅直徑應與抓斗張開直徑相適應，提升能力滿足抓巖工作需要。

3/14/2024㈡提升工作

1．提升容器立井鑿井提升容器都采用吊桶。

2．提升鋼絲繩，提升鋼絲繩一般采用多層股不旋轉圓形鋼絲繩3．提升機，主要是單繩纏繞式卷筒提升機。4．提升輔助設施，包括提升天輪、導向穩(wěn)繩、穩(wěn)繩天輪、穩(wěn)繩懸吊鑿井絞車等。㈢排矸工作1．翻矸方式，人工翻矸和自動翻矸，（座鉤式自動翻矸如圖所示）2．排矸方法，采用汽車或礦車排矸。3/14/20243/14/20243/14/2024三、井筒支護㈠臨時支護⑴采用井圈背板⑵采用錨噴㈡永久支護⑴有料石井壁⑵混凝土井壁澆注混凝土井壁施工，先在地面攪拌站將混凝土攪拌好，然后經輸料管或吊桶輸送到井下澆入筑壁模板內?；炷翑嚢枭狭舷到y(tǒng)如圖12-29所示。

3/14/2024澆注混凝土井壁的模板有木模板和金屬模板。常用的金屬模板有裝配式、液壓滑開式和整體下移式等。整體下移式模板的結構如圖12-30所示，其他類型模板的結構可查閱《井巷工程施工手冊》。錨噴支護的施工工藝如圖12-31所示:3/14/2024四、立井施工輔助工作㈠通風工作

⑴壓入式通風，一般適用于井深小于400m的井筒。⑵采用抽出式通風時，風筒將工作面的污濁空氣向外抽，這時井筒內為新鮮空氣，施工人員可盡快返回工作面。⑶當井筒較深時，采用抽出式通風為主，壓入式為輔的通風，可增大通風系統(tǒng)的風壓，提高通風效果。風機主要采用BKJ系列軸流式局部通風機，也可采用離心式通風機。一般采用兩臺不同能力的風機并聯(lián)。風筒直徑一般為0.5～1.0m。風筒一般用鋼絲繩懸吊或者固定在井壁上，隨著井筒的下掘而不斷下放或延伸

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㈡井筒涌水的處理1．注漿堵水1）地面預注漿地面預注漿的鉆孔布置如圖12-32所示，鉆孔布置在大于井筒掘進直徑1.0～3.0m的圓周上。

注漿時，若含水層比較薄，可將含水巖層一次注完全深；若含水層較厚，則應分段注漿。分段注漿的順序有兩種：一種是自上向下分段鉆孔，分段注漿；另一種是注漿孔一次鉆到含水巖層以下下3～4m，而后自下向上借助止?jié){塞分段注漿。

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2）工作面預注漿當含水巖層埋藏較深時，可以采用井簡工作面預注漿。

工作面預注漿如圖12-33所示，注漿孔間距的大小取決于漿液在含水巖層內的擴散半徑，一般為1.0～1.5m。3/14/20243）壁后注漿

井筒掘砌完后，往往由于井壁質量欠佳而造成井壁滲水，必須進行壁后注漿加固封水。壁后注漿一般是自上而下分段進行，段高視含水層賦存條件和具體出水點的位置而定，一般為15～25m。

井筒圍巖裂隙較大、出水較多的地段，應在砌壁時預埋注漿管；在沒有預埋注漿管而在砌壁后發(fā)現(xiàn)井壁裂縫漏水的區(qū)段，應用鑿者機打眼埋沒注漿管，如圖12-34所示。

3/14/20244）漿液

⑴水泥漿液水泥漿液是由水泥和水以4：1～0.5：1的水灰比調制而成的漿液。

⑵水泥—水玻璃漿液水泥—水玻璃漿液，是由水泥漿和水玻璃的水溶液在注漿孔口或孔內混合而成的。

⑶MG-646屬于化學漿液。它是以有機化臺物丙烯酰胺為主劑，配合其他藥劑以水溶液狀態(tài)注入含水層，發(fā)生聚合反應形成具有彈性不溶于水的聚合物。

⑷鉻木素漿液由亞硫酸鹽紙漿廢液和重鉻酸鈉組成的。在廢液中主要利用的是木質素磺酸鹽，它和重鉻酸鈉產生縮合作用生成凝膠，以達到加固和封水作用。3/14/2024井筒涌水量不超過8m3/h時，采用吊桶排水較為合適。井筒涌水量以不超過40m3/h時，采用吊泵排水。當井深超過水泵揚程時，就要設置中間泵房進行多段排水。

為了減少工作面的積水，應將工作面上部井幫淋水截住，在含水層下方設置截水槽，將水導入水箱或中間泵房而后排到地面，截水槽排水系統(tǒng)如圖12-35所示。

2．排水根據(jù)井筒涌水量的不同，工作面積水的排出方法有排水和吊泵排水兩種。3/14/2024㈢壓風和供水工作立井井筒施工中，工作面打眼、裝巖和噴射混凝土作業(yè)所需要的壓風和供水等動力通過并列吊掛在井內的壓風管（一般為φ150㎜的鋼管）和供水管（一般為φ50㎜的鋼管），由地面送至吊盤上方，然后經三通、高壓軟管、分風（水）器和膠皮軟管江風、水引入各風動機具。井內壓風管和供水管可鋼絲繩雙繩懸吊，地面設置藻井絞車懸掛，隨著井筒的下掘而不斷下放；也可直接固定在井壁上，隨著井筒的下掘而不斷向下延伸。工作面的軟管與分風（水）器均采用鋼絲繩懸吊在吊盤上，放炮時提至安全高度。3/14/2024㈣其它輔助工作1．照明與信號在井口和井內，凡是有人操作的工作面和各盤臺，均應設置足夠的防爆、防水燈具。立井施工時，必須建立以井口為中心的全井信號系統(tǒng)。2．測量工作井筒中心線是控制井筒掘砌質量的關鍵，除應設置垂球測量外，平時一般采用激光指向儀投點。

3．安全梯當井筒停電或發(fā)生突然冒水等其它意外事故時，工人可借助井內設置的安全梯迅速撤離工作面。

3/14/2024五、立井施工設備的布置㈠鑿井結構物及主要設備1．鑿井井架目前主要是采用裝配式金屬鑿井井架，由天輪房、天輪平臺、主體架、卸矸臺、扶梯和基礎等部分組成。各種鑿井結構物及主要設備布置如圖12-36所示。

天輪平臺是鑿井井架的重要組成部分，它由四根鋼梁和一根中梁組成的框架如圖，12-37所示。

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2．卸矸臺卸矸臺的用途是將吊桶提出的矸石翻入溜槽，而后經溜槽裝入礦車或汽車。

3．封口盤與固定盤4．吊盤與穩(wěn)繩盤5．提升機與鑿井絞車3/14/2024㈡井筒內施工設備布置1．吊桶位置1）采剛臨時提升機鑿井時，應考慮井架受力均衡和地面沒置提升機的可能性，提升機房位置應不影響永久建筑物施工。2)吊桶應盡量布置在永久提升間內，并使提升中心線與罐籠出車方向或箕斗井臨時罐籠出車方向一致，以利于井底車場施工時的提升改裝和井簡裝備工作。3)吊桶應盡量靠近地面卸矸方向一側布置，使溜矸槽少占井筒有效面積和避免溜矸槽裝車高度不足。4）吊桶與其他設備的間隙必須滿足《煤礦安全規(guī)程》和《礦山井巷工程施工及驗收規(guī)范》的有關規(guī)定。3/14/2024

2．抓巖機位置抓巖機的位置應充分發(fā)揮抓巖機的效率，滿足它與其他設備間安全間隙的要求。3．吊泵位置吊泵的位置應靠近井幫，不影響抓巖機的工作，布置在溜矸槽的兩側或對面，另外吊泵和吊桶對稱布置。以上主要設備的位置初步確定后，便可確定封口盤，吊盤等主梁的位置。其他設備和管線如安全梯、風筒、壓氣管等，應結合井架類型、允許的出繩方向和地面鑿井絞車的布置條件，在滿足安全間隙的前提下予以適當布置。3/14/2024圖12-39是井筒施工設備在井內布置的一例。根據(jù)井筒施工設備布置圖，便可進行天輪平臺和地面提絞設備布置。

3/14/2024六、立井井筒安裝工作㈠分次安裝如圖12-40所示。先在吊盤上從井口自上而下安裝全部罐道梁、梯子間和電纜卡子等，然后再自下向上在吊架上安裝罐道，最后從井底向上安裝管路。

井筒安裝工作的內容包括：罐道梁、罐道、管路、電纜、梯子間和井底金屬支撐結構等的安設。3/14/2024㈡一次安裝一次安裝井筒裝備的方式如圖12-41，就是從井底向上利用多層吊盤或帶吊架的吊盤，一次將罐道粱、罐道、梯子間、管路電纜等全部安裝完。即在吊盤上層盤上挖梁窩或打錨桿眼，在下層盤上安裝罐粱和管路等，在吊架上安裝罐道。

3/14/2024七、立井井筒施工作業(yè)方式根據(jù)掘進、砌壁和井筒安裝工作在時間和空間上的不同安排方式，立井井筒施工作業(yè)方式組成多種作業(yè)方式，歸納起來大體上可分為三種：掘、砌單行作業(yè)，掘、砌平行作業(yè)，掘、砌混合作業(yè)和掘、砌、安一次成井。

㈠掘、砌單行作業(yè)掘、砌單行作業(yè)，將井筒劃分為若干段高，就是一段井筒掘完后停止掘進工作，而后進行永久支護工作。也就是掘砌工作在同一井段內先后依次完成。3/14/2024單行作業(yè)又分為長段掘砌單行作業(yè)和短段掘砌單行作業(yè)。

長段掘砌單行作業(yè)，是將井筒白上而下分成若干個井段，在每個井段內首先自上而下進行掘進，待該段井筒掘完后再自下而上進行該段井筒的永久支護。每個井段的高度視圍巖穩(wěn)定性而定，一般以30～40m為宜，最大不應超過60m。

長段單行作業(yè)的優(yōu)點：占用施工設備少，施工組織簡單便于管理，井筒掘進工作比較安全，它是立井施工中最常用的方案。短段掘砌單行作業(yè)的特點是段高較小，每掘進一短段井筒后就立即進行永久支護。采用這種作業(yè)方式時，