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立井井筒施工 一井筒概述 根据井田开拓方式的不同 井筒分为立井 斜井和平硐 立井井筒按其用途又分为主井 副井 混合井和风井 主井 是专门用作提升煤炭的井筒 在大 中型矿井中 提升煤炭的容器多采用箕斗 所以主井又常称作箕斗井 副井 是用作升降人员 材料 设备和提升矸石的井筒 并常兼作入风井 由于副井采用的提升容器是罐笼 所以副井又称为罐笼井 混合井 在同一个井筒内安设有箕斗和罐笼两种提升容器时 该井筒称为混合井 它主要用于小型矿井和老矿井改扩建的延深井 风井 主要用于通风的井筒 风井尽管有时也安设有提升没备 但仍然按其主要用途命名为风井 立井井筒的组成自上而下可分为 井颈 井身和井底三个部分 井颈的深度可为浅表土的全厚 也可为厚表土深度的一部分 一般要求井颈的深度为15 20m 井颈部分的井壁不但需要加厚 而且通常需要配有钢筋 井颈以下至井底车场水平的井筒部分叫做井身 井身是井筒的主要组成部分 井底车场水平以下部分的井筒叫做井底 罐笼井的井底深度一般为l0m左右 箕斗井井底深度一般为35 75m 风井井底深度4 5m 斜井井筒根据其主要用途通常也分为主井 副井和风井 井筒工程是矿井建没主要连锁工程项目之一 立井井筒工程量一般占全矿井井巷工程量的5 左右 而工期却占矿井施工总工期的40 50 井筒工程施工的快慢直接影响其它井巷工程 有关的地面工程和机电安装工程的施工 因此 加快井筒施工速度是缩短矿井建设总工期的重要环节 同时 井筒是整个矿井的咽吼 其设计和施工质量的优劣 直接关系着矿井建设的成败和生产时期的使用 二立井井筒特点 表土层厚 千米立井越来越多 如济宁唐口煤矿 孙村矿风井等 1 50年代平均井深为200 300m 井径为4 0m左右 井筒深度大 井径大 2 70年代平均井深为400m左右 井径为6 0m左右 3 90年代平均井深为500m以上 井径为6 0 8 0m 沿海地区达300 400m 山东巨野矿区表土超过500m 水文条件复杂 4 新世纪以来 井筒深度越来越大 井径也不断增大 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 但工期却占至少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 3 安全工作 1988年1月13日中午 山东省张家洼矿山公司所属的井巷工程公司安装队 发生了一起死亡7人 重伤多人的重大恶性事故 造成这起事故的直接原因是悬吊吊盘的钢丝绳断裂 1999年4月4日 山东裕隆公司所属唐阳煤矿副井安装期间 发生坠罐事故 造成2人死亡 直接原因是罐笼钢丝绳断裂 2004 3 18 山东省枣庄市滕州市东大煤矿副井 基建井 由中国中煤能源集团公司五建公司第二工程处承建 发生提升过卷坠罐事故 井下共有11人 罐内2人 抓岩机内1人 井底工作面8人 作业 其中 7人死亡 1人重伤 3人轻伤 三井筒表土特征 表土的概念 在建井过程中 覆盖于基岩之上的第四纪冲积层和岩石风化带统称为表土层 表土的分类 砾石 砂 粉砂 流沙等 1 松散性土层 3 大孔径表土 4 其它特殊土层 2 粘结性土层 粘土 砂质粘土 粉土颗粒 含石膏 碳酸钙等胶结质 膨胀性粘土 含高岭石 蒙脱石等 立井井筒穿过的表土层 按其掘砌施工的难易程度分为稳定表土层和不稳定表土层两种 稳定表土层就是在井筒掘砌过程中 井帮易于维护 用普通施工方法能够顺利通过的表土层 其中包括含非饱和水的粘土层 含少量水的砂质粘土 无水的大孔土和含水量不大的砾石层等 不稳定表土层就是在在井筒掘砌过程中 井帮很难维护 用普通施工方法不能通过的表土层 其中包括含水砂土 淤泥 含饱和水的粘土 浸水的大孔土和含水量较大的砾石层等 根据表土的性质及其所采用的施工设施 井筒表土施工方法可分为普通施工方法和特殊施工方法两大类 立井井筒掘进 表土段掘进 基岩段掘进 普通法 特殊法 形成地下空间 砌壁工作 安装工作 永久支护 安装井筒装备 钻眼爆破 装岩 提升排矸 井筒支护 涌水治理 其他辅助作业 井筒安装 施工方式 四立井施工主要工序 五井筒锁口施工 临时锁口 井颈最上部的临时井壁和井口临时封口框组成临时锁口 在建井完成并拆除临时井架后 再拆除临时锁口 砌筑永久锁口或与井塔基础连成一起 永久锁口 井颈最上部的永久井壁和临时封口框组成永久锁口 在建井后期 锁口不再拆除 仅拆除临时锁口框 材料 30 60 工字钢铺设于锁口圈上或独立于井口附近的基础上 梁上放置井圈 挂上普通拉钩或钢丝绳 钢筋 用以吊挂临时井圈或永久井壁 基本要求 1 临时锁口的标高要尽量与永久井口标高一致 2 锁口框的位置必须避开井内测量中心线和边线 3 锁口框下的垫木或垫砖铺设面积要考虑上体承载能力 4 避开两季施工 砌排水沟或挡水墙 钢结构临时锁口1 钢梁2 U型卡子3 井圈4 挂钩5 背板6 垫木 井圈背板施工法 临时支护 1 掘进 风镐掘进 人工装土 先用简易设备后用凿井专用设备提升 挖土可用铁镐铁锹 若土层坚硬可配以风镐 必要时 甚至可打浅眼 放小炮崩碎 六表土施工方法 全断面分层开挖 井圈背板施工法 临时支护 2 支护 临时支护 1 井圈 用 12 以上做成6 12节井圈组成一圈 其直径等于掘进直径 节与节之间用螺栓连接 2 挂钩 Z形拉钩用 16圆钢冷弯制成 长1 2m 3 背板 5 160 1500 圈间距为1200 3 砌筑井壁 段高不超过30m 自下而上拆一圈砌一节井壁 直到井口 此后进行第二段高施工 吊挂井壁施工法 1 掘进方法 先挖井筒中心 后掘周帮 周帮挖够之后 铺设托盘 吊挂钢筋 立金属模板 测量找正稳模 浇灌混凝土 最后安好接茬板进行井壁合茬 2 临时支护 特制钢模板 直径25mm螺纹钢加工的钢筋钩子上段为钩 下段为环状 段高取2 4m 3 永久支护 滑模套壁施工内层井壁 注意事项 1 吊挂井壁是自上而下进行的 所以要求井壁上部应有壁座或永久混凝土锁口 并预留出吊挂井坠生根钩子 2 井壁接茬要严 混凝土充填要密实 3 接茬较多 井壁整体性较差 一般都采用二次复壁 复壁厚度不小于200mm 板桩法施工 吊挂井壁与板桩综合施工 1 板桩材料 钢板桩 18 20 设内外导向圈 长12 15m 木板桩 硬木加工 长3 6m 厚50 120mm 宽150 200 斜板桩长为1 2 1 6m 2 施工工艺 3 砌壁采用吊挂井壁法 导向圈 板桩 拉钩全浇注在井壁内 不拆除 2 挂好导向圈 依次打入板桩 板桩入土0 5 0 8m时开始挖土 挖500后用Z形拉钩挂第二圈导向圈 1 在距淤泥或流沙1 1 5m时停止掘进 在上节井壁下预埋12 18个生根钩子 以备挂导向圈 人工降低水位法 1 工作面超前小井降低水位法 2 钻孔降低水位法 疏干孔 方形井 圆形筒 超前工作面1 5 2 5m 在小井中用泵抽水排入吊桶或排到吊盘上的转水盘中 在井筒周围或井筒断面内打两个或多个钻孔并深入不透水层 用深井泵或气升泵抽水 井外疏干孔降水 锚喷临时支护吊挂井壁法施工工艺 1 按设计要求钻好降水孔 随后进行凿井设备的安装2 根据表土层的实际情况 掘砌段高一般为20m左右3 随掘进随进行锚喷 作为临时支护 喷厚80 100mm 锚杆长1 2m 直径16mm 锚喷段高0 8 1 5m4 掘完一个段高后即进行浇灌混凝土或吊挂井壁永久支护 表土施工特殊方法 特殊凿井 冻结法钻井法沉井法 为何产生特殊施工方法 冻结管 冻结壁 井壁 测温孔 水文观察孔 井筒 在井筒掘进之前 在井筒周围钻冻结孔 用人工制冷的方法将井筒周围的不稳定表土层和风化岩层冻结成一个封闭的冻结圈 以防止水或流砂涌入井筒并抵抗地压 然后在冻结圈的保护下掘砌井筒 一冻结法施工 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 冻结法施工立井井筒数量统计表 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已建成井筒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 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 目前 我国最深冻结凿井是安徽口孜东矿冻结深度为736米 冻结原理 井筒周围的冻结圈 是由冷冻站制出的低温盐水在沿冻结管流动过程中 不断吸收孔壁周围岩土层的热量 使岩土逐渐冷却冻结而成 盐水起传递冷量的作用 称为冷媒剂 盐水的冷量是利用液态氨气化时吸收盐水的热量而制取的 所以氨叫做制冷剂 被压缩的氨由过热蒸气状态变成液态过程中 其热量又被冷却水带走 可见 整个制冷设备包括氨循环系统 盐水循环系统和冷却水循环系统三部分 钻冻结孔 为了形成冻结圈 首先要在井筒周围钻一定数量的冻结孔 以便在孔内安装带底锥的冻结管和底部开口的供液管 冻结孔一般等距离地布置在与井筒同心的圆周上 冻结孔间距一般为0 9 1 3m 孔径为200 250 孔深应比冻结深度大5 10m 我国常用红500型 红旗油压650型和TXB A型旋转式钻机钻冻结孔 对钻孔的要求是 终孔直径要比冻结管管箍外径大10 25 钻孔偏斜率应小于5 冻结过程 80 120 16 20 25 35 1 制冷过程整个制冷过程包括三个循环系统 即氨循系统 盐水循环系统和冷却水循环系统 如图12 21所示 2 冻结方案冻结方案有一次冻全深 局部冻结 差异冻结和分期冻结等几种 一次冻全深方案的适应性强 应用广泛 局部冻结就是只在局部涌水部位进行冻结 差异冻结又叫长短管冻结 即冻结管有长短两种间隔布置 分期冻结是当一次冻结深度很大时 为了避免使用过多的制冷没备而将全深分为数段 通常分为两段 从上而下依次进行冻结 一次全深冻结 全部冻结管由地面穿过不稳定含水地层 并进入不透水基岩10m以上 供液管下至冻结管底锥隔板之上 实现从地面到需要冻结深度的一次冻结 一次全深冻结 在采用一次全深冻结方案确定冻结深度时 应将冲积层下面与冲积层有水力联系 含水丰富的基岩风化带同时冻结 对于距离冲积层很近的基岩含水层 厚度不大而且涌水且超过l0m3 h时 也应与冲积层同时凉结 否则 由于冻结深度不够 施工时可能造成涌水淹井事故徐州张集煤矿主副井均因没有一起冻结含水丰富的基岩风化带 在井筒施工到风化带时 造成透水淹井淮北芦岭主井冲积层厚度130 3m 下部133 135m为泥灰岩 裂隙极为发育 涌水量达184m3 h 为强含水层 但冻结深度仅为135m 井筒施工到133m时工作面突然涌水 造成井筒被淹 差异冻结 长短管冻结 采取长短管间隔布置的方式 在全部冻结管穿过冲积层后 短管则进入基岩风化带或含水岩层5m以上 长管还需穿过含水岩层并进入不透水岩层l0m以上 不透水岩层 含水基岩层 冲积层 差异冻结 长短管冻结 差异冻结方案适用于上部为含水丰富的冲积层 下部为基岩风化带和距离冲积层比较近而涌水量又较大的基岩层 但当岩层中水的流速较大时不宜采用 适用条件 优点 这种冻结方案冷量分配合理 可减少冷冻设备 少打钻孔 加快冻结速度 降低工程造价 局部冻结 当不稳定含水层位于冲积层中部或下部 而上部较稳定不需冻结 或不稳定含水层位于上部和下部 而中部较稳定不需冻结 或上部井筒已施工过而下部地层复杂或发生过事故需用冻结处理时 可采用局部冻结方案 局部冻结较一次全深冻结消耗冷量少 冻结时间短 节省费用 分期冻结是将一个冻结深度比较大的井筒 分成两段或两段以上 一般分为两段 按先冻上段后冻下段的次序 待上段冻好并开始掘砌之后 再开始冻下段 上段报砌完时 下段冻结壁已达到设计厚度和强度 具备开挖条件 分期冻结 冻结孔圈径 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测温孔 位置 冻结壁外沿界面数目 3 4个作用 确定冻结壁厚度和开挖时间 冻结施工 钻孔的防偏 测斜和纠偏 应坚持防偏为主 纠偏为辅的原则 冻结段井筒掘砌采用冻结法施工 井筒的开挖时间要选择适时 即当冻结壁已形成而又尚末冻至井筒范围以内时最为理想 此时 既有利于掘进又不会造成涌水冒砂事故 但是 在冻结井筒掘进过程中很准保证处于理想状态 往往整个井筒被冻实 对于这种坚硬的冻土也耍采用钻眼爆破法进行掘进 有条件时也可采用冻土掘进机掘进 冻结井壁一般都采用钢筋混凝土或混凝土双层井壁 外层井壁的厚度一般为400 它是随着掘进而砌筑的 内层井壁一般厚600 它是在通过冻土段后自下而上一次砌到井口 井筒掘进 冻结井筒的开挖条件 通常当上部冻结壁交圈后 并具有一定厚度 足以抵抗地压时即可进行开挖 开挖后仍需继续积极冻结 以提高下部冻结壁的厚度和强度 但应防止冻结壁尚未交圈的情况下进行开挖 具备以下条件可进行试挖 1 水文孔内的水位已有规律的上升并已冒水 2 测温孔内的温度已降至设计要求 证实含水层的冻结壁已全部交圈 3 去路和回路盐水的温度差不超过2 4 按不同岩层的冻结速度推算 每一岩层的冻结壁厚度已达到设计要求 5 按不同的冻土温度计算 每一岩层的冻结壁强度已达到设计要求 井筒掘进 在未冻结的情况下 一般均较松软可用铁锹 风镐或抓岩机挖掘 直接装入吊桶 采用钻眼爆破方法破碎冻土可以提高生产效率加快施工进度 比采用风镐 风铲等简单施工机具效率提高3 5倍 钻眼爆破原则 打浅眼 少装药 松动冻土 风动工具需采取防冻措施 压风过滤干燥法 压气冷凝分离法 井筒掘进 掘进段高 掘进后未经支护的高度 1 地压 冲积层地压随深度的增加而增加 掘进段高应随深度的增加而相应减小 2 围岩性质和冻结壁强度 冻结壁强度对掘进段高影响很大 冻结壁强度越高 掘进段高可以相应增大 在粗砂 中砂 细砂层和卵石层中 易于冻结 冻结后强度高 不变形 段高可以大些 粉砂 砂质粘土和粘土层 冻结后强度低 而且易产生变形 段高应小一些 钙质粘土和铝质粘土含有大量薄膜水 它们不易冻结 冻结后强度低 膨胀变形量大 只能采用小段高 掘进段高的主要影响因素 井筒掘进 3 冻结管偏斜 冻结管偏斜后 使冻结壁的有效厚度减薄 因而段高要相应减小 4 冻结壁几何尺寸 冻结壁的几何尺寸是指冻结壁的内直径 厚度和圆度 冻结壁的内直径小 厚度大和圆度好时 抵抗地压性能好 掘进段高可以适当大一些 否则掘进段高应减小 5 掘砌速度 掘砌速度快 冻结壁暴露时间短 变形量小 段高可以适当加大 否则段高应减小 通常在冻结壁稳定的情况下 砂层 卵石层宜按制在10m以内 砂质粘土层不应超过5m 粘土 钙质粘土 易膨胀粘土等地层宜控制在2 5m以内 井壁砌筑 复合井壁又称多层井壁或组合井壁 它是由两种或两种以上的普通井壁 不计壁后充填层 组成的复合体 形成多层结构 外层井壁 充填层 内层井壁 塑料夹层 冻结壁和外层并壁30 100mm之间为充填层 此间需充填密实无缝隙 若外层井壁选用现浇钢筋混凝土时 充填层采用聚苯乙烯泡沫板为最佳 外层井壁与内层并壁20 50mm之间为塑料夹层 井壁砌筑 混凝土外层井壁施工 下混凝土可采用管子 100m 和吊桶 模板 弧形装配式金属模板 金属伸缩式活动金属模板 冻结井筒现浇混凝土振捣要采用插入式高频振捣器 捣固工作应设专人分片负责 分层均匀捣固 井壁砌筑 混凝土内层井壁施工 目前应用较多的是液压滑升模板 它主要由模板 滑模盘和滑升动力装置组成 模板高度一般在1 4m左右 液压滑升摸板可以实现混凝土连续浇灌 连续滑升 一听 滑升过程中 能听到沙沙声二看 观察刚脱模的混凝土表面无流淌 破裂 拖拉变形现象 且有水光三摸 脱模强度用手按有硬感 砂浆不粘土 二钻井法施工 利用钻井的钻头破碎岩石 以循环泥浆排除岩屑 冲洗钻头 并依靠井内充满的泥浆保护井帮不致坍塌 当钻井完毕后 自地面将预制的井壁在井口一节一节依次连接起来 并在泥浆中悬浮下沉 进行永久支护 优点 1 钻井法凿井的全部工作在地面进行 彻底改变了长期所采用的打眼放炮人工出矸的井下作业方式 从根本上摆脱了普通凿井法的井下作业环境 改善了工人的劳动和安全条件2 实现了凿井综合机械化和部分自动化 免除了一切井下繁重体力劳动 提高了劳动生产率 降低劳动强度 加快了建井速度 3 井壁采用地面预制的方法 井壁质量好 强度高 减少了井筒维护和排水费 4 钻井法不但能钻凿不稳定松软岩层 而且能钻凿稳定的硬岩层 钻井法凿井的主要工艺过程有钻进 泥浆洗井护壁 下沉预制井壁和壁后注浆固井等 钻井法施工 钻井法凿井是利用钻井机 简称钻机 将井筒全断面一次钻成 或将井筒分次扩孔钻成 我国目前采用的多为转盘式钻井机 图为我国生产的AS 9 500型转盘式钻井机的工作全貌 天车 钻塔 大钩 转盘 钻井法发展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钻凿的煤矿立井井筒是淮北朔里南风井 直径4 3m 深90m 1984年施工钻井直径9 3m 成井直径7m 深469m的淮南谢桥西风井一类的深大井筒 并实现全套设备国产化 综合技术达到国际先进水平 安徽省板集矿主风井钻进的深度已达到了660米 建成后将是新的世界纪录 潘三西风井 成井直径6 0m 钻井直径9 0m 深度508 2m 穿过440m表土层 其中有168m强膨胀性粘土层 该井具有典型的代表性 我国钻井法施工300m以上深井明细表 在竣工的55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1个 总长度1 3万m 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了9 5个月 给施工造成了很大的损失 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 井筒钻进 井筒钻进是个关键的工序 钻进方式多采用分次扩孔钻进 即首先用超前钻头一次钻到基岩 在基岩部分占的比例不大时 也可用超前钻头一次钻到井底 而后分次扩孔至 基岩或井底 超前钻头和扩孔钻头的直径一般是已固定的 但有的钻机 如BZ l钻机 可在一定范围内调整钻头的钻进尺寸 这样就可以选择扩孔的直径和次数 选择的原则是 在转盘和提吊系统能力允许的情况下 尽量减少扩孔次数 以缩短辅助时间 钻头破碎下来的岩屑必须及时用循环泥浆从工作面清除 使钻头上的刀具始终直接作用在未被破碎的岩石面上 提高钻进效率 泥浆沿井筒自上向下流动 洗井后沿钻杆上升到地面 这种洗井方式叫做反循环洗井 泥浆洗井护壁 洗井 循环泥浆方式排渣护壁 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 泥浆的另一个重要作用 就是护壁 一方面是借助泥浆的液柱压力平衡地压 另一方面是在井帮上形成泥皮 堵塞裂隙 防止片帮 为了利用泥浆有效地洗井护壁 要求泥浆有较好的稳定性 不易沉淀 泥浆的失水量要比较小 能够形成薄而坚韧的泥皮 泥浆的粘度在满足排渣要求的条件下 要具有较好的流动性和便于净化 泥浆洗井护壁 井壁在地面制作 待井筒钻完 提出钻头 用起重大钩将带底的预制井壁悬浮在井内泥浆中 利用其自重和注入井壁内的水重缓慢下沉 下沉井壁 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 固井充填 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 固井充填 钻井法施工的主要工艺过程 钻进 泥浆洗井护壁 下沉预制井壁 壁后注浆固井 沉井法施工 沉井法是属于超前支护类的一种特殊施工方法 其实质是再井筒设计位置上 预制好底部附有刃脚的一段井筒 在其掩护下 随着井内的掘进出土 井筒靠其自重克服其外壁与土层间的摩擦阻力和刃脚下部的正面阻力而不断下沉 随着井筒下沉 在地面相应接长井壁 如此周而复始 直至沉到设计标高 这种凿井方法称为沉井法 1 井架 2 套井 3 触变泥浆 4 沉井井壁 5 压风管 6 压气排液器 7 吸泥管 8 排渣管 9 高压水管 10 水枪 沉井法发展自1952年到1994年底为止 我国煤矿应用沉井法施工的井筒约160个 其中淹水沉井38个 沉井累计下沉深度超过5 0km 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 1981年济宁矿区单家村煤矿主井应用触变泥浆淹水沉井技术 创造了下沉192 75m的国内最深的记录 沉井偏斜率仅0 69 由于工艺简单 施工设备少 造价较低等优点 沉井法在国内外的地下工程中得到广泛巨用 日本的三井矿业公司开发海底煤田 用壁后气囊沉井法完成了4个深沉井 日铁矿业公司有明三井沉井的下沉深度达200 3m 偏斜率小于1 原苏联在地铁和其它工业民用建筑中大量采用了触变泥浆沉井 上海在黄浦江引水工程 越江隧道和其它工程中都采用了大断面沉井的新工艺 由于工艺简单 施工设备少 造价较低等优点 沉井法在国内外的地下工程中得到广泛巨用 沉井平面长69米 宽51米 下沉深度为58米 体积20 4万立方米 列世界最大沉井 列世界第 的美国费雷泽诺桥的沉井体积为15万立方米 江阴长江公路大桥北锚沉井 沉井法发展 1普通沉井法 沉井外不用泥浆护壁 沉井内不充水 工人在沉井的保护下在井内直接挖土掘进 随着挖土工作的进行 井壁借自重克服正面阻力和侧面阻力而不断下沉 随着沉井的下沉 在地面不断接长沉井井壁 沉井法施工 表土层 30m 沉井法施工 2淹水沉井 在沉井井筒内灌满水 保持井内外的水压平衡 防止从刃脚处涌砂冒泥及地表塌陷 以预先做好的套井作为支撑圈以防止和纠正沉井过程中的偏斜 在井筒外壁的环形空间内灌满触变泥浆或施放压气 减小沉井侧面阻力 靠井壁自重 使刃脚插入土层 经水下破土 排矸克服正面阻力使井壁不断下沉 边下沉 边在井口接长井壁 直至井筒穿过冲积层 使沉井刃脚落于基岩上 再封底 固井之后 转入基岩段普通法施工 可用于流砂厚度大 涌水量大且不含较大卵石和砾石层的冲积层 淹水沉井施工工艺 沉井法的施工工艺包括 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并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 立井基岩施工 钻眼爆破 钻眼设备 钻眼通常采用手持式凿岩机 目前主要使用伞形钻架 爆破工作 1 炸药和起爆器材的选择在立井施工中 工作面常有积水 要采用抗水岩石炸药 水胶炸药和硝化甘油炸药 起爆器材通常采用国产8号秒延期电雷管 毫秒延期电雷管和导爆管索 放炮电源多采用交流电源 但电压不得超过380伏 在有瓦斯或煤尘爆炸危险的井筒内 必须采用煤矿安全炸药和瞬发电雷管 使用毫秒延期电雷管时 最后一段的延期时间不得超过130毫秒 2 爆破参数的确定 炮眼深度是根据岩石性质 凿岩爆破器材和循环劳动组织等因素决定的 当前在立井井筒施工中 炮眼的深度以浅孔或中深孔 2 0 3 5m 为宜 炸药消耗量是根据岩石性质 井简断面大小和爆破要求等因素决定的 确定炸约消耗量的方法 可采用工程类比法或是根据 矿山井巷工程预算定额 选取 炮眼布置在圆形断面的井简中 炮眼都按同心圆周布置 掏槽方式可采用直眼掏槽或锥形掏槽 炮眼数目和布置圈数是由具体的爆破条件决定的 若采用光面爆破 周边眼间距E为400 600 周边眼与辅助眼圈间距 即最小抵抗线 E MM为周边眼密集系数一般为0 8 1 0 辅助眼圈距和辅助眼间距 一般为0 7 0 9m 掏槽眼圈径和眼距 可由掏槽方式和岩石性质决定 采用光面爆破时 为了取得比较好的光爆效果 周边眼应采用 20 25 的小直药卷或采用一般药卷不偶合缓冲间隔装药结构 立井掘进中的联线方式多采用并联 若一次起爆的雷管数较多 采用并联不能满足准爆电流要求时 可以采用串并联或并串联 装药 联线和放炮工作 必须严格遵守 煤矿安全规程 的有关规定 装岩提升 装岩工作目前已普遍采用中心回转式抓岩机装岩 实现了装岩机械化 提高抓岩生产率是缩短装岩提升工序时间的重要途径 在施工中应泣急下列几点 1 注意机械维修保养 使它经常处于良好的工作状态 2 提高操作技术 使抓取和投放动作准确 3 改进钻眼爆破工作使爆破后的岩堆 岩石块度 有利于机械抓岩 4 吊捅直径应与抓斗张开直径相适应 提升能力满足抓岩工作需要 提升工作1 提升容器立井凿井提升容器都采用吊桶 2 提升钢丝绳 提升钢丝绳一般采用多层股不旋转圆形钢丝绳3 提升机 主要是单绳缠绕式卷筒提升机 4 提升辅助设施 包括提升天轮 导向稳绳 稳绳天轮 稳绳悬吊凿井绞车等 排矸工作1 翻矸方式 人工翻矸和自动翻矸 座钩式自动翻矸 2 排矸方法 采用汽车或矿车排矸 三 井筒支护 临时支护 采用井圈背板 采用锚喷 永久支护 有料石井壁 混凝土井壁 浇注混凝土井壁施工 先在地面搅拌站将混凝土搅拌好 然后经输料管或吊桶输送到井下浇入筑壁模板内 浇注混凝土井壁的模板有木模板和金属模板 常用的金属模板有装配式 液压滑开式和整体下移式等 整体下移式模板的结构如图12 30所示 其他类型模板的结构可查阅 井巷工程施工手册 锚喷支护的施工工艺如图12 31所示 四 立井施工辅助工作