井巷掘进与支护4

山东科技大学资源与环境工程学院,1,第四章井巷掘进与支护,山东科技大学资源与环境工程学院,2,第一节岩石的性质及分级,一、岩石性质1、岩石的物理特性岩石的物理性质主要指岩石的重力密度、密度、硬度、碎胀性和耐风化侵蚀等。岩石的重力密度为单位体积内岩石的重量；岩石的密度为单位体积内岩石的质量；碎胀性是指单位体积内的岩石破碎后，其体积比破碎前有所增大的性质。2、岩石的力学性质岩石的力学性质是指岩石对压、拉、弯、剪等外力的抵抗能力。岩石的弹性是指岩石在外力的作用下发生变形，当除去外力后岩石能够恢复到原来形状的性质。而岩石的塑性是指岩石在外力的作用下发生变形，当除去外力后，岩石不能够恢复到原来形状的性质。岩石的脆性指岩石在破坏前没有明显的塑性变形，在应力达到岩石强度极限时，岩石突然破坏。,山东科技大学资源与环境工程学院,3,第一节岩石的性质及分级,岩石强度指岩石抵抗外力破坏的能力。岩石因受力状态不同，其强度也不同，而且相差较大。特别是岩石的抗压强度一般远大于抗拉强度。岩石的硬度指岩石抵抗其它较硬物体压入的能力，与材料力学中的接触强度概念相类似。二、岩石分级一般用岩石的坚固性来代表岩石破碎的难易程度，包括岩石的上述物理力学性质特征。岩石坚固性系数“f”见式（4-1）。(4-1),式中R岩石的抗压強度，MPa。我国一般采用的岩石分级方法是岩石强度分级法（普氏岩石分级法），是用坚固性系数f将岩石坚硬度分为10级（表41）。,山东科技大学资源与环境工程学院,4,表41岩石強度分级表,山东科技大学资源与环境工程学院,5,第二节钻眼爆破与巷道断面形状,一、钻眼爆破工作钻眼爆破就是在要采掘的矿体中用钻眼工具钻凿炮眼，其深度一般34m，直径3575mm。然后在炮眼中放置一定数量的炸药，炮眼口与炸药之间的一段距离充填不燃的惰性物质，称为炮泥。炸药在炮眼内被爆炸后，炸药在密闭的炮眼内急剧分解而产生大量高温膨胀气体与冲击波，使眼壁产生了极大的压力，其结果使岩石从其整体中分裂下来，并破碎成便于装运的块度。,1、钻眼机具（1）冲击式凿岩机目前我国煤矿中使用的冲击式凿岩机主要是气动式。我国矿山巷道掘进所用的凿岩设备特点及适应条件见表42。,表42凿岩设备特点及适应条件,山东科技大学资源与环境工程学院,6,第二节钻眼爆破与巷道断面形状,冲击式凿岩原理如图41所示。钎子在撞击力的作用下，钎刃（钻头）冲击岩石，在岩石上凿出一深度不大的沟，即破碎沟如11所示。随后钎子转一定的角度，再冲击第二次，在岩石上又形成第二个破碎沟如22所示，与此同时两沟之间留下的扇形面积岩石也被挤碎了。这样连续式冲击、转动，逐渐在岩石上打出圆形的炮眼。,图41冲击式凿岩原理图,（2）冲击式凿岩工具凿岩机钎子是由断面形状为六角形或圆形的中空钢钎锻制而成。钎子分钻杆、钎肩和钎尾三部分。,山东科技大学资源与环境工程学院,7,第二节钻眼爆破与巷道断面形状,凿岩机钻头是直接破碎岩石的部分，直接影响钻眼效率。常用的凿岩机钻头特征如表43所示。,表43凿岩机钻头特点与使用条件,山东科技大学资源与环境工程学院,8,第二节钻眼爆破与巷道断面形状,（3）旋转式钻机旋转式钻机是利用钎子的旋转作用力带动钻头来切削破碎眼底岩石的钻眼机械。这种钻机所用的动力是电力，所以通常称它为电钻。根据钻眼的对象不同，可分为煤电钻和岩石电钻两种。煤电钻煤电钻主要用于在煤层或较软的岩石中钻眼。因为它所需要的功率较小，机体质量较轻，钻眼时可用人力抱钻并推进，为此也称手持式煤电钻。,图42岩石电钻的推进与传动图1钻头；2轨道；3钻杆；4链条；5供水装置；6手轮；7链轮；8离合器；9滑架；10电机；11电缆,岩石电钻岩石电钻与煤电钻的构造基本相同，只是岩石电钻的电动机功率大，质量也大，且钻眼时需要很大的轴向推力，用人力无法支承操作，必须配有推进和支撑设备（图42）。,山东科技大学资源与环境工程学院,9,第二节钻眼爆破与巷道断面形状,（4）旋转式钻眼工具煤电钻钻杆煤电钻使用的钻杆多为螺旋形（俗称“麻花”钎子），钎子杆上的螺旋沟槽是用来排除煤粉的。钎子杆断面形状有矩形和菱形两种（图43）。矩形断面的钎子杆是扁钢扭制而成的，强度较小，但排粉能力很大，适用于在煤层中钻眼。菱形断面的钎子杆是由条钢扭制而成的，钻杆强度较大，但排粉能力低一些，适用在硬煤或较软的岩石中钻眼。岩石电钻的钻杆由于所需要的扭矩大，所以钻杆采用中空六角形钢或圆形钢制作。钎子杆有中心孔，以利于采用湿式钻眼。,图43钻杆图,山东科技大学资源与环境工程学院,10,第二节钻眼爆破与巷道断面形状,钻头由于煤电钻和岩石电钻所钻煤、岩的坚硬程度不同，因此钻头所用的钢材与钻头结构也不同。煤电钻钻头如图44所示，岩石电钻的钻头如图45所示,图44煤电钻钻头图图45岩石电钻钻头图1主刃；2副刃；3钻翼；4钻头体,山东科技大学资源与环境工程学院,11,第二节钻眼爆破与巷道断面形状,二、机械化掘进岩石平巷联合掘进机由工作机构（刀盘）、排岩机构、液压支撑行走机构和操作机构等四个主要部分组成（图46）。联合掘进机提高了掘进机械化水平，配合运输机械，实现破岩、装岩与运岩的机械化。联合掘进机主要有如下几种：耙斗式凿装联合机组，在耙斗链板装载机上加设液压凿岩支臂；蟹爪式凿装联合机组，在蟹爪式装载机上加设液压凿岩支臂。,图46岩石巷道联合掘进机图1刀盘；2机架；3减速器；4推进液压缸；5主电机；6水平支撑板；7护顶；8胶带输送机；9控制箱；10操作箱；11大梁；12水平支撑液压缸；13操作室；14末级齿轮；15内齿轮；16刀盘中心轴；17机架底座；18装渣斗；19滑道；20牙轮钻头；21滚刀,山东科技大学资源与环境工程学院,12,第二节钻眼爆破与巷道断面形状,三、巷道断面形状与支护方法1、巷道断面形状选择我国矿井中使用的巷道断面形状有矩形、梯形、多边形、拱形、马蹄形、椭圆形以及圆形等(图47)，而经常使用的则是梯形和拱形两种。,图47巷道断面形状图,山东科技大学资源与环境工程学院,13,第二节钻眼爆破与巷道断面形状,矩形断面的巷道主要承受顶压力，而承受侧压力的性能较差；梯形断面的巷道能承受一定的侧压力。共同特点是支架结构简单、施工方便。拱形、马蹄形以及圆形巷道断面能承受较大的顶压力和侧压力，是目前矿山主要开拓巷道的基本支护形式。当侧压力很大，尤其是有底压力时，可采用封闭圆形断面、马蹄形或椭圆形。巷道断面形状选择考虑的因素：巷道的围岩性质及地压力；支架的材料；巷道的用途及服务期限。2、巷道断面尺寸巷道断面尺寸既要满足安全生产要求，又要尽量减少掘进工作量。（1）巷道净宽度B0的确定拱形和矩形巷道的净宽度系指巷道内侧的水平距离（图48），可以用式（42）和式（43）分别计算双轨与单轨运输巷道净宽度。,山东科技大学资源与环境工程学院,14,第二节钻眼爆破与巷道断面形状,B02b+b1+b2+m（42）B0b+b1+b2（43）式中b运输设备的宽度；b1运输设备到支架的间隔；b2人行道宽度；m两对开列车最突出部分宽度。,图48巷道净尺寸图,山东科技大学资源与环境工程学院,15,第二节钻眼爆破与巷道断面形状,在标准巷道设计中，采用轨距600mm时，两轨道中心线间距为1300mm。采用900mm轨距时，轨道中心线间距应为1600mm。（2）巷道净高度的确定巷道净高度是指道碴面至拱顶内缘的垂直距离。巷道的高度必须保证行人方便及生产运输的要求。主要运输巷道和主要通风巷道的净高不得低于2000mm，采区内的通风巷道、运输巷道等净高不得低于1800mm。梯形断面巷道高度采用架线电机车时，轨面至棚梁的高度可取2200mm或2400mm。一般轨道上、下山及木棚支护的轨道巷可取2000mm。不设轨道的采区巷道，底板至棚梁的高度视巷道用途及巷道的倾角而定，一般大于1800mm。拱形断面巷道高度巷道底板到拱基线高h3（图48），当用架线电机车时，h3满足导电弓顶端两切线交点与拱壁间距不小于200mm；当用蓄电池电机车或其他方式运输时，h3应保证人行道在高度在1800mm的范围有600mm以上宽度为原则。,山东科技大学资源与环境工程学院,16,第二节钻眼爆破与巷道断面形状,巷道净高度H0的计算式为：H0h3h0-h5（44）式中h3拱形巷道墙高；h0拱形巷道拱高；h5道渣厚度。3、轨道布置与风速验算（1）轨道布置巷道轨道由钢轨、轨枕和道碴三部分组成图49。不同用途的巷道应选择不同型号的钢轨，轨枕、道碴应与轨道类型相适应。,图49轨道布置图l钢轨；2垫板；3轨枕；4道碴,（2）风速验算因巷道中风速过大会扬起粉尘，影响工人健康和安全等，故煤矿安全规程规定了不同用途巷道允许的最大、最小风速。风速计算公式为：,山东科技大学资源与环境工程学院,17,第二节钻眼爆破与巷道断面形状,(45),式中Q要求通过该巷道的风量，m3s；S巷道的净断面积，m2；V允规程允许的最大风速，ms。根据上述有关尺寸和参数的确定方法，计算出相关结构尺寸，然后按1:50比例绘制巷道断面图。计算列出巷道断面特征表和每米巷道材料消耗量表44。,图410运输大巷断面图,表44巷道断面特征表,山东科技大学资源与环境工程学院,18,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,一、破岩1、钻凿炮孔（1）炮孔布置方法掏槽孔布置方式炮孔布置的核心是选择掏槽孔的形式，它是决定爆破效果的关键。一般是根据巷道断面与岩石性质等因素选择，见图411所示。,图411掏槽孔布置方式图,辅助孔和周边孔的布置辅助孔和周边孔应能满足：岩石按设计的轮廓线崩落；崩落的岩石不崩坏支架与设备；一个炮孔药包的起爆，不会引起相邻炮孔药包的殉爆或带出；岩石块度适中，有利装岩工作。,山东科技大学资源与环境工程学院,19,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,辅助孔间距一般取4080mm，周边孔间距为50100mm。图412炮孔布置实例。,图412掘进工作面炮眼布置图,山东科技大学资源与环境工程学院,20,（2）爆破参数的确定炮孔直径：炮孔的直径是由钻头确定的。采用气腿式凿岩机时，炮孔直径一般3843mm。采用钻车配置液压凿岩机或导轨式外回转凿岩时，炮孔直径为4550mm。炮孔深度：工作面至炮孔底的垂直距离称为炮孔深度。合理的炮孔深度应根据掘进工艺、设备及巷道断面大小来确定。煤矿小断面巷道采用气腿式凿岩机时孔深一般为15002500mm。炸药消耗量：炸药消耗量的确定与巷道断面、岩石性质、炮孔直径和深度等因素直接有关。炸药消耗量可根据经验公式计算或按国家颁发的矿山井巷工程预算定额选取。,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,2、起爆器材在正常情况下，炸药不会自行爆炸，只有在一定的外能作用下，才能引起爆炸。引爆炸药的器材有雷管、发爆器等。,山东科技大学资源与环境工程学院,21,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,（1）雷管煤矿所用的雷管是电雷管。电雷管是利用电能起爆的，利用它爆炸产生的能量来起爆炸药。按雷管起爆能力的大小，用于煤矿的雷管有6号和8号两种。根据电雷管爆炸间隔时间的长短，可分为瞬发电雷管、秒延期电雷管和毫秒延期电雷管。瞬发电雷管电雷管通入足够的电流，在一瞬间引起爆炸的雷管称为瞬发电雷管。它是由管壳、正副起爆药和发火装置等构成。通电后桥丝产生高热，而桥丝插入对火焰感度很高的正起爆药圈中，因此正起爆药立即爆炸，并引起副起爆药爆炸。秒延期电雷管电雷管通入足够的电流后，在l10s内才能爆炸的雷管，称为秒延期电雷管。它与瞬发电雷管不同的是在电桥丝与起爆药之间加长一段导火索作为延期装置。利用这种雷管一次通电全断面顺序爆破，可以提高爆破效果，减少炸药消耗和节省放炮时间。,山东科技大学资源与环境工程学院,22,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,毫秒延期电雷管电雷管通入足够的电流，可延期252000ms爆炸的电雷管，称为毫秒延期电雷管。它与秒延期电雷管相似，只是延期时间要短得多。煤矿安全规程规定使用煤矿许用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不超过130ms。,（2）炸药炸药是一种固体或液体的化合物或混合物。它在受到一定的外界能量作用时就能迅速分解，同时产生大量的气体和热量。由于气体的膨胀作用，对周围介质产生突然的冲击压力，致使介质破坏，同时发生巨大的音响和振动。煤矿使用的硝铵炸药主要成分是硝酸铵、TNT、木粉、氯化钠等，爆炸时它产生短而温度较低的火焰，避免引起瓦斯或煤尘的爆炸。硝铵炸药的爆炸能力较低，在低温下不冻结，炸药性质稳定，不致于撞击或摩擦而爆炸。（3）发爆器(放炮器)煤矿安全规程规定，井下爆破必须使用发炮器放炮。目前煤矿广泛使用晶体管电容式发爆器，它利用电容在瞬间放出所贮存的电能，使爆破网路在36ms内获得大的脉冲电流而引爆电雷管。,山东科技大学资源与环境工程学院,23,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,二、岩石的装载岩石装运工作是繁重的一个工序，约占掘进循环总时的3550。1、装岩工作装岩工作由铲斗式或耙斗式装岩机与矿车和电机车组成（图413）。巷道一般为双轨运输，一条为空车道，另一条为重车道。装载时装岩机和矿车经由调车道岔分别在两条轨道上装岩。调车道岔随着工作面的前进每隔2030m移动一次。,图413装岩机与矿车装运作业示意图l调车道岔；2空车；3电机车；4重车；5装岩机,山东科技大学资源与环境工程学院,24,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,2、铲斗装岩机铲斗后卸式装岩机是使用较多的一种装岩机(图414)。按动力分为电力和压气两种，且采用轨轮式行走机构。这种装岩机可供平巷和倾角在8以下的斜巷掘进装岩之用。它适用于高度大于2.2m、单轨最大装岩宽度为2.2m的巷道。该装岩机工作过程为下放铲斗、机器前进，利用机器前进的冲力铲入岩堆，装满铲斗后机器后退，后退同时提升铲斗，经图中a、b、c的位置将岩石卸入装岩机后面的矿车。,图414装岩机构造图1铲斗；2斗柄；3弹簧；4、10稳绳；5缓冲弹簧；6提升链条；7导轨；8回转底盘；9回轨台,山东科技大学资源与环境工程学院,25,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,1连杆；2主、副滚筒；3卡轨器；4操作手把；5调整螺丝；6耙斗；7固定楔；8尾轮；9耙斗钢丝绳；10电动机；11减速器；12架绳轮；13卸料槽；14矿车,图415耙斗装岩机工作图,3、耙斗装岩机耙斗装岩机是一种结构简单与高效的装岩设备。这种装岩机适用于净高2.2m、宽2m以上的水平巷道或小倾角的斜巷使用。耙斗装岩机是由绞车、耙斗、车体、卸料槽以及主尾绳和滑轮等组成，如图415所示。,山东科技大学资源与环境工程学院,26,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,三、巷道支护1、木支架与金属支架支护（1）木支架巷道中常用的木支架是梯形与矩形棚子（图416），它是由一根顶梁、两根棚腿以及背板、木楔等组成。每架支架的平面应和巷道的纵轴相垂直。,图416木棚支护图1顶梁；2棚腿；3木楔；4背板；5撐柱,顶梁和棚腿应选用相同直径的坑木，以便加工和架设。木支架重量较轻，并具有一定的强度，加工和架设方便，特别适应于多变的地质条件。但是木支架强度低，易腐朽，特别是我国森林资源缺乏，木支架的使用量越来越少。,山东科技大学资源与环境工程学院,27,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,（2）金属支架金属支架的支撑强度大，坚固，耐久，可以制成各种形状的构件。虽然初期投资大些，但可以回收复用。所以，金属支架是一种优良的坑木代用品。金属支架有以下两种主要型式：,常用1824kgm旧钢轨或1620号工字钢制作。由两腿一梁构成，常用的梁、腿连接方式如图417所示。,图417梯形金属支架构造图,梯形金属支架,山东科技大学资源与环境工程学院,28,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,拱形金属支架支护对于压力大、围岩变形量大的巷道，用矿用特殊型钢做成拱形可缩性支架（图418）.这种支架由三节（或五节）曲线形构件组成，接头处搭接300400mm，并用螺栓箍紧（箍紧力靠螺栓调节）。当沿搭接处作用的轴向力大于螺栓箍紧所产生的摩擦力时，构件之间便相对滑动，棚子即产生可缩性。,图418拱形可缩性金属支架图,1顶梁；2棚腿；3底座；4U形卡；5垫板；6螺母,山东科技大学资源与环境工程学院,29,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,2、石材支护石材支护由拱、墙和基础构成（图419）。使用料石砌筑拱与墙时，一般采用拱和墙等厚。使用混凝土砌拱与料石砌壁时，一般拱和壁不等厚。当巷道服务年限长或在一些特殊地段如井筒表土至基岩段、井底车场等一般采用石材支护。但是石材支护成本高，施工效率低，抵抗动压能力差。石材支架的施工在多数情况下是掘进后先架设临时支架，以防止掘进工作面与砌碹之间这一段距离内顶、帮岩石的垮落。,图419巷道砌碹图,1金属碹胎；2工作台；3风筒；4压风管软管；5水管；6压风钢管,山东科技大学资源与环境工程学院,30,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,3、锚杆支护锚杆支护就是在巷道掘进后向围岩中钻眼，然后将锚杆安设在锚杆眼内，对巷道围岩进行人工加固，提高围岩的强度。（1）锚杆的作用原理与使用范围锚杆具有对巷道围岩进行悬吊、挤压拱、组合梁（拱）等支护作用原理。锚杆支护是巷道支护的发展方向，使用范围广，适应性强。但是锚杆不能预防围岩风化，不能完全防止锚杆与锚杆之间裂隙岩石的剥落。因此，锚杆一般配合其它支护方法，如与金属网、喷浆或喷射混凝土等联合使用将取得更好的支护效果。锚杆的类型很多。按锚固原理来分有端头锚固和全长锚固两种类型；按锚杆组成材料来分有金属锚杆、木锚杆、钢筋或钢丝绳砂浆锚杆和树脂锚杆等。（2）金属楔缝式锚杆金属楔缝式锚杆由杆体、楔子、垫板和螺帽组成（图420）。,山东科技大学资源与环境工程学院,31,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,杆体一般用直径1822mm的3号钢制作，其上端加工成宽25mm、长150mm200mm的纵向楔缝，杆体下端100150mm长的范围内加工成螺纹。楔子用软钢或铸铁制造。垫板多用厚610mm的钢板制。,图420金属楔缝式锚杆图1楔子；2杆体；3垫板；4螺帽,安装时先把楔子夹在楔缝中，轻轻插入预先钻好的锚杆眼眼底。在杆体下端加保护套或拧上保护螺纹的螺母，然后对杆体不断锤击，楔子便挤入楔缝，从而迫使杆体的锚入端张开而挤紧眼底孔壁，最后取下保护套筒，安上垫板拧紧螺帽。（3）树脂锚杆树脂锚杆是目前应用比较广泛的一种锚杆。它以合成树脂为粘结剂，在固化剂和加速剂的作用下快速固化，将锚杆体与岩石牢固地粘结成为一个坚固的整体。,山东科技大学资源与环境工程学院,32,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,树脂锚杆的最大特点是固化时间快，能在几分钟到几小时内获得很高的初锚力，能够迅速有效地控制围岩变形。我国树脂锚杆是一种药包式端头锚固的锚杆，由树脂药包和锚杆杆体及托盘组成。树脂药包有2350mm和2335mm等几种规格，由内药包和外药包组成。内药包为812mm的玻璃小管，内装固化剂与少量填料。外药包为聚乙烯薄膜塑料袋(或玻璃管)，内装不饱和聚酯树脂、加速剂及填料（图421）。,图421树脂药包结构图1树脂；2固化剂；3固化剂小管；4聚乙烯薄膜塑料袋,山东科技大学资源与环境工程学院,33,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,锚杆杆体由1620mm的左旋螺纹钢加工而成，杆体长1.52.5m。安装时，用锚杆体将树脂药包送到眼底，以锚杆钻机为动力，将药包捣破并搅拌30s左右，使其化学药剂混合发生化学反应，树脂便由液态聚合转化为固态，将岩石和锚杆体胶结固化在一起。4、锚索支护（1）锚索的作用原理锚索长度一般是锚杆长度的35倍甚至更大。它除具有普通锚杆的原理外，与普通锚杆不同之处是把部分围岩压力传递至深部稳定岩层，对巷道围岩产生强力悬吊作用。矿井巷道支护一般锚杆、锚索配合使用。这样相邻的锚杆、锚索的作用力相互叠加，组合成一个“承载层”，使围岩发挥出更大的承载作用（图422）。,（2）锚索结构锚索长度约为57m，锚索杆体主要由高强预应力钢绞线、高强预应力钢丝制成。目前较为广泛采用的7丝钢绞线、直径15.24mm，锚固力可以达到25t以上。采用树脂锚固剂端头锚固，其结构如图423所示。,山东科技大学资源与环境工程学院,34,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,图422锚索、锚杆联合加固作用原理图,图423端头锚固式锚索结构图1钢绞线；2锚具；3垫板；4钢托板；5挡片；6树脂药卷；L1张拉端；L2自由段；L3锚固段,5、喷射混凝土支护喷射混凝土支护是将一定配合比的水泥、砂、碎石和速凝剂搅拌料通过混凝土喷射机，以压缩空气为动力沿着管路压送到喷嘴处与水混合后，以较高的速度(30120ms)喷射在围岩表面上、凝结硬化而成的一种支护形式。,山东科技大学资源与环境工程学院,35,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,（1）工艺流程喷射混凝土的工艺流程见图424所示。先将砂、石过筛，按配比和水泥一同送入搅拌机内搅拌，然后用矿车将混合料运送到工作地点。经上料机进入压缩空气为动力的喷射机，再经输料管、异颈葫芦管到喷头处与水混合，喷向围岩表面，使水泥颗粒受到重复碰撞冲击，混凝土喷层得到连续冲实和压密，具有良好的物理力学性能。,图424喷射混凝土的工艺流程图1石子；2砂子；3筛子；4磅秤；5搅拌机；6水泥；7筛子；8运料小车；9料盘；10上料机；11喷射机；12异颈葫芦管；13喷头；14水箱；15风包；16电源,山东科技大学资源与环境工程学院,36,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,（2）混凝土喷射机混凝土喷射机种类较多，按其喷射工艺可分为干式和湿式两大类。从构造原理来看，又可分为双罐式、转体式和湿喷机等。双罐式喷射机双罐式混凝土喷射机主要有WG25和冶建65型。WG25型喷射机的构造如图425所示。它由罐体、拨料机构、气控管路、车架和喷头等组成。,图425WG25型混凝土喷射机图1装料斗；2上钟形阀；3上罐；4下钟形阀；5下罐；6油水分离器；7电动机；8输料盘；9蜗杆；10喷头；11输料管；12车架；13下钟形阀手把；14排气阀；15上钟形阀手把,山东科技大学资源与环境工程学院,37,第三节水平及倾斜巷道的掘进与支护,转子式型混凝土喷射机转子式型混凝土喷射机有一个带若干圆筒形料孔的给料旋转体，由电动机带动不断旋转，与旋转体同转动的搅拌器拨动干拌合料，不断地由上部料仓定量地漏入旋转体的圆形料孔中。当该料孔旋转至出料管处时，恰好有对准料孔的压缩空气进入，把干料送至喷头，形成连续不断的喷射作业。这种喷射机结构紧凑，体积较小，操作简单，启动后能自行连续运转，生产能力较高。湿式混凝土喷射机针对干喷存在的缺点及粉尘对作业人员的危害，我国研制了湿式喷射机，主要有5l型、冶建76型和HLF3型等。,山东科技大学资源与环境工程学院,38,第四节立井开凿与延深,一、立井掘进立井施工主要包括立井掘进、永久支护、井筒装备安装等三项工作。立井掘进又包括表土掘进施工和基岩掘进施工。立井施工的特点是工作面狭小，施工设备多，工作安全条件差，施工组织复杂。1、立井表土段施工根据土粒结构性质，水、土共同作用和稳定性把表土分为两大类：稳定表土层：包括粘性土、无水的多孔性土以及无水或含水不大的卵石、砾石等；不稳定的表土层：包括含水的砂土、淤泥，含饱和水的粘土以及浸水的多孔性土等。（1）立井稳定表土施工程序表土施工程序与选用的提升方式有关。其基本程序是先架设临时锁口，后安装提升设备。,安设临时锁口井筒中心定位后，向下掘23m，安装临时锁口。临时锁口是由井颈上部临时井壁和锁口框架组成（图426）。它的作用是固定井位、封闭井口、安装井盖和吊挂掘进用支架。,山东科技大学资源与环境工程学院,39,第四节立井开凿与延深,426钢结构临时锁口框图1钢轨或工字钢；2井圈；3U形卡子；4挂钩；5背板,提升方式的选择在表土施工中，一般采用标准凿井井架及有关设备构成提升系统。但有时因表土层的抗压强度低，同时考虑到施工时可能出现地面沉陷，往往先采用简易提升方式（图427），然后再改用标准凿井井架。,图427临时井架图1槽钢；2工字钢；3连接钢板；4钢管；5开式索具螺旋口；6锚桩；7天轮；8连接板,山东科技大学资源与环境工程学院,40,第四节立井开凿与延深,2）表土施工方法普通施工方法普通施工方法适用于无水或涌水量小于10m3h的粘土层或砂质粘土层、无水的黄土层。井筒全断面向下挖掘，并随即锚喷或架设井圈背板(图428)。,施工段高要结合土层性质、施工程序、提升方式和井颈结构等因素综合考虑。在不受水影响的稳定粘土层或大孔性土层中，段高可以加大至2040m。对于松软土层，应采用小段高掘进，不用临时支护。段高一般为1m左右。,图428表土施工的挖土方式图a阶梯式环挖法；b分块对称开挖法,山东科技大学资源与环境工程学院,41,第四节立井开凿与延深,吊挂井壁施工法表土层在浸水后稳定性变差或松软。为了确保施工安全，可以采用吊挂井壁法施工。它的特点是段高小，随掘随砌，井壁内设有竖向钢筋，各分段井壁的自重主要靠上部井壁通过吊挂钢筋来承担。图429为吊挂井壁施工法示意图。,这种施工方法需用的设备简单，工序方便和安全。但消耗钢材较多，井壁接茬也多，封水效果差，施工速度慢。,图429吊挂井壁施工法图1接茬板；2井圈；3金属模板；4钢筋棒；5吊挂钢筋；6托盘,山东科技大学资源与环境工程学院,42,第四节立井开凿与延深,（3）不稳定表土施工在通过流砂、淤泥等不稳定土层时，土层被揭露立即随水流动，发生涌砂冒泥现象。为此，必须采取特殊施工方法才能通过，这种施工方法称为特殊施工法。沉井法沉井法是在土层开挖前，先在井筒设计位置，把预先制好的一段约67m长的整体井壁，靠自重局部沉入土中。然后在它的掩护下由人工边掘进边下沉，井壁随下沉而相应接高。这种沉井方法，通常称为普通沉井法（图430）。由于沉井井壁与井帮的摩擦阻力影响，下沉深度受到限制，一般情况下只能下沉2030m。,图430普通沉井法示意图1吊挂天轮；2提升天轮；3简易龙门架；4井口工作盘；5木垛；6提升吊桶；7水泵；8沉井；9超前小井,山东科技大学资源与环境工程学院,43,第四节立井开凿与延深,帷幕法帷幕法就是预先在设计井筒周围形成一个封闭圆筒状、深度穿过含水不稳定地层、进入稳定基岩的混凝土帷幕，从而可以在其保护下安全地进行井筒掘砌作业。一般情况下，沿井筒圆周划分二至三段圆弧，依次在各圆弧段内向下钻孔，并连通形成槽孔。然后在槽孔内灌注混凝土，各段槽孔内混凝土互相嵌接起来，形成需要的混凝土帷幕。帷幕法是我国独创的特殊施工方法，其优点是能适应各种复杂地层，井筒进入基岩牢固可靠，施工准备期短，机具简单，不需大型施工设备。,山东科技大学资源与环境工程学院,44,第四节立井开凿与延深,冻结法冻结法的实质是在井筒掘进之前，先从地面在井筒掘进直径外圆的周边上钻一圈冻结孔，然后在孔内安装冻结管进行冻结，使冻结孔周围逐渐形成冻土圆柱。各冻结的土圆柱逐渐扩大，互相交汇形成封闭的圆筒冻结壁，隔绝地下水联系。然后在冻结壁的保护下进行掘砌工作。待井筒通过含水层达到预计深度后，便可撤除、回收冻结管，并充填空孔，让冻土自然解冻。冻结法凿井在理论上和施工技术上比较成熟，基本上不受深度限制，实践证明它是一种行之有效的特殊凿井方法。冻结法凿井的缺点主要是准备时间长，需用设备多，成本高等。,钻井法钻井法是用钻头破碎岩石，用泥浆洗井排碴和护壁，待井筒钻至设计直径和深度以后，在泥浆中下沉预制井壁的机械化凿井方法。钻进时钻头的一部分重量加在刀具上，使刀具压入岩石，通过钻杆带动钻头旋转破碎岩石。钻头破碎下来的岩碴，由泥浆冲至吸收口吸入，经钻杆、水龙头、排浆管送到地面沉淀池。,山东科技大学资源与环境工程学院,45,第四节立井开凿与延深,在井筒钻至设计直径和深度后，一般是将预制好的井壁在井口随下沉随接长（图431）。井壁沉到设计深度后，及时进行壁后充填，最后把井筒内的水排净。,图431