矿业工程管理与实务全国一级建造师执业资格考试用书编写委员会编写

6.2立井井筒基岩施工

6.2.1 立井井筒基岩钻眼爆破法施工工艺

立井井筒基岩施工，是指在表土层或风化岩层以下的井筒施工，目前主要以钻眼爆破法施工为主。钻岩爆破法施工的主要内容包括工作面钻眼爆破工作、装岩与提升工作、井筒支护工作以及通风、排水、测量等辅助工作

1.钻眼爆破工作

在立井基岩掘进中，钻眼爆破工作这一项主要工序，约占整个掘进循环时间的百分之20到30%，钻眼爆破的效果直接影响其他工序及井筒施工速度和工程成本，必须予以足够的重视。

立井基岩掘进宜采用伞钻钻研（井筒直径小于五米时，可采用手持风动凿岩机），超大直径井筒可采用双联伞钻。手持钻机钻眼深度以1.5到2米为宜，伞钻钻眼深度一般为3到5米，用伞钻打眼具有机械化度高，劳动强度低，钻眼速度快和工作安全等优点

爆破工作包括爆破器材的选择，确定爆破参数和编制爆破图表

1）爆破器材

在立井施工中，工作面常有积水要求，采用抗水炸药，易采用高威力防水性能好的煤矿许用水胶炸药、乳化炸药等。起爆器材通常采用国产秒延期电雷管、毫秒延期电雷管和导爆索在有瓦斯或煤尘爆炸危险的井筒内进行爆破，或者是井筒穿过煤层进行爆破时，必须采用煤矿安全炸药和延期时间不超过130毫秒的毫秒延期电雷管。

爆破电源多采用交流电源或专用起爆器，采用交流电源时，其电压不得超过380伏

2）爆破参数

爆破参数包括炮眼深度、炮眼数目、炸药消耗量等。炮眼深度一般根据岩石性质，凿岩爆破器材的性能以及合理的循环组织确定。通常情况下，短段掘砌混合作业的炮眼深度因为3.5到5米，单行作业或平行作业的炮眼深度可2到4.5米或更深，浅眼多循环作业的炮眼深度意为1.2到2米，炮眼数目和炸药消耗量与岩石性质，井筒断面大小和炸药性能等因素有关。合理的炮眼数目和炸药消耗量应该是在保证最优爆破效果下爆破器材消耗量最少。立井井筒基岩段实施光面爆破时，周边眼的眼间距应控制在0.4到0.6米，其单位长度的装药量以二号岩石硝铵炸药为标准，岩石单轴饱和抗压强度小于30兆帕，时宜为110到165克每米，30到60兆帕时宜位165到220克每米，大于60兆帕时宜为220到330克每米，采用其他炸药需要根据猛度和暴力进行换算。

3）爆破图表

立井施工爆破作业，必须按照光面爆破要求进行爆破设计，并编制爆破图表。爆破图表的内容包括爆破原始条件、爆破参数、炮眼布置图及预期爆破效果。

2.装岩与提升工作

在立井施工中，装岩提升工作是最费工时的工作，约占整个掘进工作循环时间的百分之50到60%，是决定背景施工速度的关键工作

1）装岩工作

立井施工普遍采用抓岩机装岩，实现了装岩机械化。

我国生产的抓岩机有：NZQ2—0.11型抓岩机、长绳吊式抓岩机（HS型）、中心回转式抓岩机（HZ型）、环行轨道式抓岩机（HH型）和靠壁式抓岩机（HK型）。目前以中心回转式抓岩机装岩应用最为普遍。

立井井筒施工宜选用中心回转式抓岩机。条件受限时，可选用长绳吊悬吊式抓岩机，净直径大于6.5米的井筒宜装备两台抓岩机，也可配备小型防爆挖掘机配合进行装岩和清底。

中心回转式抓岩机固定在吊盘的下层盘或稳绳盘上，抓岩的固定应可靠，并需要设置专用保险绳，吊盘或稳绳盘的固定装置与井壁之间应支撑牢固。长绳悬吊式抓岩机宜采用专用凿井绞车悬吊，并靠近井筒中心布置悬吊绞车应设闭锁装置。

2）提升工作

立井井筒施工时，提升工作的主要任务是及时排除井筒工作面的矸石，下放器材和设备，提放作业人员。提升系统一般由提升容器、钩头联结装置，提升钢丝绳、天轮、提升机以及提升所必需的导向稳绳和滑架组成。根据井筒断面的大小，可以设1到3套单钩提升或一套单钩一套双钩提升。

3）排矸工作

立井井筒施工时，井下矸石通过吊桶提升到地面井架上翻矸台后，通过翻矸装置将矸石卸出，矸石通过溜矸槽或矸石仓卸入汽车或矿车，然后运往排矸场地。汽车排矸机动、灵活，排矸能力大，速度快。在井筒施工初期，多采用这种方式，矸石可运往工业广场进行平整场地。矿车排矸简单、方便，主要用于井筒施工的后期，矸石可直接运往矸石山。

3.井筒支护工作

井筒向下掘进一定深度后应及时进行井筒的支护工作，以支撑地压、固定井筒装备、封堵涌水以及防止岩石分化破坏等。根据岩石的条件和井筒掘砌的方法，可掘进1到2个循环及进行永久支护工作，也可往下掘进一定深度后再进行永久支护工作，这时为保证掘进工作的安全，必须及时进行临时支护。

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1）临时支护

井筒施工中，若采用短段作业，因围岩暴露高度不大，暴露时间不长，在进行永久支护之前，不会片帮，这时可不采用临时支护。一般情况下，为确保工作安全，都需要进行临时支护。在井筒基岩段施工时，采用铆喷支护作为临时支护具有很大的优越性，现已被广泛采用。

井筒施工是否需要进行临时支护根据井筒周围岩层的稳定性确定，对于一类岩层不支护段的高度，可由施工单位确定。对二三类岩层不宜超过四米，当高度超过两米，并有危岩时，应采取安设锚杆或锚网等防片帮措施。对四五类岩层不宜超过两米

井筒穿过煤层或构造破碎带时，可采用井圈背板等临时支护

2）永久支护

立井井筒永久支护，是井筒施工中的一个重要工序。根据所用材料不同立井井筒永久支护有料石井壁、混凝土井壁、钢筋混凝土井壁和锚喷支护井壁。砌筑料石井壁劳动强度大，不易实现机械化施工。而且井壁的整体性和封水性都很差。目前，多数井筒采用整体混凝土井壁

浇筑井壁的混凝土，其配合比必须经有有资质的单位试验确定，其强度必须由现场预留试块进行试压确认。在地面混凝土搅拌站拌制好的混凝土经溜灰管或底卸式吊桶输送到井下，注入模板内。向井下输送混凝土时，必须制定安全技术措施。混凝土强度等级大于c40或者输送深度大于400米时，不得采用溜灰管输送。

浇筑混凝土井壁的模板有多种，采用长段掘砌单行作业和平行作业时，多采用液压滑升模板或装配式金属模板，采用短段掘砌混合作业时，多采用金属整体活动模板。目前，短段掘砌混合作业方式配套金属整体活动模板，在立井施工中应用广泛。金属整体活动模板的高度一般根据围岩的稳定性和施工段高来决定，稳定岩层中可达3到4.5米

在我国，部分矿井井筒采用锚喷支护作为井筒永久支护，特别是在无提升设备的井筒中，采用锚喷支护作为永久支护，可使施工大为简化，施工机械化程度也大为提高，并且减少了井筒掘进工程量。

4.立井施工其他工作

1）通风工作

井筒施工中，工作面必须不断的通入新鲜空气，以清洗和冲淡岩石中和爆破时产生的有害气体，保证工作人员的身体健康。立井掘进的通风，是由设置在地面的通风机和井内的风筒完成的，可采用压入式，抽出式或抽出辅以压入式通风

2）井筒涌水的处理

井筒施工中，井内一般都有较大涌水，通常可以采用注浆堵水，导水与截水、钻孔泄水和井筒排水等方法进行处理

井筒涌水的治理方法必须根据含水层的位置、厚度、涌水量大小、岩层裂隙及方向、井筒施工条件等因素来确定。合理的井内治水方法，应满足效果好，费用低，对井筒施工工期影响小，设备少，技术简单，安全可靠等要求

3）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与供水，通常由吊挂在井内的压风管和供水管输送到工作面

4）其他工作

立井施工时的其他工作，还有井下供电、照明、通信与信号的设置、测量及布置安全梯等

6.2.2 立井施工作业方式及其机械化配套方案

1.立井井筒钻眼爆破施工作业方式

立井井筒钻眼爆破施工根据掘进、砌壁和安装三大工序，在时间和空间的不同安装方式可分为掘砌单行作业，掘砌平行作业，掘砌混合作业和掘砌安一次成井

1）掘砌单行作业

立井井筒掘进时，将井筒划分为若干段高，自上而下逐段施工，在同一段高内按照掘砌交替顺序作业，称为单行作业。由于掘砌段高不同，单行作业又分为长段单行和短段单行作业

井筒掘进段高，是根据井筒穿过岩层的性质，涌水量大小，临时支护形式，井筒施工速度以及施工工艺来确定。段高的大小，直接关系到施工速度，井壁质量和施工安全。由于影响段高的因素很多，必须根据施工条件全面分析，综合考虑，合理确定

（1）长段单行作业

长段单行作业是在规定的段高内，先自上而下掘进井筒，同时进行临时支护，待掘制设计的井段高度时，即由下而上砌筑永久井壁，直至完成全部井筒工程

采用挂圈背板临时支护时，段高一般以30到40米为宜，最大不应超过60米，支护时间不得超过一个月。目前，在井筒基岩段施工中，由于挂圈背板临时支护材料消耗大，经济效益不明显，安全可靠性也相对较低，已很少采用

采用锚喷临时支护时，由于井帮围岩得到及时封闭，消除了岩帮风化和出现危岩垮帮等安全隐患，可采用较大段高。现场为了便于成本核算和施工管理，往往按月成井速度来确定段高。锚喷临时支护的结构和参数，应视井筒岩性区别对待

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长段单行作业的缺点是需要进行临时支护，增加施工成本和工期；优点是可以较好的保证井筒施工质量，减少混凝土接槎缝。这种作业方式一般在煤矿立井井深施工中不常见，多用在金属矿山岩石条件较好的立井施工和煤矿的立井壁座施工中

（2）短段掘砌单行作业

短段掘砌单行作业是在2到5米应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。为便于下一循环的打眼工作，爆破后矸石暂不全部清除，砌壁时立模、稳模和浇筑混凝土都在浮矸上进行

短段掘砌单行作业的优点是不需要临时支护，降低成本和工期；缺点是井壁的混凝土接槎缝比较多。但是随着井壁混凝土浇筑技术的提高，接槎缝的质量大大提高，而且一般在井筒施工完毕后进行壁后注浆封水，短段掘砌单行作业的缺点基本得到克服，该作业方式成为目前最常见的立井施工作业方式

（3）短掘短喷单行作业

短掘短喷单行作业与短段掘砌单行作业基本相同，只是用喷射混凝土代替现浇混凝土井壁，喷射混凝土段高一般为两米左右。该种作业方式在煤矿立井井筒中比较少见，一般多用在金属矿山岩石条件比较好的立井施工中

2）掘砌平行作业

掘砌平行作业也有长段平行作业和短段平行作业之分

长段掘砌平行作业是在工作面进行掘进作业和临时支护，而上段则由吊盘自下而上进行砌壁作业

短断掘砌平行作业，掘砌工作都是自上而下，并同时进行施工。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，逐段浇筑混凝土。每浇筑完一段井壁，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，即可进行下一段的混凝土浇筑工作

长段平行作业和短段平行作业这两种方式的缺点都是必须进行临时支护，而且上下立体作业导致安全可靠性较低，砌壁和掘进相互影响，相比发展较快的短段掘砌单行作业来说，其优势已经没有。目前长段平行作业和短段平行作业已经很少使用

3）掘砌混合作业

立井井筒掘砌工序在时间上有部分平行时称混合作业。既不同于单行作业掘砌顺序完成，也不同于平行作业掘砌平行进行

混合作业是随着凿井技术的发展而产生，这种作业方式区别于短段单行作业，对于短段单行作业掘砌工序顺序进行，而混合作业是在向模板浇筑混凝土达一米高左右时再继续浇筑混凝土的同时即可装岩出渣，待井壁浇筑完成后作业面上的掘进工作又转为单独进行，依此往复循环

这种作业方式的优点是在井壁浇筑混凝土的时候，有平行作业的出渣工序，节省工期。但是这种作业方式的前提是采用溜灰管输送混凝土，或者是两套提升系统，一套提升系统输送混凝土，一套出渣，其缺点是劳动组织相对复杂，需要较高的施工管理水平，一般用在直径超过6.5米的井筒中，在冻结表土段施工中，也经常使用

4）掘砌安一次成井