井筒永久装备的安装工作与掘砌作业同时施工时称为一次成井。根据掘砌安三项作业安排顺序的不同，有三种不同形式的一次成井施工方案，即掘砌安顺序作业一次成井，掘砌掘安平行作业一次成井和掘砌安三行作业一次成井

随着立井施工设备和施工技术的发展，立井施工速度快速提升，对井筒空间的利用也越来越高。掘砌安一次成井这种作业方式很少使用

5）立井井筒施工作业方式的选择

（1）立即井筒施工作业方式的选择，不仅影响到凿井设备的数量，劳动力的多少，对施工单位的管理需求，而且在于能否最合理的利用立井井筒的有效作业空间和作业时间，充分发挥各种凿井设备的潜力，获得最优的效果。因此，历经施工方案的选择，具有特别重要的意义

（2）在选择立井井筒施工作业方式时，应综合分析和考虑井筒穿过岩层性质，涌水量的大小和井壁支护结构；井筒直径和基岩部分的深度；可能采用的施工工艺及技术装备条件，施工队伍的操作技术水平和施工管理水平

（3）各种施工作业方式都是随着凿井技术不断发展而形成，并且逐步完善的。任何一种施工作业方式都受多方面因素影响，具有一定的适用范围和条件，选择施工方式首先要求安全可行，技术先进，有利于采用新型凿井装备，不仅能获得单月最高纪录，更重要的是能取得较高的综合成井速度，并应有明显的经济效益

（4）在确定施工方式时，除了注意凿井工艺和机械化配套，要与井筒直径、深度相适应外，要特别重视井筒涌水对施工的影响，如井筒淋水较大，多数达不到施工方式要求的预期效果。另外，为了充分发挥各种方案的优越性，必须提高施工队伍的操作技术水平和技术管理水平

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（5）掘砌单行作业的最大优点是工序单一，设备简单，管理方便。当井筒涌水量小于40立方每小时，任何工程地质条件均可使用，特别是当井筒深度小于400米，施工管理技术水平薄弱，凿井设备不足，无论井筒直径大小，应首先考虑采用掘砌单行作业

（6）短段掘砌单行作业。除上述优点（工序单一，设备简单，管理方便）外，还取消了临时支护，简化了施工工艺，节省了临时支护材料，围岩能及时封闭，可改善作业条件，保证了施工操作安全。此外，它省略了长段单行作业中掘砌转换时间，减去了集中排水，清理井底落灰以及吊盘、管路反复起落，接拆所消耗的辅助工时。因此，当井筒施工采用单行作业时，应首先考虑采用这种施工方式

（7）掘砌平行作业是在有限的井筒空间内上下立体交叉，同时进行掘砌作业。空间时间利用率高，成井速度快，但井上井下人员多，安全工作要求高，施工管理较复杂，凿井设备布置难度大。因此，当井筒穿过基岩深度大于400米，井筒净径大于六米，围岩稳定，井筒涌水量小于20立方米每小时，施工装备和施工技术力量较强时，可以采用平行作业

（8）掘砌混合作业是在短段掘砌单行作业的基础上发展而来的，某些施工特点都与短段单行作业基本相同。它所采用的机械化配套方案也大同小异，但是混合作业加大了模板高度，采用金属整体伸缩式模板，使得在进行混凝土浇筑的时候可以进行部分出矸工作，实际施工中装岩出矸与浇筑混凝土部分平行作业，两个工作要配合好，只有这样才能实现混合作业的目的，达到利用部分支护时间进行装渣出矸，节约工时而提高成井速度。该作业方式目前应用较为广泛

2.立井施工设备及其机械化配套

1）立井施工机械化作业线配套设备设计原则

我国立井井筒的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，主要根据井筒条件，设备条件和综合经济效益等方面进行考虑。立井施工机械化作业线及其配套设备在设计时，应遵循以下原则：

（1）应根据工程的条件，施工队伍的素质和已具有设备条件等因素进行综合考虑，最后选定配套类型

（2）各设备之间的能力要匹配，主要应保证提升能力与装岩能力、一次爆破矸石量与装岩能力，地面排矸与提升能力、支护能力与掘进能力和辅助设备与掘砌能力的匹配

（3）配套方式应与作业方式相适应，例如采用立井快速施工机械化作业线时，一般采用短段单行作业或混合作业，若采用长段单行作业，则凿井设备升降拆装、频繁，设备能力受到很大的影响

（4）配套方式应与设备技术性能相适应，选用寿命长，性能可靠的设备

（5）配套方式应与施工队伍的素质相适应，培训能熟练使用和维护机械设备的队伍，保证作业线正常运行

（6）配套方式应尽可能先进合理，以充分改善工人劳动环境，降低劳动强度，确保施工安全，提高劳动效率

（7）配套方式设计时，在可能的情况下，应适当加大提升能力，提高系统的可靠性

2）立井井筒施工机械化作业线配套方案

目前，立井井筒施工机械化作业线的配套方案主要有综合设备机械化作业线和普通设备机械化作业线两种

（1）综合设备机械化作业线

综合设备机械化作业线及其配套设备内容，见表6.2-1。这种配套方式是设备能力相互匹配，工艺也较合理，可以满足大型井筒快速施工的要求

根据现有设备、需要的提升能力、井筒深度、井筒直径综合考虑选择。井筒直径5.5米以下，宜选择一套提升；5.5到9米，易选择两套提升；超过九米，宜选择2到3套提升；改绞井筒，至少选择一台双滚筒提升机

综合设备机械化作业线及其设备配套方案，适应于井筒直径5到10米，井筒深度一千米的凿井工程。方案中多数配套设备都可满足一千米以上的井筒的施工条件，部分可满足井筒深度1500米的施工条件。设备能力、施工技术及辅助作业等相互都很协调，配套性能较好，装备水平与国际水平接近。在今后的深井工程中，我们很好的发展和使用前景

（2）普通设备机械化作业线

普通设备机械化作业线是以手持凿岩机、长绳悬吊式抓烟机为主要设备组成的作业线，特点是设备便携，生产能力低，人力操纵为主，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。我国在一些大直径深井工程中选用斗容量0.6立方米长绳悬吊式抓岩机，配用多台手持式凿岩机，段高3到5米，液压金属整体活动模板，采用短段单行作业或混合作业，先后曾创造立井月进100米上的成绩

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普通设备机械化作业线主要特点是作业灵活可靠，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，生产能力弱，安全工作要求高，这种设备配套方案由于具有设备轻便，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，目前仍在不少立井工程中采用

立井井筒施工机械化作业线的配套方案与井筒的工程条件密切相关，工程条件如果发生变化，可能会导致需要重新进行施工装备的计算及选型，特别是当井筒深度加深时，提升悬吊相关设备需要重新进行选型。这种情况的工程变更不仅会产生工程量增加的费用，还会产生施工设备需要完善的费用以及井筒深度加深，导致施工难度加大，需要增加的费用等。

6.2.3 立井井筒掘进机施工方法及其应用

立井井筒掘进机施工方法，以传统立井基岩钻眼爆破施工技术为基础，融合隧道掘进机技术，初步形成了系列化的立井井筒掘进机施工技术装备。基于排渣方式的不同，目前主要由上排渣立井掘进机施工方法和下排查立井掘进机施工方法

立井掘进机施工方法的优势主要体现在：

（1）机械化程度高，降低了人员的劳动强度。采用立井掘进机技术及工法开展机械化开挖立井井筒，改善了人员作业环境，大大降低人员作业强度

（2）地面远程作业提高人员安全性。设备采用地面远程控制作业，非必要不下井。掘进期间，井下无人作业。从根本上保证了人的生命安全

（3）效率高，施工速度快。改变传统立井施工法，钻眼、装药、爆破、通风、出渣、井壁支护等顺序作业的施工工序，为掘进机截割、出渣、井壁支护平行作业，速度得到显着提高

（4）减少围岩扰动，避免围岩破坏。采用立井掘进技机技术施工工艺对围岩的扰动破坏几乎为零，避免了常规爆破施工对围岩的破坏，可对初期支护进行优化，大大降低立井支护的施工费用和工期成本

1.上排渣立井掘进机施工方法

1）吊桶提升上排渣立井掘进机系统组成

上排渣立井掘进机施工作业时，地面布置凿井井架、提升机、凿井绞车等组成地面提升和稳绞系统，井下布置掘进机主机和后配套系统，掘进机主机完成掘进、出渣、支护等工作，后配套系统完成提升、出渣、通风、供水、供电等工作，地面配套设备，还包括混凝土搅拌站、空压机房、通风机、蓄水池、污水池等设施

（1）破岩系统

立井掘进机主机采用盘形滚刀进行破岩，滚刀按照一定的规律布置，在掘进机刀盘上通过滚刀的挤压，剪切和刮削作用，使岩体发生破碎。针对不同的岩体，通常采用不同齿形结构的滚刀。主机驱动系统，控制掘进方向，采用撑靴推进系统，撑紧井壁，产生的摩擦力，提供推进反力。掘进行程结束后撑靴换步进行下一循环掘进作业

（2）出渣系统

立井掘进机出渣系统，共包括刀盘刮渣装置、垂直提升装置和吊桶提升系统三大部分接力共同完成岩渣的出井工作。出渣装置根据地层不同可更换不同的刮渣板、刮斗，适应不同渣土的清运需求

（3）支护系统

立井掘进机井壁支护系统一般根据实际工程条件进行独立设计，以满足现浇、锚网喷等多种支护形式的井壁施工要求，该种类型掘进机也称为SBM全断面立井掘进机。如果采用预制管片地面拼装支护结构，通过控制拼装结构的精准下沉作为井筒支护，这一类型的掘进机，称为CJM沉井法立井掘进机

（4）导向系统

立井掘进机导向系统采用传统立井测井技术，并结合现代电子传感技术构成。在井筒中心布置一套垂线装置，为井筒中心各设备的标定校准提供基准参考。同时，在设备中心设置激光靶，在设备撑靴平台设置倾角仪，利用倾角仪测得掘进方向两个轴上的偏转角度，通过两束激光发射器、激光耙，采用图像定位法算法得出旋转角，最终达到设备导向的目的

（5）纠偏系统

立井掘进机整机设计由稳定器和撑靴推进系统，稳定器的伸缩油缸和推进油缸均可分区独立控制。当掘进主机相对井筒轴线发生倾斜时，通过控制不同区域的油缸油压使油缸产生位移行程差，不断调整主机姿态，最终使主机轴线回正。当掘进主机圆周滚转时，使稳定器和撑靴脱离井壁反转主机回正即可

2）吊桶提升上排渣立井掘进机钻井施工作业

（1）始发工作井施工

根据立井掘进机施工原理，可采用分体始发掘进作业。设备最小的始发井深度应保证撑靴可以入井，待主机始发掘进一定深度后，组装地面提升悬吊系统，钢丝绳与吊盘后配套连接，形成一套完整的开挖、出渣系统，进行后续的立井掘进施工

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为便于设备始发，井口需提前进行锁口施工，始发井深度应超过设备撑靴高度，始发井内径应大于井筒设计净直径200毫米以上，满足主机组装的需要。始发井结合井筒锁口施工，采用大型挖掘机、破碎锤等设备进行开挖，长臂挖掘机出渣

（2）掘进机组装

立井掘进机组装主要分为两部分，掘进主机组装和吊盘后配套组装。掘进主机，采用由下至上的组装顺序在井下完成组装工作。掘进主机完成组装后进行管线连接，进入设备调试阶段。吊盘后配套采用分层法逐步安装每一层平台，同时布置该层设备。组装完成后，连接电缆、稳绳、风水管线等

（3）掘进机调试

立井掘进机调试主要分为组装确认、供电调试、控制调试、液压调试、功能调试五大步骤，以保证设备运行正常，状态良好

（4）井筒掘进施工

设备调试完成后，复测井筒中心及设备中心进行始发掘进。由于井筒直径大于刀盘开挖直径，在掘砌前期适当加大撑靴及稳定器撑紧力，保证刀盘开挖过程不发生偏斜。进行始发掘进时采用小贯入度、小推进速度缓慢掘进，待设备撑靴进入井筒稳定地层后，及时调整掘进参数，恢复正常掘进

立井掘进机掘进施工主要工序包括掘进出渣、井壁支护、换步作业、管线延伸、姿态调整等

掘进出渣：掘进出渣工序操作位于地面主控室内，掘进时撑紧撑靴，撑紧稳定器，启动斗式提升机、刮板输送机之后启动刀盘，准备掘进施工。掘进施工需要根据地层寻找匹配的转速及贯入度。支护每次的段高为1.5米，设备每一米换步一次，每3米掘进支护两次，水管、风管每六米延伸一次

井壁支护：井壁支护与掘进主机相互独立，支护作业区域位于吊盘后配套系统，不受掘进主机的影响。根据地层情况及井筒特征，可灵活采用锚网喷支护或模板浇筑支护

换步作业：换步时需要增加稳定器的撑紧力，同时刀盘停转，待设备停止运行后收回撑靴，撑紧油缸之后收回推进缸，将撑靴下移完成换步，重新撑紧撑靴，确认撑紧后降低稳定器撑紧力，检测设备姿态后重新启动刀盘，进行下一循环掘进。

管线延伸：每掘进六米后，对管线进行延伸，需要延长的管线有风筒、供水管、排水管

姿态调整：采取掘进自动导向系统和人工测量相辅的方式进行立井掘进机姿态监测

（5）掘进机拆卸及出井

施工完成后，设备需要进行井下拆解，提升出井。根据设备在井内的上下顺序进行，首先拆解提升吊盘出井，然后是掘进主机

2.下排渣立井掘进机系统组成