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6.2.8 立井施工防治水方法及应用

1.注浆堵水

注浆堵水就是用注浆泵经注浆孔，将浆液注入含水岩层内，使之充满岩层的裂隙，并凝结硬化，堵住地下水流向井筒的通路，达到减少井筒用水量和避免渗水的目的。注浆堵水有两种方法，一种是为了干打井，而在井筒掘进前向围岩含层注浆堵水。这种注浆方法称为预注浆，另一种是为了封住井壁渗水。而在井筒崛起完成后，向含水层段的井壁注浆。这种注浆方法称为壁后注浆。

立井施工采用注浆堵水的，基本原理，施工工艺和适用条件详见本书6.1.4立井井筒注浆施工法

2.井筒排水

吊桶排水是用风动潜水泵将水排入吊桶或排入装满矸石吊桶的空隙内，用提升设备提到地面排出。吊桶排水能力与吊桶容积和每小时提升次数有关，井筒工作面涌水量不超过十立方米每小时时，采用吊桶排水较为合适

2）吊泵排水

吊泵排水是利用悬吊在井筒内的吊泵和排水管路，将工作面积水直接排到地面或排到中间泵房内，利用吊泵排水井筒工作面涌水量以不超过40立方米每小时为宜，否则井筒内就需要设多台吊泵同时工作。占据井筒较大的空间，对井筒施工十分不利

吊泵排水时还可以与风动潜水泵进行配套排水，也就是用潜水泵将水从工作面排到吊盘上水箱内，然后用吊泵再将水箱内的水排到地面

当井筒深度超过水泵扬程时，就需要设中间泵房进行多段排水，用吊泵将工作面积水排到中间泵房，用中间泵房的卧泵排到地面

3）卧泵排水

卧泵排水是吊盘上设置水箱和卧泵。工作面，涌水用风动潜水泵排入吊盘水箱，经过除砂装置后，用卧泵和吊挂在井内的排水管路排到地面。卧泵排水的优点是不占用井筒空间，卧泵故障率低，易于维护，可靠性好，流量大，扬程大，适应性更广

3.截水和泄水

为了减少工作面的积水，改善施工条件和保证井壁质量，应将工作面上方的井帮淋水截住，并导入中间泵房或水箱内。截住井帮淋水的方法可在含水层下面设置截水槽，将淋水截住，导入水箱内，再由卧泵排到地面。若井筒开挖前已有巷道预先通往井筒底部，而且井底水平已构成排水系统，这时可采用钻孔泄水，可为井筒的顺利施工创造条件。

6.2.9 立井施工设备和设施的选用与布置

1.立井施工主要设备及选用

立井井筒掘进中的施工设备，包括钻眼设备、装岩设备、提升与悬吊设备、支护设备和相关辅助设备等

1）钻眼设备

对于钻眼设备一般采用手持凿岩机或伞形钻架配导轨钻机，手持凿岩机打眼速度慢，劳动强度大，眼孔质量较难掌握，特别在硬岩中打深眼更为困难，故它只适用于断面较小、岩石强度不高的浅眼施工，难以满足深孔爆破和快速施工的需要。伞形钻架配导轨钻机的机械化程度高，转速快，一次行程大，伞架的架设、收拢和提放等工序均要占一定的工时，但钻眼工序的总时间较短，对深孔爆破尤为适用，是目前普遍采用的凿岩方式。目前常用的伞形钻架有4臂6臂和9臂风动或液压型伞钻，钻眼深度3到5米，通常井筒内选用一台即可满足要求。但对于大断面立井井筒需要选用两台组成双联散钻，方能满足施工要求。伞钻在工作面使用期间必须设置保险绳。

2）装岩设备

立井井筒掘进的装岩设备主要是抓岩机。常用的抓岩机，现有长绳悬吊式抓岩机、中心回转式抓岩机，环形轨道式抓岩机和靠壁式抓岩机等，他们一般都具有机械化程度高，生产能力大，动力单一，操作灵便，结构合理，运转可靠等优点。另外，抓岩机都是一次安装使用，无需每个循环上下起落和重新固定，因此辅助作业时间短，但是抓岩机通常清底效果较差，出矸时悬梁或臂杆旋转与提升吊桶运行易相互干扰

对于长绳悬吊式抓岩机，施工中工人的劳动强度较大，抓斗的灵活性较差；中心回转式抓岩机，安设在下层吊盘，安装使用都很方便，但需要设置悬吊保险钢丝绳，环形轨道式抓岩机由于其轨道的特殊性，使用中不如中心回转式抓岩机方便，而靠臂式抓岩机由于是固定在井壁上，要求围岩条件较好，因而一般适用冶金矿山立井井筒的掘进。目前，井筒掘进主要使用HZ型中心回转式抓岩机，并与FJD—6型伞钻和2到6立方米甚至更大一些吊桶配套使用。中心回转式抓岩机通常布置1到2台大断面井筒可布置三台

立井井筒掘进工作面装岩还选用小型挖掘机进行配套作业。为了提高立井井筒掘进工作面的装岩效率，加快吊桶的装岩速度，在工作面条件允许的情况下，可布置小型挖掘机进行辅助装岩。一方面，可以实现吊桶不摘钩，快速装岩。另一方面，可加快清底速度。小型挖掘机的挖斗容量通常为0.3立方米左右，一般布置一台。大断面井筒，可布置两台。井下钻眼爆破作业时，小型挖掘机一般提升到地面。

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3）提升与悬吊设备

立井井筒掘进的提升设备，主要是提升容器，提升机及其辅助设备，包括钩头、滑架、缓冲器、钢丝绳、提升天轮等。悬吊设备，主要是凿井绞车、钢丝绳和悬吊天轮

（1）提升容器

提升容器包含有矸石吊桶和底卸式混凝土下料吊桶等。目前，矸石吊桶主要采用座钩式矸石吊桶，容积2到8立方，以满足井口采用座钩式翻矸装置进行自动翻杆的需要。底卸式混凝土下料吊桶容积2到5立方，主要为满足井壁浇筑时混凝土的输送需要

提升容器的配套设备是钩头、滑架、缓冲器，钩头需要根据提升荷载大小进行选用，滑架根据吊桶的大小进行选用，缓冲器按缓冲方式要求选用

钢丝绳包括提升钢丝绳和悬吊钢丝绳。提升钢丝绳，按照提升荷载，提升工作要求及提升安全系数规定进行计算和选型。而悬吊钢丝绳，则按照悬吊工作荷载，悬吊工作要求及悬吊安全系数规定进行计算和选型，提升用钢丝绳宜选用多层异形股或多层股不旋转钢丝绳，专为升降物料的安全系数不应小于6.5，升降人员的安全系数不应小于9.0。升降人员和物料时，升降人员的安全系数应为9.0。升降物料的安全系数应为7.5。凿井悬吊设施用钢丝绳宜采用六股19丝或每股19丝以上的钢丝绳，稳绳易采用三角股钢丝绳或椭圆骨钢丝绳。双绳悬吊时应采用捻向相反的钢丝绳。悬吊吊盘、吊泵、抓岩机、罐道绳、防撞绳、排水管和安全梯的钢丝绳安全系数不应小于6.0，悬吊风筒、风管、注浆管、输料管、电缆、供水管、模板的钢丝绳安全系数不应小于5.0。

（2）提升机和凿井绞车

提升机根据提升方式、提升荷载及提升高度进行选择。单钩提升一般选用单滚筒提升机，双钩提升或后期需要改绞应选用双滚筒提升机。单钩提升时提升工作荷载应当小于提升机的最大静张力，双钩提升时提升工作荷载应当小于提升机的最大静张力差。提升高度应当满足最大提升高度的要求。

凿井绞车根据悬吊方式、悬吊荷载及悬吊高度进行选择。单绳悬吊一般选用单滚筒凿井绞车 。双绳悬吊，可选用双滚筒凿井绞车或两台单滚筒凿井绞车。多绳悬吊，需要保证凿井绞车的同步起降，需要设置同步起降控制装置。悬吊钢丝绳的工作荷载，不得大于凿井绞车的工作荷载。悬吊高度应当满足凿井绞车的最大容绳量要求，并且略有富余。

（3）提升天轮和悬吊天轮

提升天轮一般根据提升设备布置和提升钢丝绳的规格型号进行选择，提升天轮的直径应当大于60倍的钢丝绳直径、900倍的钢丝直径。对于悬吊天轮主要根据悬吊设备的布置和悬吊钢丝绳的规格型号进行选择，悬吊天轮的直径应当大于20倍的钢丝绳直径、300倍的钢丝直径。

4）支护设备

立体井筒主要采用整体现浇混凝土井壁结构，井壁施工一般在掘进后进行，现场浇筑，整体现浇混凝土井壁主要采用钢模板，钢模板结构形式，包括组合钢模板，整体钢模板和整体滑升钢模板

（1）组合钢模板

组合钢模板也称为金属拆卸式模板，由若干块弧形钢板装配而成，每块弧板四周焊以角钢，彼此用螺栓连接，这种模板一般在岩石堆上或吊盘上架设，自下而上逐圈浇筑混凝土，使用比较方便，但立模、拆模费工费时，模板刚度有时不足，也不利于机械化施工作业

（2）金属伸缩式活动模板

金属伸缩式活动模板属于整体钢模板，一般由2到3块组成，块与块之间设伸缩缝，最简单的可只设一个伸缩缝，立模和脱模可利用伸缩缝的撑开和收缩来进行。目前一般用液压脱模，模板刚度较大，高度可采用短段掘砌的段高，这种模板目前主要用井下工作面的混凝土井壁浇筑工作，应用效果好

（3）整体滑升钢模板

整体滑升模板包括模板、操作平台和提升机具三部分，组成主要用于井筒连续浇筑混凝土工作，一般用于立井表土段冻结法凿井的内壁砌筑或长段作业，连续浇筑混凝土工作。

立井井筒支护施工作业地面需要配置混凝土制作和输送相关设备，有条件情况下可利用商品混凝土。

5）相关辅助设备

（1）通风设备

立井井筒施工用通风设备主要是风机和风筒，风机一般选用轴流式通风机，布置在地面，风机的规格型号根据通风压力、通风量进行选择，风筒需要根据通风方式进行选择，压入式通风可选择刚性风筒，如玻璃钢风筒、铁风筒，也可选择柔性风筒，如胶皮风筒等，但如果采用抽出式通风只能选用刚性风筒。

（2）压风设备

立井井筒施工用压风设备主要是压风机，压风机通常布置在地面，可根据压风用量和压力大小选择压风机的型号和数量，压风的输送通常采用无缝钢管或高压聚乙烯管。

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（3）排水设备

立井井筒施工用排水设备主要是卧泵和吊泵，以及工作面的潜水泵，卧泵通常DC50系列，吊泵采用80DGL系列，由于吊泵排水的扬程受到制约，目前主要采用卧泵排水，可根据排水量和扬程进行选型。工作面潜水泵一般采用风动潜水泵，井内排水管路宜选用无缝钢管。

除此以外，立井井筒施工中还会使用到注浆设备、测量设备等，如果需要进行临时支护，还会使用到锚杆钻机、混凝土喷射机等

2.立井施工主要设施及选用

立井井筒施工中主要的施工设施包括凿井井架、天轮平台、翻矸台、封口盘、吊盘、各种管路、电缆等