第十章井筒施工第一節概述根據井田開拓方式不同，井筒可分為立井和斜井二種。井筒按其用途又分為主井、副井和風井等。當采用立井開拓方式時，主井是專門用作提升煤炭的井筒，在大型和中型礦井中提升煤炭的容器多采用箕斗，所以主井又常稱作箕斗井。副井是用作升降人員、材料、設備和提升矸石的井筒，由于副井采用的提升容器是罐籠，所以又稱作罐籠井。同一個井筒內安設有箕斗和罐籠兩種提升容器時，該井筒稱作混合井，它多用于老礦改擴建的延深井。風井主要是用作通風，一般又兼作礦井的安全出口，所以井內設有梯子間。立井井筒的組成由上向下可分為井頸、井身和井底三部分，如圖10-1所示?？拷乇砻婢谛枰雍竦囊欢尉卜Q作井頸。井頸的深度可為淺表土的全深，也可為厚表土井壁第一個壁座以上的部分井筒，一般要求井頸的深度為門15～20m。井頸部分的井壁不但需要加厚，而且通常需要配置鋼筋。這是因為該段井筒處在松軟表土層或風化巖層內，地壓較大，又有地面構筑物和井頸上暖風道、梯子間出口、風道口等硐口的影響，使井頸內產生的應力加大。井頸靠近地表部分的井壁厚度可由具體計算確定，一般按經驗可取為1.0～1.5m。采用多繩輪提升井塔時，或處在地震區的井頸厚度應取上限。井頸以下至井底車場水平的井筒稱作井身，井身是井筒的主要組成部分。井底車場水平以下部分的井筒稱作井底。井底的深度是由提升過卷高度、井底裝備要求的高度和井底水窩深度決定的。罐籠井的井底深度一般為10m左右，箕斗井和混合井的井底深度一般為35～75m，風井井底深度一般為4～5m當采用斜井開拓時，斜井井筒按其用途也分為主井、副井和風井。主井是提升煤炭的斜井，按其所用的提煤設備又分為串車斜井、箕斗斜井和膠帶輸送機斜井。副井提升方式是采用串車提升，它的用途是上下人員、提放設備、提升矸石和入風。風井的主要用途是通風由副井入風，由風井排出。斜井井筒的組成與立井井筒相似，也分為井頸、井身和井底三部分。串車斜井井底有甩車場，箕斗斜井和膠帶輸送機斜井井底有裝載硐室等。井筒工程是礦井建設主要連鎖工程項目之一。井筒工程量一般占全礦井井巷工程量的百分之十五左右，而施工工期卻占礦井施工總工期的三分之一到二分之一。井筒工程施工速度的快慢，直接影響其它井巷工程、有關地面工程和機電安裝工程的施工。因此，加快井筒施工速度是縮短礦井建設總工期的重要環節。同時，井筒是整個礦井建設的咽喉，其設計和施工質量的優劣，直接關系到礦井建設的成敗和生產時期的正常使用。因此，井筒設計必須合理，井筒施工質量必須予以足夠的重視。第二節井筒斷面設計一、立井井筒斷面設計井筒斷面布置形式立井井筒斷面形狀有圓形和矩形，我國煤礦一般都采用圓形斷面。因為圓形斷面井筒有利于采用混凝土、料石和錨桿噴射混凝土等永久支護。同時，圓形斷面井筒具有承受地壓性能好、通風阻力小、服務年限長、維護費用少以及便于施工等優點。根據立井井筒用途、井筒內提升容器和井筒裝備的不同，井筒斷面布置有許多不同形式。如圖10-2所示：圖a為主井的一種布置形式，井筒內布置一對箕斗，罐道梁用樹脂錨桿固定在井壁上，型鋼組合罐道固定在罐道梁上；圖b為風井的一種布置形式，井筒內布置有梯子間和管路間；圖c、d和e為副井的布置形式，井筒內布置有一對罐籠以及梯子間和管路間，圖c是采用鋼軌罐道，圖d是采用木罐道，圖e是采用鋼絲繩罐道，圖f為混合并的一種布置形式，在同一個井筒內布置一對箕斗和一對罐籠，并采用鋼絲繩罐道。提升容器的選擇立井井筒中提升容器的選擇是由井筒用途、井筒深度、礦井年產量和提升機類型決定的。專門用作提升煤炭的容器，通常選用箕斗。用作升降人員、材料設備和提升矸石的容器，一般都選用罐籠。當一套提升設備兼作提升煤炭和升降人員設備時，通常選用罐籠。提升容器的規格大小，可通過具體計算來確定，也可通過類比法來確定?；泛凸藁\按其提升鋼絲繩數量，有單繩提升和多繩提升兩種型式。根據采用的罐道類型不同，提升容器又分為剛性罐道箕斗和罐籠，以及鋼絲繩罐道箕斗和罐籠。箕斗和罐籠的規格有多種，見表l0-l和表l0-2。表l0-l提煤箕斗筒要規格表井筒裝備立井井筒裝備包括：罐道梁、罐道、梯子間、管路電纜間、過卷裝置以及井口和井底金屬支承結構等。其中罐道梁和罐道是井筒裝備的主要組成部，它是保證提升容器安全運行的導向設施，也是決定井筒裝備安裝工期的主要工作。圖10-2立井井筒斷面布置方式1.罐道梁立井井筒裝備采用剛性罐道時，在井筒內需安設罐道梁以固定罐道。罐道梁沿著井筒全深每隔一定距離布置一層，一般都采用金屬材料。罐道梁按截面形式分，有工字鋼罐道梁，和由型鋼焊成的封閉形空心罐道梁（圖10-3，a），國外還有采用整體軋制的封閉形空心罐道梁（圖10-3，b）。罐道梁與井壁的固定方式有梁端埋入井壁和用樹脂錨桿固定兩種，前者需要在井壁上預留或現鑿梁窩，后者可以用樹脂錨桿將罐道梁支座直接固定井壁上。用樹脂錨桿固定罐道梁的優點是：不削弱井壁，勞動強度低和安裝罐道梁速度快。但是，罐道梁支座等部件加工量大，要求加工精度高，鋼材消耗量大。表10-2提升罐籠筒要規格表2.罐道罐道是提升容器在井筒中運行的導向裝置，它必須具有一定的強度和剛度，以減小提升容器的橫向擺動。罐道有木質罐道、鋼軌耀道、型鋼組合罐道、整體熱軋異形鋼罐道和鋼絲繩罐道數種。木罐道木罐道，只是在采用普通罐籠升降人員、材料和設備，而又采用普通斷繩保險器時才被采用。制作木罐道的材料，要求木質致密堅固。一般采用強度較大的松木，并且必須進行防腐處理。木罐道的長度一般為6m，橫斷面尺寸根據罐籠規格的大小確定。通常lt礦車的罐籠采用160×160mm木罐道，罐籠較大時可采用180×200mm木罐道。由于木罐道每隔半年左右就需要更換一次，木材消耗量和罐道維修工作量都很大。因此，采用木罐道的井筒已逐漸減少。鋼軌罐道鋼軌罐道與木罐道相比較具有經久耐用的優點，故應用比較廣泛。通常采用的鋼軌罐道有38kg/m和43kg/m鋼軌，每根鋼軌的標準長度為12.5m，鋼軌接頭處必須留有4.5mm的伸縮縫。安裝罐道時，每根鋼軌罐道卡在四層罐道梁上，所以罐道梁的層間距離為4.鋼軌罐道與工字鋼罐道梁之間的連接，用特制的罐道卡子和螺栓固定，如圖l0-4所示。鋼軌罐道與邊梁同樣用特制的罐道卡子和螺栓連接，故需要在罐道的另一側設一短段鋼軌作為偽罐道。鋼軌罐道的缺點是，在兩個軸線方向上的強度和剛度相差較大。所以采用鋼軌罐道在材料使用上不夠合理。型鋼組合罐道型鋼組合罐道的斷面形式有許多種，常用的是槽鋼組合罐道，如圖l0-5所示。型鋼組合罐道的斷面尺寸是根據剛度要求設計的，它的優點是兩個軸線方向上剛度比較接近。采用這種罐道，提升容器是通過三個橡膠滾輪沿組合罐道滾動，所以提升容器運行比較平穩。由于型鋼組合罐道在兩個軸線方向剛度都較大，所以罐道梁層間距離可以加大。從而可減少罐道梁的層數和安裝工程量。鋼絲繩罐道目前使用的鋼絲繩罐道主要是異形股不旋轉鋼絲繩和密封鋼絲繩，這兩種鋼絲繩表面光滑、耐磨性強、具有較大的剛性，是比較理想的罐道繩。罐道繩的固定方法有兩種：一種是鋼絲繩罐道的上端固定在井架的托梁上，下端在井底內掛以重錘拉緊，這種固定拉緊方式要求有較深的井底，并且井底水窩內的淤泥應及時清理，否則淤泥將托住重錘使罐道繩松弛而造成提升容器碰撞事故；另一種是鋼絲繩罐道下端固定在井底的鋼梁上，而上端用安設在井架上的液壓螺桿拉緊裝置將罐道繩拉緊。這種固定罐道繩的方法調繩方便省力，井底也較淺，但安裝和換繩比較復雜。為了保證提升工作安全，罐道繩必須具有一定的拉緊力和剛度?！睹旱V安全規程》規定：采用鋼絲繩罐道時，每l00m鋼絲繩的拉緊力不得小于10kN，每根罐道繩的最小剛性系數不得小于50kg／m。各鋼絲繩罐道張緊力之差不小于5％，內側張緊力大，外側張緊力小，以防罐道繩發生共振，導致提升容器產生較大的橫向擺動。鋼絲繩罐道與剛性罐道相比較具有不需要罐道梁、通風阻力小、安裝方便、材料消耗少和提升容器運行平穩等優點。但是，采用鋼絲繩罐道時，在進出車水平仍需另設剛性罐道。而且存在著井架荷載大、井底深和要求安全間隙比較大的缺點。3.其他隔間當立井井筒作為礦井的安全出口時，井筒內必須設置梯子間。梯子間兩平臺之間的垂距不得大于8m，梯子斜度不得大于80°。梯子間除作為安全出口外，還可以利用它檢修井筒裝備和處理卡罐事故。管路間和電纜間安設有排水管、壓風管和供水管，以及各種電纜。為了安裝檢修方便，管路間和電纜間一般布置在罐籠井內靠近梯子間的一側。管路間的大小，由管路的直徑和趟數決定。電纜間的位置應考慮出入線和安裝檢修方便。在井筒內的電話和信號電纜最好同動力電纜分別布置在梯子間兩側，如受條件限制布置在同側時，兩者間距應大于300m立井井筒斷面尺寸確定步驟確定井筒凈直徑井筒凈直徑主要根據提升容器的大小和數量，井筒裝備，井筒布置和各種安全間隙來確定，其步驟如下：根據井筒用途和所采用的提升容器，選擇井筒裝備的類型，確定井筒斷面布置形式。根據所選用的井筒裝備類型，初步選定罐道梁規格和罐道規格。根據提升間、梯子間、管路和電纜的布置與尺寸；以及《煤礦安全規程》規定的安全間隙，用圖解法或解析法求出井筒凈直徑的近似值，然后按《煤炭工業設計規范》的規定，當井筒凈直徑小于6.5m時，以0.5m進級確定井筒凈直徑。一般以0.2m表10-3立井內提升容器之間以及提升容器量突出部分和井壁、罐道渠、井梁之間的最小間隙表，mm根據初步確定的井筒凈直徑，驗算罐道梁和罐道。根據驗算結果進行必要的調整，重新作圖核算檢查各處的安全間隙。當各處安全間隙都滿足要求時，井筒凈直徑就基本確定。通風校核根據提升容器和井筒裝備尺寸確定的井筒凈直徑，如果井筒同時用作通風時，還必須進行通風速度校核。要求井筒內的風速不大于允許的最高風速，即式中Q——井筒內要求通過的風量，m3/s；v——井筒內實際風速，m/s；So——井筒通風有效斷面積，井內設有梯子間時So=S-A，不設梯子間時So=0.9S；S——井筒凈斷面積，m2；A——梯子間等面積，A可取2.0m2；vmax——立井井筒中允許的最高風速，m/s。；《煤礦安全規程》規定：升降人員和物料的井筒，vmax=8m/s，專為升降物料的井筒，vmax=12m/s；無提升設備的風井，vmax＝15m/s。驗算結果v≤vmax時，則井筒凈直徑滿足通風要求。如果v＞vmax，則應按通風要求加大井筒凈直徑。井筒掘進直徑井筒掘進直徑由井筒凈直徑與井筒永久支護厚度所決定。井筒永久支護的設計，經常采用公式計算與經驗數據相結合的方法確定。采用混凝土、混凝土預制塊和料石井壁時，可按表10-4選擇井壁厚度。對于砌塊井壁還需加上l00mm的壁后充填厚度。采用錨噴作為井筒永久支護時，可按表10-5選取噴射混凝土層厚度、錨桿長度和間距。計算錨噴支護的井筒掘進直徑時，除考慮噴射混凝土厚度外，還應考慮錨桿外露長度和錨噴支護塑性變形值。表10-4井壁厚度經驗數據斜井井筒斷面設計斜井斷面設計步驟如下：1.斜井井筒斷面形狀和支護型式的選擇與平巷基本相同，但斜井服務年限長，且從受力性能好、采用石材整體式支護及錨噴支護的方便等因素考慮，斜井斷面多采用半圓拱形、圓弧拱形或三心拱形斷面。2.根據斜井井筒內的提升設備類型及設施進行斷面布置。串車斜井井筒內通常有軌道、人行道。管路和水溝等，根據它們相對位置有四種布置方式，如圖10-6所示，箕斗斜井為出煤井，一般不鋪設管路和電纜，其布置如圖l7-7所示；膠帶輸送機斜井內除膠帶輸送機表10-5立井井筒錨噴支護參數外，還沒有人行道和檢修道，其布置如圖10-8所示。3.根據斜井提升設備尺才、井內設施尺寸和《煤礦安全規程》規定的安全間隙，確定斜井井筒斷面尺寸。4.斜井井筒若是作為礦井進出風的主要通道，則必須進行風速校核。直至斜井井筒斷面尺寸既能滿足提升運輸和井內各種設施布置，又能滿足通風要求時，斷面才能最后確定。第三節井筒表土施工立井表土施工立井井筒表土段施工方法是由表土層地質及水文地質條件決定的。立井井筒穿過的表土層，按其掘砌施工的難易程度分為穩定表土層和不穩定土層。穩定表土層就是在井筒掘砌施工中井幫易于維護，用普通方法施工能夠通過的表土層，其中包括粘土層、含水的砂質粘土、無水的大孔土和含水量不大的礫石層等。不穩定表土層就是在井筒掘砌施工中井幫很難維護，用普通方法施工不能通過的表土層，其中包括含水砂土、淤泥、含飽和水的粘土、浸水的大孔土和含水量較大的礫石層等。穩定表土施工在穩定表土層中掘進井筒應盡量采用標準鑿井井架，這樣可以節省臨時小井架的制作費用、拆裝費用和拆裝工期。但如果受到工程地質條件限制，采用標準鑿井井架有可能造成地表沉陷或片幫時；或者因標準鑿井井架不能及時到貨，為了及早開工，則可采用汽車起重機或臨時小井架施工一段井筒后，然后再換上標準鑿井井架。臨時小井架所用的材料一般采用鋼材，其結構型式有三角架式、龍門架式和簡易帳幕式等。這些金屬臨時小井架的特點是結構簡單、加工方便和易于拆裝。龍門架式小井架的結構如圖10-9所示。在穩定表土層中掘砌立井井筒，應首先向下挖掘2～3m，然后安設用以固定井口位置和懸掛臨時支架的鎖口。臨時鎖口用鋼材或木材制作，由于鋼結構鎖口拆裝方便，可以復用，在施工中多采用，其結構型式如圖10-10所示，它由鋼梁和鎖口井圈組成，鋼梁與鎖口圈之間用卡子固定。施工中如果采用井圈背板作臨時支架，可用掛鉤將臨時支護的第一個井圈掛在鎖口井圈上。安好臨時鎖口，便開始表土段井筒的正常掘砌工作。穩定表土段立井井筒的掘砌施工，一般采用掘砌單行作業方式和吊掛井壁短段掘砌方式。掘砌單行作業是井筒自上向下掘進，隨掘進隨架設臨時支護，這樣掘進20～40m后，停止掘進，然后自下向上隨拆除臨時支護隨砌筑永久井壁，如此往復，直至基巖。這種掘砌作業方式需用井圈背板作臨時支架，增加了費用。吊掛井壁短段掘砌方式是將井筒掘進l～2m，不用臨時支護緊接著就進行該段井筒的永久支護。這種掘砌作業方式工序簡單，工作安全，但井壁接茬多，封水性差。在表上段施工中應特別注意水的處理，如果工作面有積水，為了防止片幫應挖一超前小井降低水位并匯集捅水，然后排到地面。如果井筒工作面涌水較大影響正常施工，可在井筒周圍打降低水位鉆孔進行抽水，以保證井筒順利施工。（二）不穩定表土施工在不穩定表土層中施工立井井筒，必須采取特殊的施工方法，才能順利通過，如：沉井法、鉆井法、凍結法和帷幕法等。本節只簡要介紹常用的沉井法、鉆井法和凍結法。沉井法1）淹水沉井淹水沉井如圖10-11所示，首先施工套井10，然后在安井內構筑帶刃腳的鋼筋混凝土沉井井壁2。套井的深度是由第一層含水層深度決定的，一般取8～15m。套井與沉井的間隙，一般取0.5m當鋼筋混凝土沉井井壁的高度超出地面高度后，用泵通過預埋的泥漿管8將泥漿池11中的泥漿壓入沉井壁后形成泥漿隔層9和泥皮。泥漿和泥皮起護壁潤滑作用，同時減小了沉井下沉的摩擦阻力。沉井內充滿水以達到平衡地下水靜水壓力的目的，防止涌沙冒泥事故的發生。淹水沉井的掘進工作不需用人工挖土，而是采用機械破土。通?？捎勉@機和高壓水槍破土，壓氣排渣。壓氣排渣的工作原理如圖l0-12所示，壓氣進入混合器室內與水混合后其比重降低，與管外淹水形成壓力差，在井內淹水液柱的壓力作用下，使管內水氣混合物帶動泥砂沿排渣管上升排到地面沉淀池12內。破土排渣設備均用掛在井架上的游動車上，可以實現沿井筒全斷面破土排渣。在井深不大的礫石層和卵石層中，采用長繩懸吊大抓斗直接抓取提到地面的破土排渣方法也是可行的。淹水沉井是利用井壁下端的鋼刃角插入土層，靠井壁自重、水下破土與壓氣排渣克服正面阻力而下沉。邊下沉邊在井口接長井壁，直到全部穿過沖積層，下沉到設計位置。采用這種施工方法，在我國的最大下沉深度己達到192.75m。日本利用壓氣代替泥漿，采用壁后充氣的淹水沉井法，最大下沉深度已達到200.2）普通沉井當不穩定表土層厚度不超過30m時，也可以來用普通沉井法。此法在沉井外不用泥漿護壁，沉井內不充水，工人在沉井的保護下在井內宜接挖土掘進。隨著挖土工作的進行，井壁借自重克服正面阻力和側面阻力而不斷下沉。隨著沉井下沉，在地面不斷接長沉井井壁。在沉井的下沉過程中，要特別注意防偏和糾偏問題，以保證沉井的偏斜值在允許的范圍內。當淹水沉井或普通沉井下沉到設計位置，井筒的偏斜值又在允許范圍內，應及時進行注漿固井工作，防止繼續下沉和漏水。注漿前，一般用要在工作面澆注混凝土止水墊封底，防止冒砂跑漿。如果刃腳已插入風化基巖內，也可以不封底而直接注漿。注漿工作一般是利用預埋的泥漿管和注漿管向壁后注入水泥或水泥-水玻璃漿液。套井與沉井之間的間隙，要求用毛石混凝土充填。2.鉆井法鉆井法鑿井是利用鉆井機（簡稱鉆機）將井筒全斷面一次鉆成，或將井筒分次擴孔鉆成。我國目前采用的多為轉盤式鉆井機，其類型有ZZS-1、ND-l、SZ-9／700、AS-9／500、BZ-1和L40／800型等。鉆井法鑿井的主要工藝過程為:井筒鉆進、泥漿洗井護壁、下沉預制井壁和壁后注漿固井。1）井筒鉆進井筒鉆進是個關鍵的工序。鉆進方式多采用分次擴孔鉆進，即首先用超前鉆頭一次鉆到基巖，在基巖部分占的比例不大時，也可用超前鉆頭一次鉆到井底，而后分次擴孔至基巖或井底，如圖l0-13所示。超前鉆頭和擴孔鉆頭的直徑一般是已固定的，但有的鉆機（如BZ-1鉆機）可在一定范圍內調整鉆頭的鉆進尺寸。這樣就可以選擇擴孔的直徑和次數。選擇的原則是，在轉盤和提吊系統能力允許的情況下，盡量減少擴孔次數，以縮短輔助時間。鉆井機的動力設備，多數設置在地面。鉆進時由鉆臺上的轉盤帶動六方鉆桿旋轉，進而使鉆頭旋轉，鉆頭上裝有破巖的刀具。為了保證井筒的垂直度，都采用減壓鉆進。即將鉆頭本身在泥漿中重量的30～60％壓向工作面，刀具在鉆頭旋轉時破碎巖石。2）泥漿洗井護壁鉆頭破碎下來的巖屑必須及時用循環泥漿從工體面清除，使鉆頭上的刀具始終宜接作用在末被破碎的巖石面上，提高鉆進效率。泥漿由泥漿池經過進漿地槽流入井內，進行洗井護壁。壓氣通過中空鉆桿中的壓氣管進入混合器，壓氣與泥漿混合后在鉆桿內外造成壓力差，使清洗過工作面的泥漿帶動破碎下來的巖屑被吸入鉆桿，經鉆桿與壓氣管之間環狀空間排往地面。泥漿量的大小，應保證泥漿在鉆桿內的流速大于0.3m／s，使被破碎下來的巖屑全部排到地面。泥漿沿井筒自上向下流動，洗井后沿鉆桿上升到地面，這種洗井方式叫做反循環洗井。泥漿的另一個重要作用，就是護壁。護壁作用，一方面使借助泥漿的液柱壓力平衡地壓，另一方面使在井幫上形成泥皮，堵塞裂隙，防止片幫。為了利用泥漿有效地洗井護壁，要求泥漿有較好的穩定性，不易沉淀，泥漿的失水量要比較小，能夠形成薄而堅韌的泥皮；泥漿的粘度在滿足排渣要求的條件下，要具有較好的流動性和便于凈化。3）沉井和壁后充填采用鉆井法施工的井筒，其井壁多采用管柱形預制鋼筋混凝土井壁。井壁在地面制作。待井筒鉆完，提出鉆頭，用起重大鉤將帶底的預制井壁懸浮在井內泥漿中，利用其自重和注入井壁內的水重緩慢下沉。同時，在井口不斷接長預制管柱井壁。接長井壁時，要注意測量，以保證井筒的垂直度。在預制井壁下沉的同時，要及時排除泥漿，以免泥漿外溢和沉淀。為了防止片幫，泥漿面不得低于鎖口以下lm。當井壁下沉到距設計深度l～2m時，應停止下沉，測量井壁的垂直度并進行調整，然后再下沉到底，并及時進行壁后充填。最后把井壁里的水排凈，通過預埋的注漿管進行壁后注漿，以提高壁后充填質量和防止破底時發生涌水冒砂事故。3.凍結法冰結法鑿井就是在井筒掘進之前，在井筒周圍鉆凍結孔，用人工制冷的方法將井筒周圍的不穩定表土層和風化巖層凍結成一個封閉的凍結圈（圖10-14），以防止或流沙涌入井筒并抵抗低壓，然后在凍土圈的保護下掘砌井筒。待掘砌到預計的深度后，停止凍結，進行拔管和充填工作。凍結法鑿井的主要工藝過程有鉆凍結孔、凍結和井筒掘砌等工作。1）鉆凍結孔為了形成封閉的凍結圈，先要在井筒周圍鉆一定數量的凍結孔，以便在孔內安設帶底錐的凍結管和底部開口的供液管。凍結孔一般等距離地布置在與井筒同心的圓周上，其圈徑取決于井筒直徑、凍結深度、凍結壁厚度和鉆孔的允許偏斜率。凍結孔間距一般為1.2～1.3m，孔徑為200～250mm，孔深應比凍結深度大5～10m2）凍結過程井筒周圍的凍結圈，是由冷凍站制出的低溫鹽水在沿凍結管流動過程中，不斷吸收孔壁周圍眼涂層熱量，使巖土逐漸冷卻凍結而成。鹽水起傳遞冷量的作用，稱為冷媒劑。鹽水的冷量是利用液態氨氣化時吸收鹽水的熱量而制取的，所以氨叫做制冷劑。被壓縮的氨由過熱蒸汽狀態變成液態過程中，其熱量又被冷卻水帶走?？梢?，整個制冷設備包括氨循環系統、鹽水循環系統和冷卻水循環系統三部分，如圖10-15所示。氦循環素統：氣態氨在壓縮機1中被壓縮到0.8～1.2MPa，溫度升高到80～120℃處于過熱蒸氣狀態。高溫高壓的氨氣經管路進入氨油分離器2，除去從壓縮機中帶來的油脂后進入冷凝器4，在16～20℃冷卻水的淋洗下被冷卻到20～25℃而變成液態氦（多余液態氨流入貯氨器5貯存，不足時由貯氟器補充）。液態氨經過調節閥6使壓力降到0.155MPa左右，溫度相應降低到蒸發溫度－25～－35℃。液態氨進入蒸發器鹽水循環系統：在設有蒸發器的鹽水箱l0中，被制冷劑氨冷卻到－20～－25℃冷卻水循環系統：用水泵將貯水池或地下水源井的冷卻水壓入冷凝器中，吸收了過熱氨氣的熱量后從冷凝器排出，水溫升高5～l0℃3）凍結方案凍結方案有一次凍全深、局部凍結、差異凍結和分期凍結等幾種。一次凍全深方案的適應性強，應用比較廣泛。局部凍結就是只在涌水部位凍結，其凍結器始構復雜，但是凍結費用低。差異凍結，又叫長短管凍結，凍結管有長短兩種間隔布置，在陳結的上段凍結管排列較密，可加快凍結速度，使井筒早日開挖，并可避免下段井筒凍結，影響施工速度，浪費冷量。分期凍結，就是當凍結深度很大時，為了避免使用過多的制冷設備，可將全深分為數段（通常分為上下兩段），從上而下依次凍結。凍結方案的選擇，主要取決于井筒穿過的巖土層的地質及水文地質條件需要凍結的深度、制冷設備的能力和施工技術水平等。4）凍結段井筒掘砌采用凍結法施工，井筒的開挖時間要選擇適時，即當凍結壁已形成而又尚未凍至井筒范圍以內時最為理想。此時，既便于掘進又不會造成涌水冒砂事故。但是很難保證處于理想狀態，往往整個井筒被凍實。對于這種凍土挖掘，可采用風鎬或鉆眼爆破法施工。凍結井壁一般都采用鋼筋混凝土或混凝土雙層井壁。外層井壁厚度為400mm，隨掘隨進行澆注。內層井壁厚度一般為600m二、斜井表土施工在穩定表土層內開挖斜井時，其施工方式與井口所處地形有關。若斜井井口選擇在山坡處，則表土施工比較簡單，只需將井口位置的浮土和風化碎石清除干凈即可開硐掘進。斜井的井口需要用混凝土或石材砌筑。若斜井井口處于表土層較厚的平坦地帶，由于直接開硐掘進頂板不易維護，需要明槽開挖而后才能開明掘進斜井井筒。（一）明槽尺寸明槽的形式如圖10-16所示，其尺寸可根據圖中幾何關系求出。明槽斜深，m式中h—井筒掘進高度，m；h1—頂板安全厚度，h=2～4m；h2—耕作層或堆積層厚度，坦地形可取h=0.5m；a—斜井傾角，（°）；a1—明槽邊坡安息角，a＝45°～80°；a2—井口地面自然坡度，（°），2.明槽底斜長，m3明槽上口長度，m4.明槽底寬明糟底寬B1可以取與斜井掘進寬度B相等，為了施土方便也可比斜井掘進寬度大0.6～1.0m。5.明槽上口寬度，m明槽槽底的坡度應與斜井的傾角一致。為了減少開挖土方工程量，可將明槽掘成直立槽壁。但需用橫撐或斜撐加固槽壁，以保證施工安全。（二）表土施工方法斜井表土施工應盡量避開雨季。施工前應在斜井井口四周修好排水溝，將水排至場外。明槽應盡量采用機械挖掘，縮短明槽邊坡暴露時間。明槽挖完后，井口上部的邊坡要支承好，如圖10-17所示，以防片幫滑坡。明槽部分的井筒永久支護，若邊坡的穩定情況較好，可待井筒下掘5～10m后，再自下向上砌筑永久支護直到井口。明槽永久支護的外部應做防水層或夯填三合土，然后及時用土回填，以防積水危及井筒正常施工。斜井開硐后的表土施工方法，多采用短段掘砌施工方法，段距為2～4m。隨著掘進立即進行臨時支護，爾后拆除該段臨時支護進行永久支護。臨時支護，多采用拱形金屬支架。在不穩定表土層中掘進斜井是非常困難的。不穩定表土層較薄或距地表較淺時，可用挖明槽方法通道。也可采用降低水位法和凍結法等特殊方法施工。第四節立井基巖施工一、施工作業方式及循環組織立井基巖施工，是指在表土層或風化巖層以下的井筒施工。井筒基巖段施工作業方式，有掘砌單行作業，掘砌混合作業和掘砌安一次成井。（一）掘砌單行作業在井筒施工個，往往將基巖段井筒分成若干個30～60m的井段。掘砌單行作業，就是在同一個井段內首先自上向下掘進井筒同時進行臨時支護，待該井段掘充后再自下向上施工永久井壁，如圖I0-18所爾。掘砌單行作業的掘進循環組織如圖l0-19所示。在圖表中安排各掘進工序進行的順序和時間，以達到科學管如的目的。掘砌單行作業的優點：占用施工設備少，施工組織工作簡單便于管理，工作安全可靠。這種作業方式過去在施工立井井筒時多被采用，權臺主井采用這種作業方式曾創造了月成并l60.92m（二）掘砌平行作業在深井施工中，為了加快施工速度，縮短建井工期，可采用掘砌平行作業方式，如圖10-20所示，在井筒工作面進行掘進的同時，在上一井段的吊盤上平行進行永久支護工作。這種作方式需要設備多，組織管理工作復雜，上一井段的永久支護工作對下一井段的掘進工作有影響，工作安全不易保證。紅陽二井施工主井時曾采用了掘砌平行作業，最高月成井達到134.3m。（三）掘砌混合作業掘砌混合作業，就是掘進和砌壁工作在工作面上先后進行或部分平行進行，砌筑永久井壁工作混入到掘進工作中間構成一個循環，如圖10-2l所示?；旌献鳂I掘砌工作循環圖表如圖10-22所示。當裝巖工作進行到圍巖掘砌混合作業的優點：不用臨時支護，施工成本低；圍巖暴露時間短，工作安全；平均成井速度快。我國采用混合作業施工井筒已達到月成井121.3m。（四）掘砌安一次成井掘砌安一次成井，既是在井筒掘砌過程中完成罐道梁等安裝工作。已安裝好的罐道梁可用于懸吊鑿井設備，減少了需用鑿井絞車的數量。但是，這種作業方式施工組織與管理更加復雜。鶴壁梁峪副井采用砌壁和安裝工作分別與掘進工作平行，取得了月成井97.33m加的好成績。井筒掘砌施工作業方式的選擇，取決于具體的施工條件。合理的施工作業方式應該是技術上先進，經濟上合理，成井速度高，安全上可靠。目前我國施工立井井筒的作業方式，主要是掘砌單行作業和混合作業，而且混合作業有取代單行作業的趨勢。平行作業和掘砌安一次成井作業方式，雖然在我國沒有收到比較理想的效果。但是，只要進一步提高施工管理水平，今后在深井施工中將會受到重視。二、鑿井結構物與井內設備布置（一）鑿井結構物及主要設備施工立井井筒的鑿井結構物及主要設備包括：鑿井井架、卸矸臺、封口盤、固定盤、吊盤、鑿井絞車和鑿井提升機等。各種鑿井結構物的布置如圖l0-23所示。1.鑿井井架鑿井井架是專門為施工立井井筒而制造的裝配式金屬井架，鑿井井架的規格如表10-6所示。天輪平臺是鑿井井架的重要組成部分，需要承受全部懸吊設備荷載和提升荷載。天輪平臺上設有天輪梁和天輪，為避免鋼絲繩與天輪平臺邊梁相碰，有時還要增設導向輪。天輪平臺由四根邊梁和一根中梁組成，其結構和天輪布置如圖10-24所示。在使用永久井塔的礦井，而井塔又先于立井基巖施工時，采用永久井塔代替鑿井井架施工也是合理的。2.卸矸臺卸矸臺上沒有溜槽和翻矸設施。排矸時，矸石吊桶提到卸矸臺后，利用翻開設施或采用人工掛鉤將矸石倒入溜槽，再裝入礦車或汽車。坐鉤式自動翻矸設施如圖10-25所示。續-裝滿矸石的吊桶坐到坐鉤上時，坐鉤鉤住吊桶底一起繞橫鈾3翻轉卸矸。卸矸臺要有一定的高度，保持溜槽具有35°～40°傾角，使矸石能借自重下滑到排矸車輛內。卸矸臺的高度，也必須滿足傘鉆出入立井的要求。3.封口盤與固定盤封口盤也叫井蓋，它是升降人員和材料設備以及拆裝各種管路的工作平臺，同時又是保護井上下作業人員安全的結構物。要求封口盤上的各種孔口必須加蓋封嚴。固定盤是為了進一步保護井下人員安全而設置的，它位于封口盤下4～8m處。固定盤上通常安設有測量井筒中心線的裝置，有時也作為接長風筒、壓氣管和排水管的工作臺。如果在施工中對封口盤加強管理，固定盤可以不設。4.吊盤與穩繩盤吊盤是進行井筒永久支護的工作盤，它用1～2根鋼絲繩懸掛在地面的鑿井絞車上，或采用液壓邁步裝置掛在井壁上。在掘砌單行作業和混合作業中，又可用于拉緊穩繩、保護工作面作業人員安全和安設抓巖機等掘進施工設備。為了避免翻盤，一般都采用雙層吊盤。兩層盤之間的距離應能滿足永久井壁施工要求，通常為4m左右。當用吊盤安裝罐道梁時，吊盤的層間距應與罐道梁的層間距相適應。吊盤的外徑與井筒凈徑間應有不大于100mm的間隙，以便于吊盤升降，又不因間隙過大而向下墜物。為了保證吊盤上和掘進工作面上作業人員的安全，盤面上各孔口和間隙采用掘砌平行作業時，井筒內陳設有砌壁吊盤外還設有穩繩盤。穩繩盤用來拉緊穩繩、安設抓巖機等設備和保護掘進工作面作業人員的安全。5.鑿井提升機與鑿井絞車鑿井提升機專門用于鑿井提升，其型號有JKZ-2.8/15.5和2JKZ-3/15.5等。其中JKZ代表礦用鑿井提升機，2.8和3代表卷筒直徑（m），15.5代表傳動比。鑿井絞車用于懸吊鑿井設備，其型號主要有JZ和JZM型兩種。其中JZ代表鑿井絞車，數字前的A代表吊車安全梯用，數字后的A代表改進型，M代表鋼絲繩與工作卷筒之間靠摩擦力傳動，J前面的2代表雙卷筒。鑿井提升機和鑿井絞車的主要性能，見表10-7。鑿井提升機和鑿井絞車在地面的布置應盡量不占用永久建筑物位置，同時應使鑿井井架受力均衡，鋼絲繩的弦長、繩偏角和出繩仰角均應符合規定值，鑿井絞車鋼絲繩之間，及與附近通過的車輛之間均應有足夠的安全距離。（二）井筒內施工設備布置施工立井井筒時，井筒內布置的施工設備有吊桶、吊泵、抓巖機、安全梯，以及各種管路和電纜等。這些施工設備布置得是否合理，對井筒施工、提升改裝和井筒裝備工作有很大的影響。1.吊桶布置在立井施工中提升矸石、升降人員和材料工具都用吊桶。吊桶的規格見表10-8。吊桶在井筒橫斷面上位置的確定，應滿足以下要求：1）采用鑿井提升機施工井筒時，應考慮地面地形條件是否有安設提升機的可能性。鑿井提升機房的位置應不影響永久建筑物施工，并應力爭井架受力比較均衡。2）吊桶應盡量布置在永久提升間內，并使提升中心線與罐籠出車方向或箕斗井臨時罐籠出車方向一致，以利于轉入平巷施工時的提升設備改裝和進行井筒永久裝備工作。3）吊桶應盡雖靠近地面卸矸方向一側布置，使溜矸槽少占井筒有效面積，避免溜矸槽裝車高度不足。4）吊桶與井壁和其他設備間隙，必須滿足《煤礦安全規程》和《礦山井巷工程旅工及驗收規范》的有關規定。2.抓巖機布置抓巖機布置的位置，應使抓巖工作不出現死角，有利于提高抓巖生產率。中心回轉式抓巖機和長繩懸吊抓巖機應盡量靠近井筒中心布置。同時又不應影響井筒中心的測量工作。3.吊泵布置吊泵的位置應靠近井幫，使之不影響抓巖工作。為了使吊泵出入井口和接長排水管方便，吊泵必須躲開溜矸槽的位置。在吊桶、抓巖機和吊泵主要設備的位置確定后，便可確定吊盤和封口盤等主梁位置及梁格結構。其他設備和管線如安全梯、風筒和壓風管等，應結合井架型號、地面鑿井絞車布置條件和允許的出繩方向，在滿足安全間隙的前提下予以適當布置。圖10-26是井筒施工設備在井內布置的一例。根據井筒內施工設備布置，便可以進行天輪平臺和地面提絞設備布置。當天輪平臺或地面提絞設備布置遇到困難時，應重新調整井筒內施工設備布置，直至井內、天輪平臺和地面布置均為合適時為止。三、鉆眼爆破在立井基巖掘進中，鉆眼爆破工作是一項主要工序.約占整個掘進循環時間的20～30％。鉆眼爆破的效果直接影響其它工序及井筒施工速度、工程成本，必須予以足夠的重視。（一）鉆眼設備立井掘進的鉆眼工作，目前多數采用風動鑿巖機，如YT23等輕型鑿巖機，以及YGZ70導軌式重型鑿巖機。前者用于人工手持打眼。后者用于配備傘形鉆架打眼。傘形鉆架鉆眼深度一般為3～4m。用傘形鉆架打眼具有機械化程度高、勞動強度低、鉆眼速度快和工作安全等優點。傘形鉆架有FJD-6和FJD-9型，其主要技術特征見表10-9。傘形鉆架的結構如圖l0-27所示，打眼前用提升鉤頭將它從地面送到掘進工作面，然后利用支撐臂油缸2、升降油缸3、調高器7和底座10固定在工作面上。打眼時用動臂19將滑軌14連同鑿巖機13送到鉆眼位置，用活頂尖9定位。全部打眼工作結束后將傘形鉆架收攏，提到地面轉掛在井架上。（二）爆破工作爆破工作包括選擇爆破器材，確定破參數和編制爆破圖表。1.爆破器材的選擇在立井施工中，工作面常有積水，要求采用抗水炸藥。常用的抗水炸藥有抗水巖石硝銨炸藥、水膠炸藥和硝化甘油炸藥，三者以水膠炸藥使用比較廣泛。起爆器材通常采用國產8號秒延期電雷管，毫秒延期電雷管和導爆索。在有沼氣或煤塵爆炸危險的井筒內進行爆破，必須采用煤礦安全炸藥和延期時間不超過130ms的毫秒延期電雷管。放炮電源多采用交流電源，其電壓不得超過380V。2.爆破參數的確定炮眼深度是根據巖石性質，鑿巖爆破器材的性能，以及合理的循環工作組織決定的。合理的炮眼深度，應能保證取得良好的爆破效果和提高立井掘進速度。目前，立井掘進的炮眼深度以3.0～4.0m為宜。另外炮眼深度也可根據月進度計劃計算出來，但計算出來的炮眼深度只能作為參考，還需結合合理的炮眼深度加以確定。炮眼數目和炸藥消耗量與巖石性質、井筒斷面大小和炸藥性能等因素有關。合理的炮眼數目和炸藥消耗量，應該是在保證最優爆破效果下爆破器材消耗量最少。確定炸藥消耗量的方法，可以采用工程類比法或參考《煤炭井巷工程綜合預算定額》選取，見表10-10表中所用炸藥為水膠炸藥。炮眼數目應結合炮眼布置最后確定。在圓形斷面井筒中，炮眼多布置成同心圓形，如圖10-28所示。掏槽方式有直眼掏槽和錐型掏槽。炮眼出較深時，為了打眼方便和防止崩壞井內設備多采用直眼掏槽。炮眼布置的因間距一般為0.7～1.0m，掏槽眼圈徑為1.2～2.2m，周邊眼距井幫設計位置約為200mm。崩落眼的眼距一般為0.8～1.0m，掏槽眼間距約為0.6～0.8m，周邊眼間距約為0.4～0.6m。裝藥方式一般都采用柱狀連續缺藥，為了達到光面爆破的目的，周邊眼可以來用不偶合裝藥或間隔裝藥。聯線方式一般都采用并聯，若是一次起爆的雷管數目較多，并聯不能滿足準爆電流的要求時，可以采用串并聯方式。在立井施工放炮時，所有人員必須升井離開井棚，打開井蓋門，由專職放炮員放炮。放炮后，必須將炮煙排出并經過檢查認為安全時，才允許作業人員下井。四、裝巖提升在立井施工中，裝巖提升工作是最費工時的工作，它約占整個掘進工作循環時間的50～60%，是決定立井施工速度的關鍵工作。（一）裝巖工作目前已普遍采用抓巖機裝巖，實現了裝巖機械化。我國生產的裝巖機有：NZQ2-0.11型抓巖機、長繩懸吊抓巖機（HS型），靠壁式抓巖機（HK型）、環行軌道式抓巖機（HH型）和中心回轉式抓巖機（HZ型）。技術特征如表10-11所示。煤礦立井施工多采用長繩懸和中心回轉式抓巖機，以中心回轉式抓巖機最佳。中心回轉式抓巖機的結構如圖10-29所示，它固定在吊盤下層盤或穩繩盤上。抓斗利用變幅機構作徑向運動，利用回轉機構作圓周運動，利成提升機構通過懸吊鋼絲繩使抓斗作上下運動。司機坐在司機室內控制抓斗抓巖，所以要求司機室距工作面不超過15m。提高裝巖生產率是縮短裝巖提升工序時間的重要途徑。為此，在立井掘進施工中應注意以下幾點：1.注意抓巖機的維修保養，使之經常處于良好的工作狀態。2.加大炮眼深度，提高爆破效果，以加快抓巖速度和減少清底時間。3.提高操作技術，使抓斗抓取矸石和向吊筒投放動作準確。4.吊桶直徑應與斗抓斗張開直徑相適應，并力爭級升矸石能力滿足抓巖能力的要求。（二）提升工作鑿井提升容器都采用吊桶，吊桶容積一般為l～4m3。吊桶提升方式，分為單鉤提升和雙鉤提升。根據井筒斷面大小，可以沒1～2套單鉤提升或一套單鉤一套雙鉤提升。吊桶五、井筒支護（一）臨時支護立井井筒施工采用混合作業時，因圍巖暴露高度不大，暴露時間不長，在進行永久支護之前不會片幫時，可不采用臨時支護。一般情況下，為了確保工作安全都需要進行臨時支護。長期以來，井筒掘進的臨時支護都是采用井圈背板。這種臨時支護在通過不穩定巖層或表土層時，是行之有效的。但是，材料消能量大，拆裝太費工時。在井筒基巖段施工時，采用錨噴支護作為臨時支護具有很大的優越性，它克服了井圈背板臨時支護的缺點，現已被廣泛應用。永久支護根據所用材料不同，立井井筒永久支護有料石井壁、混凝土井壁、鋼筋混凝土井壁和錨噴支護井壁。砌筑石料井壁勞動強度大，不易實現機械化施工，而且井壁的整體性和封水性都很差。目前除小型礦井井筒涌水不大，而且有就地取材的條件時采用石料井壁外，多數采用整體式混凝土井壁。澆注井壁的混凝土，其配合比和強度必須進行試驗檢查。在地面混凝土攪拌好的混凝土，經輸料管或吊桶輸送到井下注入模板內。澆注混凝土井壁模板有多種。采用長段掘砌單行作業和平行作業時，多采用液壓滑升模板或裝配式金屬模板。采用掘砌混合作業時，都采用金屬整體移動式模板。由于掘砌混合作業方式在施工立井時被廣泛應用，金屬整體移動式模板的研制也得到了相應發展。金屬整體移動式模板有門鉸式、門扉式和伸縮縫式三種。實踐表明，伸縮縫式金屬整體移動式模板可以實現機械化脫模，結構合理。伸縮縫式模板又分為單縫式、雙縫式、雙縫單鉸式和和三縫式模板。其中雙縫單鉸式為最好，模板整體性好、幾何變形小、徑向收縮量比較均勻，便于采用同步增力脫模機構。雙縫單鉸式金屬活動模板的結構如圖10-30所示。它由刃腳、筒體、腳手架、伸縮縫、伸縮裝置和澆注口預制盒等組成。這種金屬整體移動式模板用鋼絲繩懸用，立模時將它放到預定位置，用伸縮裝置將它撐開到設計尺寸。澆注混凝土是在折疊式腳手架上進行的，腳手架距澆注口約1.0～1.2m。當混凝土的強度達到0.05～0.25MPa時，可以利用伸縮裝置脫模。伸縮裝置可以來用正反扣絲母，也可以采用液壓同步增力裝置。金屬整體移動式模板的高度，應由井筒圍巖的穩定性來決定，在穩定巖層可達到3～近年來，有些礦井采用了錨噴支護作為井筒永久支護，使施工大為簡化，施工機械化程度也大力提高，并且減少丁井筒掘進工程量。實踐表明，凡是在中硬以上穩定的巖層中，涌水量小于5m3六、立井涌水的處理（一）排水根據井筒涌水量大小不同，工作面積水的排出方法可分為吊桶排水和吊泵排水。吊桶排水是用風動潛水泵將水排入吊桶或排入裝滿矸石吊桶的空隙內，用提升設備提到地面排出。吊桶排水能力，與吊桶容積和每小時提升次數有關。井筒工作面涌水量不超過8m3／h時，采用吊桶吊泵排水，是利用懸吊在井筒內的吊泵將工作面積水直接排到地面或排到中間泵房內。利用吊泵排水，井筒工作面涌水量以不超過40m3／h為宜。否則，井筒內就需要設多臺吊泵同時工作，占據井筒較大的空間，對井筒施工十分不利。目前我國生產的吊泵有HBD型吊泵和高揚程80DGL型吊泵.其主要技術特征如表10-有時還可以用吊泵與風動潛水泵配套排水，就是用潛水泵將水從工作面排到吊盤上水箱內，然后用吊泵再將水箱內的水排到地面。此時，吊泵處在吊盤之上方，不影響中心回轉式抓巖機和環行軌道式抓巖機抓巖。當井筒深度起過水泵揚程時，就需要設中間泵房進行多段排水。用吊泵將工作面積水排到中間泵房，再用中間泵房的臥泵排到地面。為了減少工作面的積水、改善施工條件和保證井壁質量，應將工作面上方的井幫淋水截住導入中間泵房或水箱內。截住井幫淋水的方法如圖l0-32所示，在含水層下面設置截水槽，將淋水截住導入水箱內再由臥泵排到地面。（二）注漿堵水注漿堵水就是用注漿泵經注漿孔將漿液注入含水巖層內，使之充滿巖層的裂隙凝結硬化，堵住地下水流向井筒的通路，達到減少井筒涌水量和避免井壁滲水的目的。注漿堵水有兩種方法：一種是為了打干井而在井筒掘進前向圍巖含水層注漿堵水這種注漿方法叫預注漿；由另一種是為了封住井壁滲水而在井筒掘砌完后向含水層段的井壁后注漿，這種注漿方法叫做壁后注漿。預注漿1）地面預注漿地面預注漿的鉆注漿孔和注漿工作都是在建井預備期在建井準備期在地面進行的。含水層距地表較淺時，采用地面預注漿較為合適，其鉆孔布置如圖10-33所示。鉆孔布置在大于井筒掘進直徑l～3m的圈周上。注漿孔的數目可用下式確定：式中N—鉆孔數；L—注漿孔間距，一般為3～6m；—井筒掘進直徑，m；A—注漿孔到井筒掘進邊界距離，一般為0.5～1.5m注漿孔有時也可以布置在井筒掘進直徑范圍以內，如荊各莊副井采用這種布置方式也取得了良好的注漿效果。注漿時，若含水層比較薄，可將含水巖層一次注完全深。若含水層比較厚，則應分段注漿