井筒立井

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，根据井筒所穿过的岩层的性质，主要以采用钻眼爆破法施工为主。根据井筒掘砌作业方式的不同，井筒钻眼爆破法的主要施工工序包括钻眼爆破、抓岩提升、卸矸排矸和砌壁支护等。

我国立井井筒基岩施工机械化水平有了很大的提高。以深孔光爆、设备大型化、支护机械化和注浆堵水打干井为主要内容的凿井技术有了长足的发展。使我国立井井筒施工出现了一个崭新的面貌，为加快建井速度，改善劳动条件，提高工效提供了可靠的物质基础和技术保证。

1、钻眼工作

在整个钻眼爆破工作中，钻眼所占的工时最长。加快钻眼速度、加大眼深、提高眼孔质量，以及提高钻眼的机械化程度为其主要发展方向。为适应立井施工的要求，凿岩机应具有钻速高、扭矩大、适应性强和运转可靠的特点。

2、爆破工作

爆破工作主要包括爆破器材的选择和爆破参数的确定，并编制爆破图表和说明书。

3、装岩工作

装岩是立井井筒掘进循环中最重要的一项工作，它既费时又繁重，约占掘进总循环时间的50%～60%。因此，提高装岩效率和机械化水平是加快立井施工的关键。

4、提升及排矸

立井井筒施工中，为了排除井筒工作面的矸石、下放器材、设备以及提放作业人员，应在井内设置提升系统。这套提升系统稍加改装，还应能服务于车场巷道施工和井筒永久装备。凿井提升系统选择是否合理，不但直接影响凿井装矸作业和凿井施工速度，而且还会影响建井后期工作的顺利开展。

凿井提升系统由提升容器、钩头联接装置、提升钢丝绳、天轮、提升机以及提升所必备的导向稳绳和滑架等组成。凿井期间，提升容器以矸石吊桶为主，有时也采用如底卸式下料吊桶和下料框等容器。当转入车场和巷道施工时，提升容器则由吊桶改为凿井罐笼。

立井开凿时，为了悬挂吊盘、砌壁模板、安全梯、吊泵和一系列管路缆线，必须合理选用相应的悬吊设备。悬吊系统由钢丝绳、天轮及凿井绞车等组成。

井筒平巷

当巷道在薄煤层中掘进时，为了保证巷道的使用高度，必须挑顶或挖底。因此，在巷道断面上既有煤层，又有岩层。当岩层占掘进工作面积1/5～4/5 时，即称为煤－岩巷道。煤－岩巷道施工方法与岩巷和煤巷的施工方法基本相同。

1、钻眼爆破

钻眼爆破工作是一项主要工序，质量好坏，对巷道掘进进度、规格质量、支护效果、掘进工效和成本都有很大影响，因此必须采用最优的施工工艺参数，才能获得最佳的施工效果。

钻眼爆破的主要技术发展趋势是发展中深孔、光面爆破和断裂成型（刻槽）爆破技术。增加眼深，完善深孔直眼掏槽方式，减少炮眼数量，加快钻眼速度和提高爆破效率。现代工程是以每米巷道所需的钻爆工时最短、炮眼利用率最高和光爆质量标准评价施工效果。

2、装岩与运输

装载与运输是巷道掘进中劳动量大，占循环时间最长的工序，一般情况下它可占掘进循环时间的35%～50%。

70 年代以来，我国先后研制成功耙斗装岩机、侧卸式装岩机、蟹爪装岩机及立爪装岩机，其中根据煤矿特点研制的耙斗装岩机，因具有结构简单、制造容易、造价低、可靠性好和适应性强等优点，已成为当前我国煤矿巷道掘进的主要装载设备。

近些年来，配套的转载运输设备也在不断研究改善，先后出现了QZP-160 型桥式转载机、SJ-80与SJ-44 可伸缩胶带运输机、ZP-1 型胶带转载机等，以及S4、S6、S8 型梭式矿车和ILA、CCJ 型仓式列车以及5t 以上防爆型蓄电池电机车。以上多为从工作面运出矸石的设备，同时也发展了可向工作运输材料的胶带输送机、钢丝绳牵引卡轨车和钢丝绳牵引单轨吊车。

井筒斜井

到上世纪八十年代我国的斜井快速施工已形成了具有中国特色的机械化作业线和设备配套方式。作业方式和劳动组织进一步优化，工效进一步提高，施工技术取得较大发展。进入新世纪以后，伴随国家体制的改革和承包制的推行，斜井施工技术已进入一个崭新的阶段。

1、钻眼爆破

（1）凿岩机具的选择

斜井基岩掘进都采用中深孔全断面一次光面爆破和抛渣爆破。斜井钻眼采用导轨式凿岩机，虽然有助于实现深孔光爆，但凿岩台车的调车让位需要较长的时间；使用钻装机又不能使钻眼与装岩两大主要工序平行作业；生产的液压气腿式凿岩机，钻眼速度比较快，但其后部配备的工作车又影响装岩工作。

（2）爆破参数的确定

①炮眼深度

为实现中深孔爆破，炮眼深度一般为2.0～3.5m 之间。炮眼的平均深度应经试验来确定，根据工作实践来验证，最后定出合理的炮眼深度。

②炮眼数目

炮眼数量的多少，现场多根据斜井断面大小、岩石性质、炸药性能等进行试验或经验确定，在实践中进行调整，取得合理的炮眼数目。也可按平巷炮眼数目确定方法进行估算。

（3）掏槽方式和炮眼布置

实现中深孔光面爆破，必须采用直眼掏槽或直眼与斜眼混合方式。直眼掏槽，过去在金属矿山应用较广，主要用于坚硬岩石的掘进。

（4）装药结构和爆破技术

斜井掘进工作面中的炮眼都带有一定倾角，工作面一般都有积水。因此，必须使用抗水炸药。现场多采用水胶炸药或2 号抗水岩石硝铵炸药。为取得好的爆破效果，掏槽眼应采用高威力炸药连续反向装药，而周边眼应采用低威力炸药或小药径炸药连续反向装药，与平巷装药基本相同，只是底眼应加大装药量，最后起爆底眼，实现抛渣。

2、装岩提升

装岩与提升是斜井井筒掘进的主要环节，直接影响着掘进速度。二者占掘进循环的时间60%～70%，因此，国内外的斜井施工都强调装岩和提升的机械化程度及设备配套综合能力的发挥。

3、支护技术

斜井永久支护，上世纪七十年代前多采用料石砌碹和混凝土支架支护，广泛采用锚喷支护。采用锚喷支护时应重点解决好建立井口混凝土搅拌站、合理控制喷射工作风压、减少输料管的磨损和防止管道击穿、预防和处理管路堵塞等几个问题。

井筒立井

立井井筒工程是矿井建设的关键工程。我国立井井筒的特点：井筒深度大、断面积大、表土层厚、水文地质条件复杂。因此，导致施工难度大，施工技术复杂、施工工期长。虽然井筒工程量只占矿井建设工程量的5%左右，而施工工期却往往占建井总工期的40%～50%，而且凿井工程的总体布署，对后续工程会有很大影响。因此，提高立井施工机械化装备水平，采用先进的施工技术，做好井内涌水的综合治理，是加快凿井速度，缩短凿井工期，提高工程质量和工效的有效措施，也是加快矿井建设速度和缩短建井总工期的关键。

立井井筒一般要穿过表土与基岩两个部分，其施工技术由于围岩条件不同各有特点。表土施工方案选择主要考虑工程的安全，而基岩施工主要考虑施工速度。由于表土松软，稳定性较差，经常含水，并直接承受井口结构物的荷载。所以，表土施工比较复杂，往往成为立井施工的关键工程。

我国立井施工技术和机械化装备水平有了很大的提高。其中表土施工技术和施工水平也在不断进步。但在施工中仍然存在一些薄弱环节，尤其是深厚表土层中立井井筒的施工方法比较单一，施工技术还存在一些问题，制约着立井井筒的整体质量，因此必须认真总结经验，勇于创新，不断推进深厚表土层立井井筒的施工技术。

在立井井筒施工中，覆盖于基岩之上的第四纪冲积层和岩石风化带统称为表土层。由于表土层土质松软、稳定性差、变化大，且一般均有涌水；又因接近地表，直接承受井口构筑物的荷载，因此，对立井井筒施工方案的选择影响比较大。

表土通常是以土为骨架（主要是矿物和一些有机体），并和水、空气组成三相体，由于各个煤田的地质和水文条件的不同，土的结构性质（矿物成分和颗粒大小）、含水量、水压和渗透性，以及土层厚度和赋存关系等各项性能指标变化很大，反映在工程上的稳定性及施工时的难易程度差别也大。其中对土层稳定性起决定作用的是土质结构性质和含水情况，而水对土的稳定性影响是很大的，如井内涌水处理不当，不但影响施工速度和质量，往往造成井筒片帮、壁后空洞、地面塌陷，以至直接关系到施工的成败。

按表土土质的结构性质，我国煤田表土层可归纳为以下四类：

（1）松散性土层。主要由砾（卵）石、砂和粉砂等非粘结性土质组成，颗粒间无粘聚力，呈松散状态。土的颗粒愈大，透水性愈好，内摩擦力也愈大，其稳定性也增大。其中细粒砂土，在水量及水压增大时呈流动状态，稳定性很差，称流砂，它是施工中最难处理的土层。

（2）粘结性土层。主要由粘土及含砂量少的砂质粘土组成。土层致密，均匀坚硬，塑性强，透水性少，含水量少，稳定性好。

（3）大孔性表土。主要由多孔性黄土组成，大多为粉土颗粒，含有大量胶结物（石盐、石膏、碳酸钙等盐类）。在受水浸湿前，强度较高，压缩性小，能保持直立的边坡；但一遇到水，胶结物松解溶化，土层变软，易于沉陷坍塌而失去稳定性。

（4）其它特殊土层。主要包括膨胀土和岩石风化带。膨胀士主要由亲水性矿物组成，具有吸水膨胀和失水收缩的特点，如膨胀性大的粘土等。冲积层与基岩的交界处，常夹有一层岩石风化带。其岩层松散、强度低、透水性强，有的还遇水软化、膨胀、崩解（如华东地区的红层）。由于稳定性较差，在建井施工中，一般将它与第四纪冲积层一并考虑。

表土的物理力学性质，随着含水程度的变化而改变，水对不同类型的颗粒成分和结构性质的影响也是不一样的。水能使土变软、液化，使颗粒间粘结力和内摩擦力减小，变成塑性或流动状态；水在土中产生静（动）水压力，增强了土的流动性；含有自由碱、酸和盐的水，对表土起化学作用；水量愈大，水压愈大，浸水时间愈长，土的变形愈大，土的稳定性也愈差，所以在表土施工中对水的处理应特别重视。

工程中按表土稳定性将其分成两大类：

（1）稳定表土层。包括含非饱和水的粘土层、含少量水的砂质粘土层，无水的大孔性土层和含水量不大的砾（卵）石层等。

（2）不稳定表土层。包括含水砂土、淤泥层、含饱和水的粘土、浸水的大孔性土层、膨胀土和华东地区的红色粘土层等。

由于表土层并非单一土层，往往是不同性质土层的互层，对于表土施工，主要应考虑其中不稳定土层的施工方法和措施，因为这类土层将严重影响施工安全和施工速度。

井筒斜井

由于表土层土质松软、稳定性较差、一般有涌水，地质条件变化较大，斜井过表土距离长，因此安全快速地通过表土层尤其重要。斜井表土施工，一般采用明槽开挖的方法，应用该法时，最好要避开雨季，以免给施工带来困难。

1、明槽挖掘

在明槽施工之前，应根据具体的地质条件、土层状况、斜井倾角、地下水位、施工设备等条件确定斜井井口明槽的有关尺寸。

明槽的坡度值根据开挖方式和土壤的物理力学性质，即土壤的内摩擦角、粘着力、湿度、容重等参数来确定。

明槽的几何尺寸还取决于水的影响和掘砌速度的影响。在水的影响下，明槽周围土体的物理力学性质发生了变化，土体稳定性显著恶化，此时，应将明槽的槽壁坡度变缓。

为防止地面雨水流入明槽内，应在明槽四周挖掘环形排水沟。若在雨季开挖明槽，应考虑在明槽上部搭设防雨棚，并做好汛期防洪工作。必要时在明槽四周修筑土堤挡水。主排水水沟一般设置在施工区边缘或道路两旁，施工过程中应保持排水沟的畅通，必要时应设置涵洞。

在明槽开挖过程中，槽底面低于地下水位时，地下水会不断地渗入明槽内，造成施工条件的恶化。为此在明槽开挖前应根据水文状况采用井点降水和槽内排水。

明槽属于临时性挖方边坡，其挖掘的速度应尽量快，维护的时间应尽量短，以保证明槽周围土体的稳定。明槽坡面上如有局部渗入地下水时，应在渗水处设置过滤层，防止土粒流失。为排出明槽中的积水，在槽底两侧设排水沟，在明槽前端设集水坑，用水泵排出明槽进入主排水沟。当土体稳定性较差，明槽开挖较深，地下水丰富，容易发生流砂时，可采用井点降水法，使地下水降至明槽槽底面以下，从而渗水不能流入明槽内而保持土体稳定。

2、深表土掘砌方法

我国煤田的表土层多为第四纪冲积层，其稳定性受分布地域的影响较大。即使同一地域的表土层，也因土质结构性质、含水量、渗透性等不同而差异较大。其中，稳定性表土层的斜井施工比较简单，一般采用普通法施工。当斜井掘进跨度小于5.0m 时，可全断面一次掘进短段掘砌施工；当斜井掘进宽度大于5.0m 时，可采用中央导硐或两侧导硐施工法。

不稳定性表土，是指含水的砾石、砂、粉砂组成的松散性表土、流砂或淤泥层，对于这类地层一般必须采用特殊方法施工：

当不稳定表土层埋深不超过10m 时，多采用板桩法；

当涌水量较大时需配合工作面超前小井降水和井点降水的综合措施来施工；

当含水砂层埋深在20m 以内时，可采用沉井法施工，如山东井亭煤矿斜井；

当涌水量大，流砂层厚，地质条件复杂，一般流砂层厚30-50m 时，可采用混凝土帷幕法施工，如辽源梅河立井斜井；

在深厚不稳定表土层中也可以使用注浆法施工，如镇城底煤矿副斜井，采用水泥、水玻璃双液注浆，顺利通过涌水量大（156.64m3/h）的厚卵石层（12.9m）。

以往冻结法在斜井施工中应用较少，其原因是斜井冻结技术较立井冻结技术复杂，经济效果也不如立井。但从斜井开拓和立井开拓的建井、生产总体效益相比，斜井优于立井。

随着冻结技术的推广应用和斜井开拓及斜井-立井综合开拓的日益增多，深厚表土中的斜井冻结法施工，将更为普遍。在深厚表土斜井施工中，其永久支护的形式多为料石砌碹、混凝土砌碹、钢拱架及锚网喷支护等。

利用水冻结成冰这一现象，通过制冷机组及其他辅助设施，在井筒周围冻结形成一个不透水的筒状冻结壁，井筒开挖在冻结壁的保护下进行，《深立井井筒冻结工法》的显著特点如下：

1.极大地改善了井筒施工条件

因冻结壁隔断了地下水与井筒开挖工作面的联系，使井筒掘进工作环境大为改观，取消了排水设施，省去了排水费用，改善了施工环境。

2.解决了普通法凿井难以解决的问题

当井筒地质条件复杂，井筒穿过流砂、淤泥、深厚黏土等不稳定地层，采取其他施工方法难以通过时，冻结法是顺利通过特殊地层的最有效手段。

3.极大地提高掘进速度

因井筒掘砌环境的改善，排水等辅助设施的取消，使井筒掘进速度大为提高。

4.适用范围广

利用冻结原理，该工法可广泛应用于地铁、桥涵、港口、深基础及其他地下工程建设中。