采矿课件第九章立井开凿

河南理工大学

《采煤概论》精品课程第三篇井巷掘进与支护第9章立井开凿

本章主要内容第9章立井开凿第一节立井断面形状及尺寸第二节立井普通开凿法第三节特殊凿井方法第四节立井井筒延深思考题第一节立井断面形状与尺寸一、立井断面形状立井井筒断面分纵断面与横断面。纵断面中有井颈、井身、井底三个部分。横断面形状有圆形、矩形和椭圆形等。横断面的形状根据井筒的用途、服务年限、井筒穿过岩层的性质及所用的支护材料确定。立井多采用圆形断面，这是因为煤矿井筒所通过的地层多数不够稳定，而圆形断面既便于施工又易于维护，还可承受较大的地压。地压小、服务年限不超过15a的小型矿井，有时采用矩形和多角形断面。椭圆形断面一般在改建、扩建旧的矩形断面小井时应用。图9-1立井井筒的组成1-翻笼硐室；2—装载硐室第一节立井断面形状与尺寸二、立井断面尺寸立井撕面尺寸的大小决定于井筒的用途、设备和所需要通过的风量。为便于采用标准设计，我国煤矿立井净直径按0.5m进级，净直径6.5m以上特殊布置的井筒或小煤窑井筒不在此限。井筒断面布置方式大致有图9-2中的几种。图9-2井筒断面布置方式1－箕斗；2—罐笼；3—梯子间；4—管路电缆间；5—罐道梁；6—罐道；7—钢丝绳罐道；8—防坠钢绳第二节立井普通开凿法目前，立井施工主要还是凿岩爆破为主的普通施工法。立井施工过程可分为准备工作，表土施工和基岩施工三个部分。在表土施工中，破岩容易，而支护却十分复杂。在基岩中掘进，破岩比较困难，需钻眼爆破，而支护并不太困难。准备工作是为顺利进行表土和基岩施工不可缺少的一步，应该周密细致的考虑和实施。立井在正常施工阶段，要安装专用凿井井架，并自上而下设置下述供施工用的设施，如图9-3所示。图9—3立井井筒施工示意图1—天轮；2—凿井井架；3—卸矸台；4—排水管；5—井盖门；6—混凝土搅拌机；7—封口盘；8—混凝土输送管；9—固定盘；10—吊泵通过口；11—吊盘上层盘；12—壁座；13—气动绞车；14—吊盘下层盘；15—金属模板；16—吊泵；17—抓岩机；18—吸水龙头；19—卸矸溜槽；20—溜槽闸门21—临时轨道；22—矿车；23—扇风机；24—压风机房；25—稳车；26—提升机房；27—风筒；28—滑架与保护伞；29—稳绳；30—提升钩头；31—吊盘裤叉绳；32—喇叭口；33—吊盘定位丝杠；34—输送混凝立的活节管；35—压风管；36—吊盘折页；37—分风器；38—风筒卡子；39—挂钩；40—井圈；41—背板；42—撑柱；43—吊桶

第二节立井普通开凿法凿井井架是专门用于开凿立井而设立的井架，多为装配式金属凿井井架天轮平台井筒内的设备和管路一般均用钢丝绳绕经天轮平台上的天轮由地面稳车悬吊，管路每隔一定距离用专用管卡固定在悬吊钢丝绳上。卸矸台矸石吊桶提至卸矸台上方卸矸，使矸石沿倾斜溜槽装入自翻矿车或汽车，运至排矸地点。封口盘又称井盖，设在井颈上端，用作升降人员、设备、下放材料和拆装各种管路的工作平台。同时，又是保护井上、下工作人员的安全结构物，要求坚固严密。固定盘为了安全，在封口盘下4～8m处还应设置一道固定盘，用梯子和井口相连。吊盘吊盘是进行井筒永久支护施工的工作盘，为金属结构，用一根或两根钢丝绳悬吊在地面稳车上。为使其稳定不翻盘，可做成双层，间距3～4m，根据需要可以升降。稳车稳车设于地面，用于悬吊吊盘、吊泵和各种管路等设备和拉紧稳绳。第二节立井普通开凿法一、准备工作工程地质、水文地质勘探资料作为设计依据，编制施工组织设计和施工预算，按设计要求进行施工准备。抓好风、水、电、路这些关键环节第二节立立井井普通开开凿法二、表土土施工覆盖在基基岩上部部直至地地表的第第四纪、、第三纪纪风化沉沉积的土土、砂、、砾石层层，统称称为表土土层。表土挖掘掘工作应应尽量实实现机械械化，以以提高表表土段井井筒的施施工速度度和减轻轻工人的的劳动强强度。当当机械化化条件不不具备时时，亦可可用铁锹锹、风镐镐或打眼眼放炮等等简单工工具和方方法。第二节立立井井普通开开凿法三、立井井基岩施施工(一)钻钻眼爆破破工作在立井掘掘进中，，凿岩爆爆破工作作是一项项主要工工序，约约占整个个循环时时间的20～30％。。1．凿岩岩设备立井钻眼眼用风钻，与岩巷巷掘进相相似，只只是立井井打眼是是由上向向下钻进进，所以以进行机机械化凿凿岩时，，通常是是采用吊架(又称钻钻架)。。第二节立立井井普通开开凿法2.爆破破工作1)炸药药和雷管管的选用用立井掘进进中多有有涌水，，岩石又又比较坚坚硬，应应选用抗抗水炸药药和采取取防潮措措施。采采用毫秒秒雷管爆爆破比普普通段发发雷管起起爆效果果好。2)炮眼眼直径和和深度我国现场场采用的的炮眼直直径多为为38～～42mm，药药包直径径为32～35mm。。眼深一一般1.2～2.Om，少数数可达3.0——4.5m。3)炮眼眼数目及及排列一般是先先确定炮炮眼排列列方式，，再根据据排列方方式确定定眼数。。4)装药药、联线线、放炮炮和通风风多用串装装药，即即将每个个炮眼内内全部药药卷先在在地面装装入特制制的防水水纸筒内内，在工工作面装装药时，，将长药药卷—次次装入眼眼内，做做到安全全和保证证爆破效效果，还还可以缩缩短井下下装药时时间。第二节立立井井普通开开凿法(二)立立井掘进进的装岩岩、提升升和排水水1．装岩岩工作装岩是立立井掘进进中最繁繁重最费费时的工工序，约约占循环环时间的的60%。抓岩机抓岩生产产率是单单位时间间内把矸矸石装入入吊桶的的石方量量，用m3/h表示。。岩石较较松软，，岩块小小而均匀匀，抓斗斗就易于于插入、、合拢、、抓得满满，效率率就高。。图9—10靠靠壁式式抓岩机机示意图图1—抓斗斗；2——抓斗钢钢丝绳；；3—斜斜梁；4—拉杆杆：，5—悬吊吊钢丝绳绳；6—提升升油缸；；7—折折臂油缸缸；8——回转油油缸；9—固定定锚杆图9—9NZQ2—0.11型型抓岩机机1—机体体；2——抓斗气气缸；3—活塞塞；4——双层活活塞杆；；5—铰铰链板；；6—片片；7——小轴；；8—起起重器气气虹；9—活塞塞；10—活塞塞杆；11—护护绳环；；12——钢丝绳绳；13、14—配配气阀第二节立立井井普通开开凿法2．提升升工作一般使用用的提升升容器是是吊桶，若提升升速度不不变，提提升能力力和吊桶桶容积成成正比。。矸石吊吊桶容积积一般为为0.5～3.Om3；国外已已有4～～8m3大吊桶。。加大吊桶桶容积需需有大型型提升设设备，最最好利用用永久提提升设备备。3．排水水工作若涌水量小于于8m3／h,可用压压气泵将水排排入吊桶带走走；若涌水量量每小时在8～50m3／h中间时，，可用吊泵排排水；涌水量量再大时，应应设中间泵房房，中间截水水，进行多段段排水。此外，在井筒筒掘进过程中中，还应有良良好的照明和和信号设备。。第二节立立井普通开凿凿法砌筑永久支架架使用的材料料有料石、浇浇灌混凝土、、喷射混凝土土等。1．料石砌璇璇2．整体混凝凝土井壁施工工1)测量2)立模3)混凝土输输送4)接茬3．喷射混凝凝土井壁施工工第三节特特殊凿井方法法当遇到流沙、、淤泥等不稳稳定土层时，，为实现打干干井，并能顺顺利凿井，就就要利用特殊殊施工方法。。一、板桩法板桩法是在土土层开挖前，，预先将板桩桩沿井筒周边边外缘密集的的打入土中，，然后在它的的保护下进行行掘进。图9—13斜斜板桩法法掘进立井1—木质板桩桩；2—井圈圈；3一槽铁铁圈第三节特特殊凿井方法法二、沉井法沉井法就是在在土层开挖前前，把预制好好的永久井壁壁，按井筒位位置沉入土中中，然后在它它的保护下进进行掘进。这这种方法可节节省临时支护护，所通过的的土层可比板板桩法厚些。。图9——14沉沉井井法法掘掘进进立立井井1——井井壁壁；；2——刃刃角角；；3——垫垫木木；；4——导导向向木木；；5——撑撑木木；；6、、7——钢钢牡牡绳绳第三三节节特特殊殊凿凿井井方方法法三、、注注浆浆法法注浆浆法法是是将将胶胶结结材材料料配配制制成成浆浆液液注注入入地地层层的的裂裂隙隙或或空空洞洞中中去去，，浆浆液液凝凝结结硬硬化化后后堵堵塞塞孔孔隙隙，，裂裂隙隙或或溶溶洞洞，，从从而而达达到到封封闭闭水水源源或或加加固固地地层层的的目目的的。。南南非非的的注注浆浆深深度度已已达达1500m。。根根据据注注浆浆地地点点不不同同分分为为地地面面预预注注浆浆和和工工作作面面预预注注浆浆。。图9——15地地面面预预注注浆浆钻钻孔孔布布置置示示意意图图d——井井筒筒掘掘进进直直径径；；d±±3～～4m——钻钻孔孔布布置置直直径径第三三节节特特殊殊凿凿井井方方法法工作作面面预预注注浆浆是是从从正正在在掘掘进进的的井井筒筒工工作作面面打打若若干干12～～20m深深的的眼眼，，用用泥泥浆浆泵泵把把水水泥泥浆浆压压入入钻钻孔孔内内，，使使水水泥泥浆浆沿沿岩岩层层裂裂缝缝扩扩散散开开去去，，凝凝固固后后塞塞注注裂裂缝缝，，使使水水不不能能流流到到工工作作面面。。图9——16工工作作面面预预注注浆浆示示意意图图浆液液搅搅拌拌机机；；2——注注浆浆泵泵；；3——输输浆浆管管；；4——高高压压软软管管；；5、、6、、7——阀阀门门；；8——注注浆浆孔孔导导向向管管；；9——混混凝凝土土止止水水垫垫，，10——砖砖层层；；11——砂砂浆浆层层；；12——油油毡毡层层；；13——砾砾石石层层；；14——泄泄水水木木盒盒；；15——压压力力表表；；16——卸卸浆浆管管；；17——水水泵泵吸吸水水管管；；18——砾砾石石层层注注浆浆管管第三三节节特特殊殊凿凿井井方方法法四、、混混凝凝土土帷帷幕幕凿凿井井法法是在在井井筒筒位位置置的的周周围围用用机机械械分分段段钻钻成成槽槽孔孔，，并并钻钻入入基基岩岩一一定定深深度度(3～～5m)，，钻钻孔孔时时用用泥泥浆浆护护孔孔，，每每钻钻出出一一小小孔孔就就在在泥泥浆浆中中自自下下而而上上灌灌注注混混凝凝土土，，最最后后使使各各槽槽孔孔的的混混凝凝土土互互相相紧紧密密的的衔衔接接起起来来，，形形成成一一个个圆圆筒筒状状混混凝凝土土帷帷幕幕。。这这时时开开挖挖井井筒筒，，外外部部水水砂砂被被截截不不致致流流入入井井内内掘掘进进工工作作面面，，从从而而使使井井筒筒顺顺利利通通过过含含水水的的松松散散不不稳稳定定地地层层。。鹤岗矿务务局目前前混凝土土帷幕深深度已达达57m，顺利利通过流流砂层，，与其它它凿井法法比较，，施工速速度快，，成本较较低。在在国外，，德国帷帷幕深度度已达100m以上。。第三节特特殊殊凿井方方法五、冻结结法实质是为为了防止止大量涌涌水和流流沙流向向井筒掘掘进工作作面，在在井筒开开掘之前前预先在在井筒外外围由地地表钻一一圈冻结结孔，孔孔距为1.0～～1.2m，孔孔径为200——250mm，，孔深应应穿过风风化带进进入不透透水的稳稳定基岩岩10m以上。。在冻结结孔内安安装底端端封闭的的冻结管管，并送送入由地地面冻结结站制成成的—20℃～～—25℃的盐盐水，盐盐水在冻冻结管中中循环并并吸收周周围土层层的热量量，使土土冻成一一个个圆圆柱，并并逐渐扩扩大交圈圈而互相相连接成成一个密密闭而坚坚固的圆圆筒，然然后在这这个冻土土圆筒的的保护下下进行井井筒掘砌砌。第三节特特殊殊凿井方方法六、钻井井法是利用回回转式钻钻机，将将井筒全全断面一一次钻成成或者是是分次扩扩孔钻成成，依靠靠井内充充满的泥泥浆护壁壁，利用用泥浆循循环冲洗洗工作面面和提升升岩屑，，井筒钻钻成后在在泥浆中中悬浮下下沉井壁壁进行永永久支护护。它是是一种全全面机械械化施工工方法，，我国淮淮北某矿矿曾创月月进57.46m的好好成绩。。钻井法有有钻进、洗洗井、下下沉井避避和壁后后注浆固固井几个主要要工艺过过程。第四节立立井井井筒延延深井筒延深深就是将将原打井井筒加深深的工作作。根据据井筒延延深工作作面的推推进方向向，立立井井井筒延深深施工方方案基本本上可分分为自上上而下、、自下而而上或自自上、下下同时进进行延深深等几种种方案。。一、自上上向下延延深井筒筒这种方案案又分为为利用生产产设备延延深井筒，利用延深深间、梯梯子间延延深井筒筒和利用用辅助水水平延深深井筒等几几种方法法。第四节立立井井井筒延延深(一)利利用辅助助水平延延深井筒筒这种方法法使用较较多，它它是由生生产水平平通过暗暗斜(立立)井到到达所需需延深的的井筒之之下，建建立延深深辅助水水平，开开凿一些些为延深深井筒服服务的巷巷道和硐硐室，然然后在此此水平上上进行井井筒延深深工作。。这种方方法对生生产影响响小，可可独立延延深主井井或副井井井筒。。徐州局局权台矿矿用此法法延深了了主、副副井井筒筒。利用辅助助水平延延深井筒筒需开掘掘较多巷巷道，矸矸石提升升和材料料下放也也要经几几次转运运。所以以，只有有在井筒筒中没有有足够的的空间或或梯子间间作延深深间，井井底车场场中没有有设置提提升机硐硐室的位位置或运运输延深深所出矸矸石妨碍碍正常生生产时，，才可用用这种方方法。图9-19某某矿主、、副井筒筒延深的的巷道布布置1—副井井;2——主井;3—生生产水平平井底车车场;4—回风风暗立井井;5——绳道;6—延延深用绞绞车房;7—运输输支线;8—暗暗斜井绞绞车房;9—暗暗斜井;10——延深辅