教学课件：第九章立井开凿讲解

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1、采煤概论采煤概论第三篇第三篇 井巷掘进与支护井巷掘进与支护第八章第八章 立井开凿立井开凿v立井又称竖井，是矿井井下通往地面的主要出口，是用来提升有用矿物、上下人员，下方材料设备和通风排水的垂直巷道。v分类：罐笼井、箕斗井、风井 第一节第一节 立井断面形状与尺寸立井断面形状与尺寸一、立井断面形状一、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、井颈、井身、井底井身、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

2、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。第一节第一节 立井断面形状与尺寸立井断面形状与尺寸立井井筒的组成立井井筒的组成1-翻笼硐室；翻笼硐室；2装载硐室装载硐室 第一节第一节 立井断面形状与尺寸立井断面形状与尺寸二、立井断面尺寸二、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晋级，净直径6.5m以上特殊布置的井筒或小煤窑井筒不在此限。井筒断面布置方式井筒断面布置方式1箕斗；箕斗；2罐笼；罐笼；3梯子间；梯子间；4管路电缆间；管

3、路电缆间；5罐道梁；罐道梁；6罐道；罐道；7钢丝绳罐道；钢丝绳罐道；8防坠钢绳防坠钢绳 第二节第二节 立井普通开凿法立井普通开凿法v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。v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，如图所示。第二节第二节 立井普通开凿法立井普通开凿法立井井筒施工示意图立井井筒施工示意图1天轮；天轮；2凿井井架

4、；凿井井架；3卸矸台；卸矸台；4排水管；排水管；5井盖门；井盖门；6混凝土搅拌机；混凝土搅拌机；7封口盘；封口盘；8混凝土输送管；混凝土输送管；9固定盘；固定盘；10吊泵通过口；吊泵通过口；11吊盘上层盘；吊盘上层盘；12壁座；壁座；13气动绞车；气动绞车；14吊盘下层盘；吊盘下层盘；15金属模板；金属模板；16吊泵；吊泵；17抓岩机；抓岩机；18吸水龙头；吸水龙头；19卸矸溜槽；卸矸溜槽；20溜槽闸门；溜槽闸门；21临时轨道；临时轨道；22矿车；矿车；23扇风机；扇风机；24压风机房；压风机房；25稳车；稳车；26提升机房；提升机房；27风筒；风筒；28滑架与保护伞；滑架与保护伞；29稳绳；

5、稳绳；30提升钩头；提升钩头；31吊盘裤叉绳；吊盘裤叉绳；32喇叭口；喇叭口；33吊盘定位丝杠；吊盘定位丝杠；34输送混凝立的活节管；输送混凝立的活节管；35压风管；压风管；36吊盘折页；吊盘折页；37分风器；分风器；38风筒卡子；风筒卡子；39挂钩；挂钩；40井圈；井圈；41背板；背板；42撑柱；撑柱；43吊桶吊桶 第二节第二节 立井普通开凿法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

6、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48m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34m，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。第二节第二节 立井普通开凿法立井普通开凿法一、准备工作一、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

7、算，按设计要求进行施工准备。抓好风、水、电、路这些关键环节二、表土施工二、表土施工覆盖在基岩上部直至地表的第四纪、第三纪风化沉积的土、砂、砾石层，统称为表土层表土层。表土挖掘工作应尽量实现机械化，以提高表土段井筒的施工速度和减轻工人的劳动强度。当机械化条件不具备时，亦可用铁锹、风镐或打眼放炮等简单工具和方法。步骤：1.在井筒附近打钻孔取岩心，验证地质资料是否准确；2.以测量方法定出井筒十字中心线，并按照井口布置图放好线；3.安设锁口圈；4.挖掘表土。第二节第二节 立井普通开凿法立井普通开凿法 第二节第二节 立井普通开凿法立井普通开凿法三、立井基岩施工三、立井基岩施工v(一)钻眼爆破工作在立井掘

8、进中，凿岩爆破工作是一项主要工序，约占整个循环时间的2030。v1凿岩设备立井钻眼用风钻，与岩巷掘进相似，只是立井打眼是由上向下钻进，所以进行机械化凿岩时，通常是采用吊架(又称钻架)。第二节第二节 立井普通开凿法立井普通开凿法v2.爆破工作1)炸药和雷管的选用 立井掘进中多有涌水，岩石又比较坚硬，应选用抗水炸药和采取防潮措施。采用毫秒雷管爆破比普通段发雷管起爆效果好。2)炮眼直径和深度 我国现场采用的炮眼直径多为3842mm，药包直径为3235mm。眼深一般1.22.0m，少数可达3.04.5m。3)炮眼数目及排列 一般是先确定炮眼排列方式，再根据排列方式确定眼数。4)装药、联线、放炮和通风

9、多用串装药，即将每个炮眼内全部药卷先在地面装入特制的防水纸筒内，在工作面装药时，将长药卷次装入眼内，做到安全和保证爆破效果，还可以缩短井下装药时间。第二节第二节 立井普通开凿法立井普通开凿法v(二)立井掘进的装岩、提升和排水v1装岩工作v装岩是立井掘进中最繁重最费时的工序，约占循环时间的60%。v2提升工作v一般使用的提升容器是吊桶，若提升速度不变，提升能力和吊桶容积成正比。矸石吊桶容积一般为0.53.0m3；国外已有48m3大吊桶。v加大吊桶容积需有大型提升设备，最好利用永久提升设备。v3排水工作v若涌水量小于8m3h,可用压气泵将水排入吊桶带走；若涌水量每小时在850m3 h中间时，可用吊

10、泵排水；涌水量再大时，应设中间泵房，中间截水，进行多段排水。v此外，在井筒掘进过程中，还应有良好的照明和信号设备。第二节第二节 立井普通开凿法立井普通开凿法靠壁式抓岩机示意图1抓斗；2抓斗钢丝绳；3斜梁；4拉杆；5悬吊钢丝绳；6提升油缸；7折臂油缸；8回转油缸；9固定锚杆 第二节第二节 立井普通开凿法立井普通开凿法v(三)立井掘进基岩施工作业方式v立井施工时，若掘进和砌壁两大工序按先后顺序在同一井段内进行时称为单行作业。若分别在相邻两井段内同时作业，称为并行作业。v当井深大于300m时，还可试用一次成井，即掘进、永久支护和设备安装3个主要工序分别在3个井段中同时进行，一次完成井筒工程。v(四)

11、施工组织v立井施工工期占矿井建设总工期的25%-30%，实践证明正规循环作业、多工序平行交叉作业和工种岗位责任制是行之有效的科学组织形式。第三节第三节 特殊凿井方法特殊凿井方法v当遇到流沙、淤泥等不稳定土层时，为实现打干井，并能顺利凿井，就要利用特殊施工方法。v一、冻结法一、冻结法实质是为了防止大量涌水和流沙流向井筒掘进工作面，在井筒开掘之前预先在井筒外围由地表钻一圈冻结孔，孔距为1.01.2m，孔径为200250mm，孔深应穿过风化带进入不透水的稳定基岩10m以上。在冻结孔内安装底端封闭的冻结管，并送入由地面冻结站制成的2025的盐水，盐水在冻结管中循环并吸收周围土层的热量，使土冻成一个个圆

12、柱，并逐渐扩大交圈而互相连接成一个密闭而坚固的圆筒，然后在这个冻土圆筒的保护下进行井筒掘砌。第三节第三节 特殊凿井方法特殊凿井方法v二、钻井法二、钻井法是利用回转式钻机，将井筒全断面一次钻成或者是分次扩孔钻成，依靠井内充满的泥浆护壁，利用泥浆循环冲洗工作面和提升岩屑，井筒钻成后在泥浆中悬浮下沉井壁进行永久支护。钻井法有钻进、洗井、下沉井避和壁后注浆固井几个主要工艺过程。v三、沉井法三、沉井法沉井法就是在土层开挖前，把预制好的永久井壁，按井筒位置沉入土中，然后在它的保护下进行掘进。这种方法可节省临时支护，所通过的土层可比板桩法厚些。1井壁；2刃角；3垫木；4导向木；5撑木；6、7钢牡绳 第三节第

13、三节 特殊凿井方法特殊凿井方法 第三节第三节 特殊凿井方法特殊凿井方法v四、注浆法四、注浆法注浆法是将胶结材料配制成浆液注入地层的裂隙或空洞中去，浆液凝结硬化后堵塞孔隙，裂隙或溶洞，从而达到封闭水源或加固地层的目的。南非的注浆深度已达1500m。根据注浆地点不同分为地面预注浆和工作面预注浆。地面预注浆钻孔布置示意图地面预注浆钻孔布置示意图d井筒掘进直径；井筒掘进直径；d34m钻孔布置直径钻孔布置直径 第三节第三节 特殊凿井方法特殊凿井方法v工作面预注浆是从正在掘进的井筒工作面打若干1220m深的眼，用泥浆泵把水泥浆压入钻孔内，使水泥浆沿岩层裂缝扩散开去，凝固后塞注裂缝，使水不能流到工作面。工作

14、面预注浆示意图1浆液搅拌机；2注浆泵；3输浆管；4高压软管；5、6、7阀门；8注浆孔导向管；9混凝土止水垫，10砖层；11砂浆层；12油毡层；13砾石层；14泄水木盒；15压力表；16卸浆管；17水泵吸水管；18砾石层注浆管 第四节第四节 立井井筒延伸立井井筒延伸v井筒延深就是将原打井筒加深的工作。根据井筒延深工作面的推进方向，立井井筒延深施工方案基本上可分为自上而下、自下而上或自上、下同时进行延深等几种方案。第四节第四节 立井井筒延伸立井井筒延伸v一、辅助水平延深井筒一、辅助水平延深井筒这种方法使用较多，它是由生产水平通过暗斜(立)井到达所需延深的井筒之下，建立延深辅助水平，开凿一些为延深井

15、筒服务的巷道和硐室，然后在此水平上进行井筒延深工作。这种方法对生产影响小，可独立延深主井或副井井筒。徐州局权台矿用此法延深了主、副井井筒。利用辅助水平延深井筒需开掘较多巷道，矸石提升和材料下放也要经几次转运。所以，只有在井筒中没有足够的空间或梯子间作延深间，井底车场中没有设置提升机硐室的位置或运输延深所出矸石妨碍正常生产时，才可用这种方法。第四节第四节 立井井筒延伸立井井筒延伸v二、延深间延深井筒二、延深间延深井筒若矿井设计时已考虑井筒延深问题而留有延深间，或者井筒内梯子间断面较大时，可以采用这种方法。利用延深间或梯子间延深井筒 第四节第四节 立井井筒延伸立井井筒延伸v三、反向延深井筒三、反向延深井筒 v这个方案有普通反井延深和吊罐反井延深等，其使用条件是新水平必须事先开拓出部分车场巷道，并以石门或平巷通达井筒中心。利用反井延伸示意图1已掘井筒；2车场巷道；3反井；4刷大井筒工作面；5通往新水平的下山v思考题：v1.立井井筒由哪几部分组成？v2.立井断面形状和断面尺寸如何确定？v3.立井普通施工法在施工阶段需设置什么设施，并简述其功能？v4.简述立井基岩施工的步骤？v5.常用的特殊凿井方法有几种？简述其特点。v6.简述钻井法凿井的主要工艺过程。v7.常用的立井井筒延伸方案有几种，并简述各自的施工特点。