第十一章--立井井筒施工

立井开凿简介一．井筒分类（主井、副井、风井）1．主井提升煤炭箕斗2．副井提升矸石、上下人员、设备、材料、进风罐笼3．风井回风、安全出口梯子二、井筒结构1.井颈：井筒井口以下、井壁需要加厚的一段井筒。⑴深度：15～20m⑵壁厚：一般取1.0-1.5m。钢筋混凝土井壁，（上段1.0~1.5m，中段0.6～0.9m，下段0.4~0.7m）。2.井身：井颈以下到井底车场水平以上的一段井筒。（它是井筒的主干部分，多位于基岩中。若表土层厚度大有一部分井身会落在表土之中。）3.井底：井底车场以下的井筒部分，又称井窝。副井（罐笼）10m，主井（箕斗）35～75m，风井4～6m。立井开凿的方法：1、普通凿井法：表土层稳定。2、特殊凿井法：有含水层及流沙层。立井开凿的施工阶段：准备工作表土施工：尽量采用机械化，一般采用长井段掘砌顺序作业（井筒段高为20-40m，由上向下掘进，由下向上砌壁。）；表土稳定性差时用短井段方式其井段高1-6m。水电供应、道路畅通建筑房屋备足材料进行测量三．施工特点1.施工工序复杂2、设备多需悬吊3、工作空间狭小4、安全没要求严格要求：应建立完善的劳动组织管理制度基岩施工1、施工工序：主要工序：破、装、提、支辅助工序：通风、排水、测量各工序的完成顺序：钻眼爆破、通风、装岩、提升岩石、支设临时支架。2、钻眼爆破：炮眼布置：1、呈同心圆，3-5圈（主要取决于岩石性质和井筒直径），分别为掏槽眼、辅助眼和周边眼。2、眼深2-3m。起爆器材：电雷管、发爆器（也可用动力电源起爆）炸药：需采用矿用抗水炸药（硝酸铵、硝化甘油）要求：放炮前人员必须撤离、设备也提升到安全地点、放炮后15-30min要进行通风后，人员方可进入。基岩施工3、装岩工作：采用抓岩机。4、提升工作：最常用的工具是吊桶。5、排水：采用吊桶或专用水泵（由用水量决定），待水下降至岩面以下方可装岩。6、通风：与平巷掘进的通风方式相同。（常用的通风方式是压入式通风）通风方式：压入式抽出式混合式爆破工作1．爆破器材抗水炸药：水胶炸药或抗水岩石硝铵炸药雷管：8号秒延期放炮电源：380v或220v交流电源2.爆破参数辅助眼间距0.8～1.2m周遍眼W＝0.5～0.6，E＝0.4～0.6m圈距0.7～1.0m直眼掏槽圈径1.2～2.2m装药方式和爆破网路：柱状连续装药3.放炮安全四．装岩提升：循环时间的50～60％㈠装岩工作1.机械化装岩机⑴中心回转装岩机HZ-4（30m3/h）HZ-6（50m3/h）（6~7m直径）HZ-10（80m3/h）（7.5m直径以上）⑵环行轨道装岩机HH-4（50m3/h）2HH-6（80-100m3/h）（6.5~8m直径）⑶靠壁式装岩机（冶金系统）（HK-4,6）2.人工操作装岩机⑴NZQ2—0.11（12m3/h）⑵长绳悬吊装岩机HS—2（20m3/h）HS—6（50m3/h）（5~8m直径）提升机构支撑装置吊盘底层盘回转机构机身及变幅激光司机室抓斗悬吊天轮专用绞车悬吊钢丝绳钢丝绳限位滑架吊盘供风管路抓斗控制电缆升降开关抓斗控制阀2004年8月，我国最大型凿井绞车JZ40/1300于在济南重工股份有限公司设计完成。悬吊天轮专用绞车悬吊钢丝绳钢丝绳限位滑架吊盘供风管路抓斗控制电缆升降开关抓斗控制阀提升及排矸吊桶—钩头—滑架—稳绳、提升钢丝绳—提升天轮—提升机1.提升机及提升方式：单钩提升、双钩提升通常情况下当吊桶为2m3、井筒深度400～600m时，单钩可选用JK－2.5/20、ZJK－3/20型提升机；双钩可选2JK－2.5/20、2JK－3/20型提升机；当吊桶为3m3、井筒深度600～800m时，单钩可选JKZ－2.8/15.5、ZJK－3.5/20、ZJK－3.5/15.5型提升机；双钩可选2JK－3/20、2JK－3/15.5、2JKZ－3/15.5型提升机；当吊桶为4m3、井筒深度800～1000m时，JK型新系列提升机已不能适应，只能选用JKZ型矿井凿井提升机，单钩可选取JKZ－2.8/15.5型提升机，双钩可选2JKZ－3/15.5、2JKZ－3.6/13.4型提升机。153.提升钢丝绳立井井筒施工中提升钢丝绳一般采用多层股不旋转圆形钢丝绳。钢丝绳直径一般根据提升的终端荷载、钢丝绳的最大悬长、钢丝绳钢丝的强度和安全系数进行计算确定。对于钢丝绳的安全系数，专门用于提升人员时不低于9；用于提升人员和物料时也不低于9；专门用于提升物料时不低于7.5。16容积m3外径m高度m桶梁直径mm重量kg2.03.04.05.01.451.651.851.851.351.651.702.10708090907281049153016902.吊桶：㈢通风工作风筒的直径一般为0.5～1.0m，可采用胶皮风筒、铁风筒和玻璃钢风筒，压入式通风采用胶皮风筒，抽出式通风采用铁风筒或玻璃钢风筒。风筒一般采用钢丝绳悬吊或者固定在井壁上，随着井筒的下掘而不断下放或延伸五．井筒支护㈠临时支护1.井圈背板：表土层或破碎带2.锚喷支护㈡永久支护——混凝土井壁1.模板：煤科院与平顶山建井处合作研制YJM－35型金属移动模板，直径6.8m、高度3.88m（有效高度3.5m）、重量17.2吨.三根钢丝绳悬吊、液压油缸脱摸立井井筒施工包括掘进、砌壁和安装三大工序井筒正式掘进之前，先在井口上方设置井架，在井架顶部安装天轮平台，在井架第一平台标高处安设卸矸平台。与此同时，掘进井筒上口一段井筒，安设临时锁口、封口盘、固定盘和吊盘，在井口四周安装凿井提升机、凿井绞车、悬吊凿井用的各种施工设备及管线；建筑凿井用的压风机房、通风机房和混凝土搅拌站等辅助生产车间。待一切准备工作完成后，即可进行井简的正式掘进工作。立井基岩施工主要采用钻眼爆破方法。根据井筒掘砌作业方式的不同，拆模、立模、浇较混凝土等砌壁工作可在掘进工作面或吊盘上进行。混凝土在地面井口搅拌站配制，经混凝土输送管或底卸式吊桶送至砌壁作业地点，当这段井筒砌好后，再转入下段井筒的掘进作业，依此往复循环直至井街最终深度。河北宣东二号矿年设计能力90万吨，最高月井创基岩段月进尺141米，打破当年全国记录山东许厂矿年设计能力150万吨，主、副井最高月成井110.8米和103.6米山西沙曲矿年设计能力300万吨，连续3个月破百米，最高月成井103.6米山东岱庄矿年设计能力150万吨，风井最高月成井191.6米，打破冻结段施工记录河北邢东煤矿年设计能力150万吨，副井井筒净径6米。深842.5米，仅用187天施工到底，平均月成井135.16米，连续7个月超百米。1999年在冻结段施工时月进212.6米，基岩段最高月成井190.8米，创造了三项全国第一，2000年该井获全国首届“太阳杯”奖，2001年10月由中国企业家联合会和中国企业家协会颁发了中国企业新记录证书。22山东唐口矿设计能力300万吨，山东唐口矿设计能力300万吨，副井φ7.0M，井深1061.2M。克服了断面大，地压地温高、涌水量大、岩石破碎重重困难，实现了超千米深井，当年开工当年到底，工程质量全优。在全井筒涌水量达80立方/h的条件下，有7个月成井超百米，冻结段最高月成井186米，基岩段最高月成井133米，全井筒平均有效月成井117米。二.不稳定表土—特殊法施工我国华东、华北等地区煤田的表土层含多层流砂，最大厚度近800m，一些矿区的基岩裂隙发育，涌水量也很大，在这样的地质条件下，用传统的普通掘砌技术进行井筒施工难于通过，必须采用特殊施工技术，制止涌水、增强岩土稳定性，才能确保工程的顺利进行。新中国建立以后，随着煤炭开采和表土深度的不断增大，各种特殊施工技术相继出现，经历了由简单到复杂、从零星到系统和由人工操作到机械化施工的发展过程。我国煤矿采用的特殊施工技术主要有：冻结法、钻井法、沉井法、注浆技术和混凝土帷幕法、降低水位法以及其它方法。用这些方法开凿的矿井井筒迄今已逾700个，由这些矿井所形成的煤炭生产能力超过2亿t，在煤炭工业发展中占有重要地位。随着施工、设计、科研和教学水平的不断提高，我国煤炭工业的特殊施工技术已跻身于世界前列。㈠沉井法用沉井法建成井筒的个数在特殊凿井各种方法中占第二位，仅次于冻结凿井法。1981年济宁矿区单家村煤矿主井应用触变泥浆淹水沉井技术，创造了下沉192.75m的国内最深的记录，沉井偏斜率仅0.69％。由于工艺简单、施工设备少、造价较低等优点，沉井法在国内外的地下工程中得到广泛巨用。日本的三井矿业公司开发海底煤田，用壁后气囊沉井法完成了4个深沉井。日铁矿业公司有明三井沉井的下沉深度达200.3m，偏斜率小于1％。原苏联在地铁和其它工业民用建筑中大量采用了触变泥浆沉井。上海在黄浦江引水工程、越江隧道和其它工程中都采用了大断面沉井的新工艺。沉井施工工艺：沉井法的施工工艺包括：施工准备工作、制作套井、砌筑井壁、破土排碴、沉井下沉、封底固井等主要工序。其中砌筑井壁和破土排碴工序与沉井下沉过程同时进行。控制沉井偏斜是关系沉井质量与成败的重要工作。封底固井和沉井与套井间的锁固工作，为沉井后的的井筒施工创造条件。⑴套井施工：是沉井正式施工前在井口的地表以下预先建造的直径稍大于沉井的一段井筒。套井一般为钢筋混凝土结构，少量为钢木结构。直径：比井筒直径大1.5m～2.0m深度：8～15m作用：①防止土层塌陷②导向、纠偏；③储存泥浆。⑵刃脚组装：要求：容易切入土层，减少下沉阻力，防止壁后的流沙和泥浆翻入井内。外台阶贮存泥浆或作为压气通道，减少沉井侧面阻力。⑶安装导向装置为保持沉井的垂直度，应十分重视下沉时的导向装置。蔡园副井在沉井与套井之间设有导向木装置，引导沉井垂直下沉。通常在开始，沉井处于垂直状态时，导向木与井壁间留有3cm的间隙。沉井一旦发生偏斜，即用木顶柱或油压干斤顶（30～50t）进行纠偏。⑷井壁砌筑沉井自重是下沉的主要动力，我国经验表明：沉井的下沉力应大于下沉阻力的1.15倍。因此，当下沉深度＜100m时，要求沉井井壁厚度为0.7～1.0m；下沉深度＞100m时，井壁厚度应为1.0～1.2m。井筒建成后，沉井井壁即成为永久井壁，为此它应具有足够的强度和不透水性。井壁内注水：平衡地下水压力，防止涌砂冒泥。壁后灌注泥浆：润滑井壁竖筋泥浆注浆管环箍环筋接茬混凝土块固定模板卡尺⑹封井固底：稳定井筒、防止继续（不均匀）下沉水下封底→沉井与套井间的封闭→壁后充填→注浆和砌筑刃脚基座⑸水下掘进与出矸：机械破土——抓斗、钻机或高压水枪压气排矸参考文献：1.丁日晓.徐州矿区浅表土层沉井施工经验.建井技术.2000年4月.第21卷第2期.8~11㈡钻井法140年历史，1854年德国工程师Kind采用冲击钻钻凿第一个直径4.25m，深度98m井筒。近几十年，德国大量采用钻井法钻凿风井和疏干井，仅莱茵褐煤公司钻进的疏干井就有2000多个，365000m。前苏联是应用钻井法的主要国家之一，1979年创造月成井160m的记录。美国1910年才引进钻井法，50、60年代出于地下核试验和其他工程的需要，钻井法得到广泛应用。仅美国原子能委员会内华达洲地下核试验场，在1960~1983年期间钻凿600多个，其中在阿留审群岛的井筒深达1829m。1969年元旦，我国第一口采用钻井法的是淮北朔里南风井，直径4.3m，深90m。典型工程有：淮南谢桥西风井，钻井深度464m，通过表土不稳定含水地层厚402m，最大钻井直径9.3m，成井直径7.0m；淮南潘三西风井，钻井深度508m，通过表土层440m，最大钻井直径9.0m，成井直径6.0m；建设的淮北许疃矿，主、副、风三个井筒都采用钻井法施工，其中主井和风井成井偏斜率分别为0.2‰和0.1‰，副井钻井直径9.0，成井直径6.8m。潘三西风井，成井直径6.0m，钻井直径9.0m，深度508.2m，穿过440m表土层，其中有168m强膨胀性粘土层，该井具有典型的代表性中煤特殊工程公司在山东巨野矿区龙固煤矿以井径5.7米，钻井深度582.75米，建成了主井1号井，打破了我公司所创造的安徽淮南潘集3号井西风井508米的全国大钻机建井记录，同时也