豎井施工及井壁支護(hù)

崔秀平

甘肅省白銀市平川區(qū)華能公司，甘肅白銀 730913

0 引言

豎井是地下礦山的主要井巷之一，是礦山生產(chǎn)期間用來(lái)提升礦石、上下人員和器材、通風(fēng)及排水的直通地面的通道。豎井工程進(jìn)展的快慢直接影響整個(gè)礦山施工進(jìn)度計(jì)劃和后續(xù)工程的開(kāi)工時(shí)間，對(duì)礦山、煤礦能否早日投產(chǎn)影響很大。因此加快豎井施工速度，提高工程質(zhì)量，對(duì)于保證基建礦山早日投產(chǎn)和礦山生產(chǎn)的正常進(jìn)行具有決定性的意義。

1 豎井施工

1.1 表土施工

在建井過(guò)程中，通常將覆蓋在地層上部的松散性沉積物和其下的巖石風(fēng)化帶稱為表土。

1.1.1 臨時(shí)鎖口的安設(shè)

在穩(wěn)定表土層中掘砌豎井，首先按設(shè)計(jì)的井口規(guī)范下挖1m～2m，然后安設(shè)臨時(shí)鎖口，用來(lái)固定井口位置和懸掛臨時(shí)支架。

1.1.2 表土挖掘及提升

安裝了臨時(shí)鎖口，做好臨時(shí)支護(hù)后，便可繼續(xù)下挖。在無(wú)水而穩(wěn)定的表層中，特別是在硬粘土層中，多采用全斷面分層下挖法；在有水的條件下，采用階梯式環(huán)挖法，先在井筒中央開(kāi)挖超前集水小井，以便降低水位、集中排水，然后挖掘其余部分。

1.1.3 臨時(shí)支護(hù)

表土層一般都比較松軟，承受井口周圍建筑物及構(gòu)筑物的壓力較大，井筒開(kāi)挖后在水的沖刷和風(fēng)化作用下，井版幫容易坍塌，因而隨著表土的開(kāi)挖必須及時(shí)架設(shè)可靠的臨時(shí)支護(hù)。表土施工中多采用由井圈、背板、掛鉤、頂柱和木楔組成的臨時(shí)支架。

1.1.4 水的處理

凡是表土施工中發(fā)生的片幫垮塌，井底涌砂冒泥，壁后形成空洞，進(jìn)而發(fā)展成為井壁開(kāi)裂脫落，地表塌陷等嚴(yán)重事故，大部分原因是對(duì)土層的水文地質(zhì)條件不夠了解，施工方法選擇不當(dāng)以及對(duì)水的處理不力所致。因此，除盡量避開(kāi)雨季施工外，還應(yīng)該根據(jù)情況采取地表防水、井幫導(dǎo)水、截水、以及工作面排水等措施。

1.2 豎井施工方案

1.2.1 掘進(jìn)單行作業(yè)

掘進(jìn)單行作業(yè)是將井筒至上而下分成若干個(gè)井段，在一個(gè)井段內(nèi)首先至上而下掘進(jìn)井筒，同時(shí)進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，待該端完成后，在至上而下進(jìn)行永久井壁的施工。

1.2.2 掘砌平行作業(yè)

其特點(diǎn)是砌壁、掘進(jìn)分別在相鄰的上下兩個(gè)井段內(nèi)同時(shí)進(jìn)行。掘砌平行作業(yè)能比較有效地用空間和時(shí)間，為提高成井速度提供了有效條件。但是這種作業(yè)方式需要的鑿巖設(shè)備較多，施工組織復(fù)雜，掘砌工作容易相互干擾，因此多用于圍巖穩(wěn)固、深度和斷面較大的井筒。

1.2.3 短段掘砌作業(yè)

短段掘砌作業(yè)的特點(diǎn)是段高較小，不需要臨時(shí)支護(hù)，掘砌工作在同一井段內(nèi)進(jìn)行。短段掘砌主要用于不夠穩(wěn)定的井筒。其優(yōu)點(diǎn)是圍巖暴露時(shí)間短，易于維護(hù)，省去了臨時(shí)支架。但井壁接茬多，不易保證質(zhì)量。

1.2.4 掘砌安一次成井

掘砌安一次成井是指在井筒掘砌的同時(shí)，進(jìn)行井筒設(shè)備的安裝，一次成井。掘砌安一次成井作業(yè)工序多，同時(shí)工作的人員及設(shè)備多，勞動(dòng)組織及施工管理更加復(fù)雜。要求掘進(jìn)安三項(xiàng)工作要互相協(xié)調(diào)，以免相互干擾。

1.3 基巖施工

基巖施工主要是由鑿巖、爆破、通風(fēng)、裝巖、臨時(shí)支護(hù)等工序組成。

1.3.1 鑿巖爆破

鑿巖爆破的工作一般占整個(gè)掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間的20%～30%。鑿巖工作的快慢直接影響掘進(jìn)速度，而爆破質(zhì)量的好壞直接影響裝巖效率、循環(huán)進(jìn)尺、斷面規(guī)格和質(zhì)量。

1.3.2 豎井掘進(jìn)通風(fēng)

豎井掘進(jìn)時(shí)主要采用局扇進(jìn)行通風(fēng)，通風(fēng)方式有壓入式、抽出式、混合式。爆破后產(chǎn)生的大量有害有毒氣體，因其溫度高，可沿井筒自然上升，故豎井掘進(jìn)時(shí)多采用壓入式通風(fēng)。由于抽出式通風(fēng)在豎井掘進(jìn)中排出污濁空氣的能力較差，因此只在只有瓦斯溢出的煤礦豎井中采用。在深井掘進(jìn)時(shí)，為迅速排走炮煙，可用兩套通風(fēng)機(jī)混合通風(fēng)。

1.3.3 裝巖

豎井掘進(jìn)中裝巖工作是一項(xiàng)即繁重又費(fèi)時(shí)的工序，為提高裝巖生產(chǎn)率，常常采用以下途徑：改變?cè)O(shè)備結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)維修保養(yǎng)，提高操作技術(shù)；采用深孔爆破，提高爆破效率；提高清底效率；適當(dāng)加大提升能力和吊桶容積。

1.3.4 井筒安裝

井筒安裝包括罐道梁、罐道、管道、電纜、梯子間及井底金屬支撐結(jié)構(gòu)等安裝。除了采用掘砌安一次成井外，都是在井筒掘砌完成后再進(jìn)行井筒安裝工作。主副兩井筒貫通后要交替進(jìn)行安裝工作。根據(jù)罐道梁和罐道等安裝時(shí)間的關(guān)系，一般可采用分次安裝和一次安裝兩種方式。

2 井壁支護(hù)

2.1 噴射混凝土支護(hù)

噴射混凝土支護(hù)的施工可將其混合料的運(yùn)輸、澆灌、搗固同一為一道工序，并免除了裝拆模板，又可通過(guò)輸料管越過(guò)障礙物向遠(yuǎn)距離的作業(yè)面進(jìn)行任意方位的噴射，工序簡(jiǎn)單，機(jī)動(dòng)靈活，具有廣泛的適應(yīng)性；噴射混凝土支護(hù)層屬于薄板結(jié)構(gòu)，一般約為普通混凝土支護(hù)厚度的一般或1/3，從而又可減小巷道的掘進(jìn)斷面10%～20%，還可減少掘進(jìn)工程量；可以節(jié)約為立模板耗費(fèi)的木材或鋼材，又能減少混凝土用量，其功效更可以提高3倍～4倍；噴射混凝土不僅可以用做永久支護(hù)，又可以和其他支架配合使用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，使其應(yīng)用的地點(diǎn)和條件獲得擴(kuò)展。因而，噴射混凝土支護(hù)是一種好快多省的支護(hù)。

噴射混凝土支護(hù)是把混凝土以高速、連續(xù)噴射到巖壁上，故噴射混凝土具有密實(shí)性能，水灰比小，強(qiáng)度較普通混凝土高；它還具有較強(qiáng)的粘結(jié)性能，這就是表現(xiàn)在與巖石、鋼材間有較強(qiáng)的粘結(jié)能力，在粘結(jié)面上還能傳遞拉應(yīng)力和剪應(yīng)力；另外，由于在噴射混凝土中通常需加入速凝劑，使得混凝土能早凝較快，給圍巖及時(shí)提供抗力。

2.2 錨桿支護(hù)

錨桿是一種錨固在巖體內(nèi)部的桿狀支架。錨桿支護(hù)則是通過(guò)錨入巖體內(nèi)部的錨桿，改變圍巖受力狀態(tài)，加固圍巖。其支護(hù)作用主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。

2.2.1 懸吊作用

錨桿將軟弱、松動(dòng)不穩(wěn)定的圍巖懸吊在較為堅(jiān)硬而穩(wěn)定的深部巖層里，從而實(shí)現(xiàn)不穩(wěn)定圍巖不脫離、不脫落。

2.2.2 組合梁作用

錨桿錨如層狀巖層后，把數(shù)層薄層巖層組合成組合梁，使其層間的摩擦力增大，提高組合梁整體巖層的抗彎能力。在相同的情況下，組合前后梁的撓度和內(nèi)應(yīng)力分布情況大不相同。假設(shè)有n層等厚度板，每層板得橫斷面為，組合前的抗彎斷面模量，組合后就如同一塊厚度為的板受彎，這是抗彎斷面模量為，故，從而增大了組合量得抗彎能力。

2.2.3 加固供作用

大量的工程實(shí)踐和試驗(yàn)表明，在節(jié)理發(fā)育的破碎巖體中，懸吊和組合作用不可能產(chǎn)生，但打入錨桿后仍能對(duì)破碎巖體起支護(hù)作用。我國(guó)冶金建筑研究院曾用不穩(wěn)定的混凝土拱模擬

不穩(wěn)定巖層，用鋼筋砂漿錨固加固，分別測(cè)定前后承載力并進(jìn)行比對(duì)，試驗(yàn)證明，用錨桿加固以后，承載力從7.7t增加到50.7t，在同樣荷載作用下的變形僅為不穩(wěn)定拱的。馬鞍山礦山研究院和鐵道部科學(xué)研究院西南研究所都做了類似的試驗(yàn)，有較為充分的試驗(yàn)說(shuō)明，在塊裂介質(zhì)體中打入錨桿，能使其間的節(jié)理被擠緊而產(chǎn)生較大的摩擦阻力，因此增大了沿結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，增大了不穩(wěn)定塊體下滑阻力，防止了塊體移動(dòng)的可能行，也就提高了被錨固巖層的穩(wěn)定。

[1]張進(jìn)生，張政梅，王志.石材礦山采技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2]盧義玉，康勇，夏彬偉.井巷工程設(shè)計(jì)與施工[M].北京：科學(xué)出版社，2010.