礦山豎井掘進方法分類探討

任少杰

摘要：在礦山可開采過程中，由于地形原因及礦藏的儲藏形式，有時需要采用豎井掘進的方法才能達到開采目的。從礦山開采方法來看，豎井掘進是重要的開采方法，在礦山開采中占有重要地位，同時在礦山開采中得到了廣泛的應用。文章論述了礦山豎井掘進方法的具體分類，并對礦山豎井掘進方法的施工過程特點進行分析。

關鍵詞：礦山；豎井掘進；豎井掘進法；特殊豎井掘進法

中圖分類號：TD745 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）10-0133-02

1 概述

從目前礦山的實際開采過程來看，礦上開采分為很多種采掘方法，根據(jù)礦井的位置狀況主要分為豎井掘進、斜井掘進、露天開采等幾種方式。其中，考慮到礦井的具體形式以及開采難度和礦藏的儲藏形式，豎井掘進比較常見，是目前礦山開采中的重要采掘方式。例如平煤股份三礦的井田地質(zhì)構(gòu)造較簡單，煤層賦存較為穩(wěn)定，局部伴生小構(gòu)造較多，無大的構(gòu)造，局部有地鼓現(xiàn)象，致使煤層厚度有所變化，但整體較為穩(wěn)定。該井田為低沼瓦斯區(qū)，瓦斯涌出量較少，煤層煤塵具有爆炸危險性，煤塵爆炸指數(shù)為30.3%～44.00%，煤層自然發(fā)火期為12個月，開采范圍的地溫均在26℃以下，但隨著開采深度的增加，地溫會逐漸增高，地溫梯度2°/100m。就比較適宜采用豎井掘進方法進行作業(yè)。

基于這種認識，我們有必要對礦山豎井掘進引起足夠的重視。通過了解發(fā)現(xiàn)，在礦山豎井掘進方法中，根據(jù)施工地點和施工設備和施工工藝的不同，通常分為普通豎井掘進法和特殊豎井掘進法這兩種，為此，我們有必要對這兩種豎井掘進方法進行深入的了解。

2 礦山豎井掘進方法的具體分類

通過了解發(fā)現(xiàn)，目前礦山豎井掘進的方法主要分為兩種類型，一種是普通豎井掘進法，另一種是特殊豎井掘進法。之所以有這兩種豎井掘進的方法主要是因為在礦山開采過程中，由于設備原因、礦藏儲藏、礦井所處的位置等多種因素，決定了在礦山開采過程中，應將豎井掘進方法分為普通和特殊這兩種。

所謂普通豎井掘進法主要是指：用人工或機械鑿巖爆破的方法進行豎井掘進。掘進程序是先進行鎖口施工，然后進行表土施工和基巖施工。這種豎井掘進法是目前豎井施工中比較常見的方法，適用于一般性豎井，并且取得了良好的應用效果。

通過了解發(fā)現(xiàn)，平煤股份三礦十號井田基巖地下水的補給來源和途徑，主要由大氣降水通過煤系露頭及第四系松散層垂直滲入補給及接受北部山坡洪積層大氣降水滲透補給和淺部巖溶水越流補給，總體補給量不大。比較適用于普通豎井掘進法施工作業(yè)。

所謂特殊豎井掘進法主要是指：豎井所處地形特殊，需要采用特殊的方法進行掘進。所采取的方法主要有板樁法、沉井法、凍結(jié)法、預注漿法、混凝土帷幕法、鉆井法等。采用特殊豎井掘進法主要是考慮到采用普通掘進法難以達到目的，并且受到其他因素的影響，難以開展正常的豎井掘進。在實際的豎井掘進過程中，采用的具體方法很多，最終的目的都是為了取得掘進的良好效果。所以，在豎井掘進過程中，要采用多種方法組合的方式。

3 礦山豎井掘進方法的施工過程特點分析

由于平頂山煤田位于沙河和汝河之間的低山和丘陵地帶，四周大部分為平原。平煤股份三礦十號井井位于煤田中段南部，礦區(qū)內(nèi)為廣闊的沖積平原，地表為坡前崗地，地形北高南低，標高+150～+180m，主要山峰有龍山和擂鼓臺。因此我們結(jié)合平煤股份三礦的開采狀況進行敘述。

3.1 普通豎井掘進法

在普通豎井掘進法中，主要的施工過程分為以下四種：

3.1.1 鎖口施工。由井頸上部的臨時井壁和鎖口框組成。鎖口框采用木材、鋼材、鋼木結(jié)構(gòu)；臨時井壁段長度一般為1～2m，采用磚、料石、混凝土塊砌筑。如表土層穩(wěn)定，可采用一次施工永久鎖口。

3.1.2 表土施工。常用的方法有井圈背板、吊掛井壁、板樁、錨噴臨時支護施工法等。根據(jù)井筒涌水量大小，可以采用工作面水窩集水、排水法，超前小井豎井降低水位法和井外疏干孔降低水位法進行涌水處理。表土施工提升有標準掘進井架提升系統(tǒng)（見井巷施工提升）和簡易提升兩種。

3.1.3 基巖施工。當遇到土層下面是巖層的時候，需要對巖層進行開鑿，并且將炸藥放置在固定孔洞中。在進行基巖施工的時候，應保證基巖井筒內(nèi)的涌水在30m3/h以下，同時要選擇穩(wěn)定性較強的巖層進行。在基巖施工過程中，要對整個井筒進行分段施工，需要人為的將井筒分成幾個施工井段，并保證整體井筒施工能夠采用從上至下的順序施工。而施工井段的長度主要應根據(jù)井筒外圍的巖石穩(wěn)定性、涌水量和施工所需設備情況來決定。通常井筒段長度會在6～30m之間。

3.1.4 支護和涌水處理施工。在礦山豎井掘進過程中，由于涉及地下挖掘施工，不可避免地會遇到地下水層，為了保證井筒施工質(zhì)量，就需要對井筒進行支護，并對井筒內(nèi)的涌水進行有效處理。通常在豎井掘進施工中，支護和涌水處理是結(jié)合在一起的，二者互為補充。在對井筒進行支護的時候，主要可以采用混凝土支護的方法，不但加固了井筒的內(nèi)壁，同時也有效防止井筒外地下水的滲入。在涌水處理的時候，主要采取了涌水外排的方式，利用大功率水泵或者吊桶的方式將井筒的內(nèi)的地下水有效排出井筒外，其中水泵排水更加理想。

3.2 特殊豎井掘進法

在特殊豎井掘進法中，主要的施工過程分為以下四種：

3.2.1 板樁施工。當井筒挖掘至距離流砂或淤泥層為1m時，停止掘進，利用上部臨時支護或井壁預埋12～18個生根鉤子，架設導向圈，依次打入板樁（有木板樁、鋼板樁），在超前（一般0.5～1.0m）對不穩(wěn)定沖積層進行支護后再下掘，邊下掘邊架圈打板樁，直至通過沖積層。若井幫壓力大，可根據(jù)實際情況，架設中間導向圈及副導向圈進行加固。該方法適用于表土層中流砂、淤泥段。

3.2.2 沉井法施工。一般采用預制鋼筋混凝土沉井井筒，下端設刃腳，依靠自重下沉，邊下沉、邊挖掘、邊接長井壁，直至預定位置止，稱不淹水自重沉井法。該法適用于流砂層小于1m的不穩(wěn)定表土層，沉井深度小于30m、涌水量小于30m3/h的淺表土層井筒施工。為減少沉井阻力，避免井壁偏斜與開裂，采用壁后泥漿淹水沉井和壁后壓氣淹水沉井法，稱“淹水沉井”法施工。

3.2.3 凍結(jié)法施工。在礦山豎井掘進施工過程中，有些地層穩(wěn)定性不夠，如果采用普通豎井掘進法，將會遇到地下水層，增加施工難度。為了提高施工質(zhì)量并降低地下涌水對井筒的干擾，可以采用人工制冷的技術將施工地層進行暫時凍結(jié)，主要是將井筒位置和地下水位置進行凍結(jié)，使豎井掘進施工能夠提高掘進速度，并降低地下涌水的量，提高豎井掘進的整體施工質(zhì)量。在進行凍結(jié)法施工過程中，主要采用了低溫鹽水進行地層以下的冷凍作業(yè)，其中低溫鹽水的溫度應保持在-25℃左右。

3.2.4 預注漿法施工。所謂預注漿法施工主要是指為了防止地下水對豎井掘進造成影響，采用向地下裂縫和孔洞中注入粘性膠體的方式，這種膠體注入地下之后，遇冷會自行凝固，形成對地層下涌水的有效封堵，保證豎井掘進的施工能夠順利進行，減小涌水對豎井掘進施工的影響。從目前礦山豎井掘進施工過程來看，地下涌水是影響施工質(zhì)量的主要因素，只有實現(xiàn)了對地下涌水的有效控制，才能保證豎井掘進施工的總體效果。目前預注漿法施工中主要采用了結(jié)石性凝膠和凝固性膠體。

4 結(jié)語

通過本文分析可知，在目前的礦山豎井施工過程中，掘進方法主要分為兩大類：普通掘進法和特殊掘進法。本文重點分析了這兩種施工方法的特點，并對這兩種施工方法的施工過程進行了分析和探討，為礦山豎井掘進施工提供了新的方法和依據(jù)，保證了礦山豎井掘進法施工的有效性。

參考文獻

[1] 湯雙成，陳扣強.寧夏韋州礦區(qū)永安井田水文地質(zhì)條件勘探分析[J].能源技術與管理，2011，（4）.

[2] 王鵬.貴州省松桃縣某錳礦堆渣場地的不良水文地質(zhì)條件及解決方案[J].科協(xié)論壇（下半月），2011，（7）.

[3] 孫侃，邢娟.烏努格吐山銅鉬礦水文地質(zhì)簡要分析[J].黑龍江科技信息，2011，（26）.

[4] 趙昌.水文地質(zhì)在煤礦開采中重要性的認識[J].科技傳播，2011，（18）.

[5] 張東營，閆明，周保國，王素娜.石壕煤礦水文地質(zhì)條件分析及防治水對策[J].中州煤炭，2011，（9）.

（責任編輯：吳 濤）