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北京工业职业技术学院第9章立井井筒施工本章讨论内容一、井筒概述二、井筒的特殊施工法三、立井基岩施工第一节概述根据井田开拓方式的不同，井筒分为立井、斜井和平硐。立井井筒按其用途又分为主井、副井、混合井和风井。主井：是专门用作提升煤炭的井筒，在大、中型矿井中，提升煤炭的容器多采用箕斗，所以主井又常称作箕斗井。副井：是用作升降人员、材料、设备和提升矸石的井筒，并常兼作入风井，由于副井采用的提升容器是罐笼，所以副井又称为罐笼井。混合井：在同一个井筒内安设有箕斗和罐笼两种提升容器时，该井筒称为混合井，它主要用于小型矿井和老矿井改扩建的延深井。风井：主要用于通风的井筒。风井尽管有时也安设有提升没备，但仍然按其主要用途命名为风井。一、井筒介绍立井井筒的组成自上而下可分为：井颈、井身和井底三个部分井颈的深度可为浅表土的全厚，也可为厚表土深度的一部分。一般要求井颈的深度为15～20m。井颈部分的井壁不但需要加厚，而且通常需要配有钢筋。井颈以下至井底车场水平的井筒部分叫做井身。井身是井筒的主要组成部分。井底车场水平以下部分的井筒叫做井底。罐笼井的井底深度一般为l0m左右；箕斗井井底深度一般为35～75m，风井井底深度4～5m。第一节概述斜井井筒根据其主要用途通常也分为主井、副井和风井。井筒工程是矿井建没主要连锁工程项目之一。立井井筒工程量一般占全矿井井巷工程量的5%左右，而工期却占矿井施工总工期的40～50%。井筒工程施工的快慢直接影响其它井巷工程、有关的地面工程和机电安装工程的施工。因此，加快井筒施工速度是缩短矿井建设总工期的重要环节。同时，井筒是整个矿井的咽吼,其设计和施工质量的优劣，直接关系着矿井建设的成败和生产时期的使用。第一节概述二立井井筒特点表土层厚千米立井越来越多，如济宁唐口煤矿、孙村矿风井等。1、50年代平均井深为200~300m，井径为4.0m左右。井筒深度大，井径大2、70年代平均井深为400m左右，井径为6.0m左右。3、90年代平均井深为500m以上，井径为6.0~8.0m。沿海地区达300~400m，山东巨野矿区表土超过500m。水文条件复杂4、新世纪以来，井筒深度越来越大，井径也不断增大。第一节概述施工特点1.工程量不大，但工期长。煤矿建设中，立井井筒施工是关键工程。虽然立井井筒掘进工程量仅占全矿井工程量的4％～5％，但工期却占至少35％左右。因此，加快立井掘砌速度，是缩短矿井建设工期的关键。而立井作业方式、施工技术及装备水平又影响着立井的掘砌速度。50年来，经过广大建设者的努力，目前我国立井机械化装备水平与施工速度已达到当代国际先进水平。第一节概述2.施工复杂立井井筒一般要穿过表土与基岩两个部分，其施工技术由于围岩条件不同各有特点。表土施工方案选择主要考虑工程的安全，而基岩施工主要考虑施工速度。由于表土松软，稳定性较差，经常含水，并直接承受井口结构物的荷载。所以，表土施工比较复杂，往往成为立井施工的关键工程。正确的选择表土施工方案和施工方法，避开雨季施工，预先考虑片帮等突发事故的防范措施，确保立井井筒安全快速地通过表土层，并顺利转入基岩施工具有重要的意义。第一节概述3.安全工作1988年1月13日中午，山东省张家洼矿山公司所属的井巷工程公司安装队，发生了一起死亡7人，重伤多人的重大恶性事故。造成这起事故的直接原因是悬吊吊盘的钢丝绳断裂。1999年4月4日，山东裕隆公司所属唐阳煤矿副井安装期间，发生坠罐事故，造成2人死亡，直接原因是罐笼钢丝绳断裂。2004.3.18，山东省枣庄市滕州市东大煤矿副井（基建井，由中国中煤能源集团公司五建公司第二工程处承建）发生提升过卷坠罐事故，井下共有11人（罐内2人，抓岩机内1人，井底工作面8人）作业，其中：7人死亡，1人重伤，3人轻伤。第一节概述三井筒表土特征表土的概念在建井过程中，覆盖于基岩之上的第四纪冲积层和岩石风化带统称为表土层。表土的分类砾石、砂、粉砂、流沙等1、松散性土层：3、大孔径表土：4、其它特殊土层2、粘结性土层：粘土、砂质粘土粉土颗粒，含石膏、碳酸钙等胶结质膨胀性粘土，含高岭石、蒙脱石等第一节概述立井井筒穿过的表土层，按其掘砌施工的难易程度分为稳定表土层和不稳定表土层两种。稳定表土层就是在井筒掘砌过程中，井帮易于维护，用普通施工方法能够顺利通过的表土层，其中包括含非饱和水的粘土层、含少量水的砂质粘土、无水的大孔土和含水量不大的砾石层等。不稳定表土层就是在在井筒掘砌过程中，井帮很难维护，用普通施工方法不能通过的表土层，其中包括含水砂土、淤泥、含饱和水的粘土、浸水的大孔土和含水量较大的砾石层等。根据表土的性质及其所采用的施工设施，井筒表土施工方法可分为普通施工方法和特殊施工方法两大类。第一节概述四立井施工主要工序立井井筒掘进表土段掘进基岩段掘进普通法特殊法形成地下空间砌壁工作安装工作永久支护安装井筒装备钻眼爆破、装岩、提升排矸、井筒支护、涌水治理、其他辅助作业、井筒安装、施工方式第一节概述五井筒锁口施工临时锁口井颈最上部的临时井壁和井口临时封口框组成临时锁口。在建井完成并拆除临时井架后，再拆除临时锁口，砌筑永久锁口或与井塔基础连成一起。永久锁口井颈最上部的永久井壁和临时封口框组成永久锁口。在建井后期，锁口不再拆除，仅拆除临时锁口框。材料30#~60#工字钢铺设于锁口圈上或独立于井口附近的基础上，梁上放置井圈，挂上普通拉钩或钢丝绳，钢筋，用以吊挂临时井圈或永久井壁。第一节概述基本要求1、临时锁口的标高要尽量与永久井口标高一致；2、锁口框的位置必须避开井内测量中心线和边线；3、锁口框下的垫木或垫砖铺设面积要考虑上体承载能力；4、避开两季施工，砌排水沟或挡水墙。第一节概述钢结构临时锁口1－钢梁2－U型卡子3－井圈4－挂钩5－背板6－垫木第一节概述六表土施工方法井圈背板施工法（临时支护）1、掘进风镐掘进，人工装土；先用简易设备后用凿井专用设备提升。挖土可用铁镐铁锹。若土层坚硬可配以风镐，必要时，甚至可打浅眼、放小炮崩碎。全断面分层开挖第一节概述井圈背板施工法（临时支护）2、支护（临时支护）（1）井圈：用[12#以上做成6~12节井圈组成一圈，其直径等于掘进直径，节与节之间用螺栓连接。（2）挂钩：Z形拉钩用Φ16圆钢冷弯制成，长1.2m。（3）背板：5×160×1500（圈间距为1200）。3、砌筑井壁段高不超过30m，自下而上拆一圈砌一节井壁，直到井口；此后进行第二段高施工。第一节概述吊挂井壁施工法1、掘进方法先挖井筒中心，后掘周帮，周帮挖够之后，铺设托盘、吊挂钢筋、立金属模板、测量找正稳模、浇灌混凝土，最后安好接茬板进行井壁合茬2、临时支护特制钢模板；直径25mm螺纹钢加工的钢筋钩子上段为钩、下段为环状；段高取2~4m。3、永久支护滑模套壁施工内层井壁第一节概述注意事项：1、吊挂井壁是自上而下进行的，所以要求井壁上部应有壁座或永久混凝土锁口，并预留出吊挂井坠生根钩子；2、井壁接茬要严，混凝土充填要密实；3、接茬较多，井壁整体性较差，一般都采用二次复壁，复壁厚度不小于200mm；第一节概述板桩法施工（吊挂井壁与板桩综合施工）1、板桩材料钢板桩：[18#~[20#，设内外导向圈，长12~15m。木板桩：硬木加工，长3~6m，厚50~120mm，宽150~200，斜板桩长为1.2~1.6m。2、施工工艺（3）砌壁采用吊挂井壁法，导向圈、板桩、拉钩全浇注在井壁内，不拆除。（2）挂好导向圈，依次打入板桩，板桩入土0.5~0.8m时开始挖土，挖500后用Z形拉钩挂第二圈导向圈。（1）在距淤泥或流沙1~1.5m时停止掘进，在上节井壁下预埋12~18个生根钩子，以备挂导向圈。第一节概述人工降低水位法1、工作面超前小井降低水位法2、钻孔降低水位法（疏干孔）方形井圆形筒超前工作面1.5~2.5m，在小井中用泵抽水排入吊桶或排到吊盘上的转水盘中。在井筒周围或井筒断面内打两个或多个钻孔并深入不透水层，用深井泵或气升泵抽水。第一节概述井外疏干孔降水、锚喷临时支护吊挂井壁法施工工艺1、按设计要求钻好降水孔，随后进行凿井设备的安装2、根据表土层的实际情况，掘砌段高一般为20m左右3、随掘进随进行锚喷，作为临时支护。喷厚80～100mm，锚杆长1.2m、直径16mm。锚喷段高0.8~1.5m4、掘完一个段高后即进行浇灌混凝土或吊挂井壁永久支护第一节概述冻结法钻井法沉井法一冻结法施工在井筒掘进之前，在井筒周围钻冻结孔，用人工制冷的方法将井筒周围的不稳定表土层和风化岩层冻结成一个封闭的冻结圈，以防止水或流砂涌入井筒并抵抗地压，然后在冻结圈的保护下掘砌井筒。冻结管冻结壁井壁测温孔水文观察孔井筒1862年英国南威尔士在建筑工程基础施工中，首先采用人工制冷方法加固土壤；1883年德国工程师波茨舒用冻结法开凿了深度103m的井筒，获得了冻结法凿井技术专利。前苏联1928年开始采用冻结法，至1990年共开凿井筒400多个。国名英国加拿大波兰比利时德国前苏联法国中国荷兰最大冻深m930915725638628620550736338年份冻结井筒数量/个冻结深度/m最大冻结深度/m100＜＞100＞200＞300＞4001955~19961955~19591960~19691970~19791980~19891990~199640718501151301001121518145411701026443591345126182204121171435162（荆各庄主井）330（平八东风井）415（潘三东风井）435（陈四楼副井）410（元氏风井）冻结法施工立井井筒数量统计表我国于1955年在开滦林西风井首次采用冻结法施工第一个井筒（直径5.0m，深度105m），揭开了我国在表土不稳定含水地层建设井筒的序幕。我国冻结法凿井至今已建成井筒400多个，其中包括一批深300m以上和若干深400m以上的深大井筒，累计冻结延米长近7万m。包括80年代最大冻深415m的潘三东风井，河南陈四楼副井冻结深度435m，山东金桥煤矿冻结井穿过的表土层达378.3m，山东济宁3#副井冻结深度395m，成井直径8m，内蒙古榆树林子矿斜井冻结斜长114.5m，宁夏王洼矿最大斜井深度88m。目前，我国最深冻结凿井是安徽口孜东矿冻结深度为736米1.冻结原理井筒周围的冻结圈，是由冷冻站制出的低温盐水在沿冻结管流动过程中，不断吸收孔壁周围岩土层的热量，使岩土逐渐冷却冻结而成。盐水起传递冷量的作用，称为冷媒剂。盐水的冷量是利用液态氨气化时吸收盐水的热量而制取的，所以氨叫做制冷剂。被压缩的氨由过热蒸气状态变成液态过程中，其热量又被冷却水带走。可见，整个制冷设备包括氨循环系统、盐水循环系统和冷却水循环系统三部分。2.钻冻结孔为了形成冻结圈，首先要在井筒周围钻一定数量的冻结孔，以便在孔内安装带底锥的冻结管和底部开口的供液管。冻结孔一般等距离地布置在与井筒同心的圆周上，冻结孔间距一般为0.9～1.3m，孔径为200～250㎜，孔深应比冻结深度大5～10m。我国常用红500型、红旗油压650型和TXB-A型旋转式钻机钻冻结孔，对钻孔的要求是，终孔直径要比冻结管管箍外径大10～25㎜，钻孔偏斜率应小于5%。冻结孔圈径：比井筒直径大1.0m～3.0m间距：1.0m～1.3m直径：200mm～250mm（开孔10～20m直径要大20～40mm）深度：比冻结深度大5m～10m，控制偏斜值0.5～1.0m水位观察孔（1~2个）：位置：距离井筒中心1m，不影响井筒掘进时测量。深度：穿过所有含水层，不大于冻结深度或偏出井筒作用：观察冻结圈是否交圈测温孔：位置：冻结壁外沿界面数目：3～4个作用：确定冻结壁厚度和开挖时间钻孔的防偏、测斜和纠偏应坚持防偏为主、纠偏为辅的原则3.冻结过程(1)制冷过程整个制冷过程包括三个循环系统，即氨循系统、盐水循环系统和冷却水循环系统，如图12-21所示。80~12016~20-25~-35(2)冻结方案冻结方案有一次冻全深、局部冻结、差异冻结和分期冻结等几种。一次冻全深方案的适应性强，应用广泛；局