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第十二章斜井施工12.1概述12.2斜井表土施工12.3斜井基岩施工12.1概述12.1.1斜井施工技术的发展井用开拓方式可分为平硐开拓、斜井开拓、立井开拓和综合开拓四种。斜井开拓具有投资省、投产快、效率高、成本低等一系列优点，因而国内外许多具备条件的大、中、小型矿井都有采用。我国斜井施工技术及设备水平的发展，具体表现在：(1)形成了激光指向、光面爆破、耙斗式装载机装岩、箕斗提升、大型矸石仓排矸、潜水泵排水、局部通风机通风，即“两光三斗”机械化作业线，施工设备配套以及管理水平不断提高。(2)锚喷网支护技术在斜井施工中得到应用和推广，简化了支护工艺，提高了机械化程度，减少了工程量，实现了远距离管路输料，为掘进与支护平行作业创造了条件，有效地加快了成井速度。(3)总结形成了“一坡三挡”的成功经验，为有效预防斜井跑车事故，保证斜井施工安全提供了有力的保障措施。12.1.2斜井施工的特点1)斜井施工的困难多斜井施工中的困难主要是由于坡度存在而产生的，其中以装岩、排矸和排水困难最为突出。在10°-25°，甚至更大坡度的斜面上进行装岩、排矸和排水作业，显然比在平巷中要困难得多，因而生产效率不高。2)容易发生跑车事故与平巷相比，在斜井提升运输过程中，如果稍有不慎，提升容器就可能掉道、脱钩或提升钢丝绳断绳，提升容器就会失去控制，沿斜井坡道下滑，并不断加速，产生巨大的冲击力，从而造成破坏性极大的跑车事故。3)混凝土管道输送当永久支护采用锚喷支护时，要考虑采用管道长距离输送混凝土，以减小提升设备的负担，同时提高支护作业的速度。12.2斜井表土施工12.2.1斜井井口的施工方法当斜井井口位于山岳地带时（如右图），由于表土层很薄或只有风化岩层带，则井口施工比较简单，只需将斜井井口位置的浮土和风化碎石清除干净，而后按斜井设计的方向、倾角，用普通钻眼爆破法向下掘进。当斜井井口位于平原地区时，由于表土层较厚、稳定性较差，顶板不易维护。为了安全施工和保证掘、砌质量，井口施工时，一般将井口段一定深度(视表土赋存情况决定)的表土挖出，使井口呈坑状，待永久支护砌筑完成后，再将表上回填夯实，人们通常称这种方式为明槽开挖方式。若表土中含有薄层流砂，且距地表深度小于lOm时，为了确保施工安全，需将井口坑范围扩大，通常称这种方式为大揭盖开挖方式。1）明槽几何尺寸与边坡角的确定明槽的几何尺寸一般需根据表土的稳定性、斜井的倾角、表土的涌水量、地下水位以及施工速度等因素确定。应以使其既能保证安全施工，又力求土方挖掘量最小为原则来确定明槽的几何尺寸和边坡角。当表土薄或者表土虽较厚，但直立性较好时(如黄土)，明槽壁可做成垂直的。但为防止表土塌陷，其侧壁上部以做成斜面为宜(图12.2)。当表土厚而不稳定时，明槽壁应有一定坡度(图12.3)。2）明槽开挖方法（1）天然冻结法对于距地表4m以内的浅部明槽，如果表土是亚砂土和亚黏土地层，且稳定性比较差，含水率为9%-15%，此时可利用天然冻结法。（2）直挖法当表土稳定且无地下水时，可采用直接开挖明槽的做法。（3）支撑加固法当表土稳定时，若将明槽两侧做成直立槽壁，则可减少土方挖掘量50%。但当直立墙壁由于施工活动原因，难以长时间维持稳定时，可采用横向支撑进行加固。12.2.2深表土掘砌方法1）全断面一次掘进法当土质致密坚硬、涌水量不大、且井筒掘进宽度小于5m时，可采用全断面一次掘进施工方法。永久支护采用砌碹时，可使用金属拱形临时支架，掘砌交替进行，段距为2-4m。（4）台阶木桩法当表土层不够稳定或夹有流砂层时，明槽开挖可采用45°的台阶放坡。（5）降低水位法当表土有含水层且涌水量较大时，可采用降低水位法开挖。2）中间导硐法当表土较稳定，掘进宽度大于5m。全断面掘进有困难时，可在井筒中间先掘深2m左右的导硐，然后向两侧逐步扩大，临时支架沿井筒轴向架设。刷大要两侧同时进行，每次刷大宽度0.6m左右。待刷够掘进断面后，及时进行水久支护。3）先拱后墙法当井筒工作面进入岩石风化带之后或工作面上部土层松软、下部土层密实，则适于先掘砌上部，后掘砌下部的施工方法。掘砌段距以3-5m为宜。如图12.7所示。4）两侧导硐先墙后拱法当表土不太稳定，且断面较大时，先在断面两侧分别掘进小断面导硐，先墙后拱短段掘砌。掘导硐时，先架设木支架，掘出2-4m后，在导硐内砌墙，然后掘砌拱顶部分，最后掘出下部中间土柱。其施工步骤如图12.8所示。12.2.3不稳定表土的施工方法不稳定表土，是指由含水的砾石、砂、粉砂组成的松散性表土和流砂或淤泥层。当表土为不稳定土层时，必须采用特殊施工法。不稳定表土中我国多采用板桩法。当涌水量较大时，需配合工作面超前小井降低水位或井点降低水位的综合施工法；当流砂埋藏深度不大于20m时，可采用简易沉井法施工；当涌水量大，流砂层厚，地质条件复杂(有卵石、粉砂、淤泥)，一般流砂埋深在30-50m时，可采用混凝土帷幕法。也可以采用注浆法。12.3斜井基岩施工12.3.1掘进作业目前，我国斜井快速施工作业线的主要内容包括：配备风动凿岩机、岩石电钻等打眼工具，实现中深孔全断面光面抛碴爆破；大耙斗、大箕斗、大提升机、大矸石仓(简称“三大一仓”)配套，实现快速装岩、提升和自动卸矸；长距离管道输料，锚喷支护；风动潜水泵排除工作面积水；28Kw局部通风机长距离独头通风；激光指向仪控制掘进方向和坡度；采用工业电视监视和计算机管理等先进和现代化管理技术。1）破岩工作为提高破岩效率、便于钻眼与装岩平行作业，在凿岩机具的选择上，以使用多台风动气腿式凿岩机(如YT-28型)同时作业为主。斜井掘进工作面往往会有积水，必须选用抗水炸药、毫秒延期雷管全断面一次爆破。爆破方式多采用中深孔光面爆破，炮孔深度可根据断面大小进行调整。马脊梁矿新高山主斜井为了在硬岩(f=10)中实现中深孔爆破，采用了直眼微倾角与楔形加中辅助眼的掏槽方法，并通过计算机辅助设计，根据工作面岩性变化，及时调整爆破参数，比常规爆破方法的循环进度提高了20.6%。其炮眼布置如图12.11所示。2）装岩（1)耙斗式装载机为了配合箕斗提升，加长了耙斗式装载机的卸料槽；为防止机体下滑，在耙斗式装载机两侧增设了两根可调整高度的支撑，并在后部增设了大型卡轨器。（2)侧卸式装载机与耙斗式装载机相比，其装载比较灵活。还可以实现铲掘动作，可以用来铲平底板，克服了耙斗式装载机清底速度慢的缺点；铲斗抬高可停在某一高度，能兼作架设支架的脚手架。3）提升（1)矿车提升井筒断面小于12m2，长度小于200m，倾角不大于15°时，可采用矿车提升。矿车提升设备简单，井口临时设施少，但提升能力低。（2)箕斗提升当倾角大于15°时，采用箕斗提升，可以缩短摘挂钩、甩车等辅助时间。后卸式箕斗后卸式箕斗卸载方便，卸载架结构简单，箕斗容积小时，还可串车提升。其主要缺点是不能兼作提升排水。前卸式箕斗前卸式箕斗结构简单，能兼提升排水。其缺点箕斗卸载时需较大的翻转力矩，使卸载时牵引力为提升时的1.5倍以上。无卸载轮前卸式箕斗无卸载轮前卸式箕斗由于去掉了箕斗箱体两侧突出的卸载轮，可以避免箕斗运行中发生刮碰管缆、设备与人员等事故，加大了箕斗有效装载宽度，提高了井筒断面利用率。箕斗选型前卸式及无卸载轮前卸式箕斗，均能利用箕斗排水，适用于井筒倾角较小的情况。后者过卷距离短不宜增大容积，一般为2.5m³，在使用中需加设过卷信号装置，导向架轨面应改为曲线以适应导向轮运行轨迹。后卸式箕斗用于大倾角(井筒提升，更能显示其卸载方便、卸载牵引力小的优点。当需要提升排水时，应选用有密闭闸门的后卸式箕斗。5）治水与排水针对井筒涌水来源以及水量的大小，可采取不同措施：（1)在选择确定斜井井筒位置时,要尽可能地避开含水地层。（2)要防止地表水流人或渗人井筒内，为此，要在井口周围掘砌环形排水沟，并使井口标高高于当地最大洪水水位的标高。4）矸石仓排秆由于提升矸石的不均匀性和排矸运箱的不连续性，需要有一定容积的矸石仓，以缓解矸石的转运，确保井下掘进工作面不间断施工。12.3.2支护作业1）描喷支护锚喷支护机械化作业线主要由砂石筛洗机、输送机、储料罐(砂、石、水泥)、搅拌机和机械手等组成，筛洗机、输送机、储料罐和计量器设在地面，搅拌机设在井口附近或邻近硐室内，喷射机在井下随支护工作面移动。因此只适用于双轨提升的斜井，并且它对掘进工作有一定干扰。2）砌碹支护采用料石砌碹或现浇混凝土支护。（3)当涌水沿斜井顶板、两帮流下来时，为了尽可能减少流人工作面的水量，要在斜井底板上每隔10-15m设一道横向水沟，将水引人纵向水沟中，然后汇流到设在井筒涌水点以下的临时水仓内，最后由卧泵排出井内。（4)如果工作面有涌水、积水时，则需要根据涌水量大小以及积水情况，采取不同方式向地面疏排水。12.3.3掘进安全我国在斜井施工中总结出“一坡三挡”的经验。即在井口地面平车场人井处、井口以下20m处和井下掘进工作面上方20m处，均设置安全挡车器。1）井口挡车器当斜井井口为平车场时，在斜井井口设置井日挡车器，矿车出井后能顺利通过;当矿车返回下井时，则需人工操作挡车器操作把方能通过，以防止矿车没有挂钩而误推或滑行入井。2）摆杆档车器摆杆挡车器主要构造如图12.18所示。当斜井施工采用箕斗提升时，箕斗出井前打开摆杆挡车器，箕斗通过后落下，箕斗继续沿斜坡上提至栈桥卸载。箕斗入井操作与此相反。这种挡车器的开、闭状态明显，操作灵活，阻车可靠，只需在井口设置即可。3）钢丝绳挡车器常用的是钢丝绳挡车帘，以两根直径150mm钢管作立柱，用钢丝绳和直径25mm的圆钢编成帘形。手拉悬吊绳将帘提起，可让矿车通过;放松悬吊绳，帘子下落就可起到挡车作用。挡车帘可分别设置在井口以下20m处和距掘进工作面上方20m处，由信号工操作。4）固定式井内挡车器在斜井井筒中部设置固定式井内挡车器。当斜井井筒长度较大时，在井筒中部安设悬吊式自动挡车器。