全国一级建造师职业资格考试用书矿业工程管理与实务
全国一级建造师职业资格考试用书编写委员会编写
6.2.4 立井井筒反井施工方法及其应用
1.立井井筒反井施工方法
立井井筒施工时，如果已有井巷通达井底水平的情况下，可以采用反井施工方法。所谓反井，是由井底水平地表开挖的小断面井筒。该井筒可以是圆形或矩形，面积常常为2～8平方左右，可用来上下人员、进行提升运输和溜矸排渣、通风等。立井井筒反井施工方法就是先从下向上施工小断面反井，然后自上而下刷大井筒断面，并浇筑混凝土井壁，利用反井向下进行排矸、通风、排水，井底进行出渣运输、排水工作，完成立井井筒施工
立井井筒采用反井施工的前提条件，是必须要有通达井筒井底水平的通道，方能组织反井施工和安排井筒刷大掘砌的排矸和排水工作。通常应用于生产矿井的新建井筒或后期井筒延伸工作，新建矿井井下煤仓也经常采用这种施工方法
历经总统返景施工方法，需要先自下向上施工，返景，返景施工方法。根据工程条件和装备情况，可采用下列几种方法：
1）普通钻眼爆破法
反井井筒采用普通钻研爆破的方法进行施工，其反井称为普通反井。普通反井的断面通常为6到8平方，需要布置提升、排矸和梯子三个隔间。采用钻眼爆破法掘进，矩形木框支护。施工空间小，环境差，通常开挖高度不宜大大于50米，目前已不再使用
2）反井钻机法
利用反井钻机施工反井是目前普遍采用的施工方法，首先自上而下钻凿一个直径200到500毫米的导孔与井底贯通后安装扩孔钻头，然后自下而上进行扩孔钻进。扩孔直径大小主要满足井筒刷大时排渣的要求即可，通常为1到2米。采用反井钻机施工反井，施工安全，速度快，效益好
3）其他方法
反井施工还可以采用深孔爆破法，吊罐法，爬罐法等，这些方法开凿高度有限。除深孔爆破法以外，其他方法目前都已不再使用
2.立井井筒反井钻机施工工艺
立体井筒反井钻机施工是利用反井钻机施工反井，然后进行井筒掘砌的施工方法。该方法目前在施工速度，施工安全，技术经济方面具有明显的优势，是具备条件的立井井筒首选的施工方法，其施工工艺主要包括：
1）施工准备
利用反井钻机施工立井井筒，首先要开凿到达井筒井底的通道，然后进行相关的施工准备工作。具体工作内容包括，地面施工场地的布置，完成四通一平工作，进行钻机基础施工、泥浆制备，安装钻机。井下施工通达井筒井底的巷道，布置好排矸设施，安装好排水设备等。
2）导孔钻进
导孔钻进自上向下进行，导孔的钻进质量是施工的关键。要控制好偏斜率，尽量避免发生堵孔、塌孔事故。钻进过程中，通常利用钻杆内进入的高压水进行排渣，在松软岩层容易塌孔时可用泥浆进行排渣，并严格控制钻速、钻压、扭矩、转速等钻进参数，同时进一步了解底层的实际情况
3）扩孔施工
导孔施工完毕后，拆除水（泥浆）循环系统，在井下安装扩孔钻头，利用钻杆上提扩孔钻头并旋转破岩进行扩孔钻进，钻凿落下的岩渣应及时进行清理，同时利用扩孔而成的反井进行通风。井下要注意排渣、排水和除尘工作。
4）井筒掘砌
扩孔施工完毕后，地面拆除钻机，安装井筒掘砌设备，然后自上而下进行井筒的刷大和混凝土浇筑工作。施工作业可以采用短段作业，也可采用长段作业，具体段高根据井筒围岩条件确定。
随着反井钻机技术水平的不断发展，目前国内还研制出了反井井筒钻机。该钻机在扩孔施工中，扩孔钻头通过一次或分次扩大，一次性钻进达到井筒的掘进断面直径，不再需要进行自上而下的刷大工作，直接进行永久支护即可
6.2.5 立井钻眼爆破施工作业循环图表编制
1.立井井筒正规循环作业组织
立井井筒工程一般都是矿井建设的关键线路工作。为了加快立井井筒的施工速度，缩短建井工期。除了采用新技术，新设备，新工艺，新方法等技术措施外，实施正规循环作业也是一项十分重要的工作内容。正规循环作业是立井快速施工的一种科学管理方法，是取得立井快速、优质等各项凿井指标的重要因素之一。
立井井筒正规循环作业组织是采取措施使各辅助工作尽可能与主要工作平行交叉进行，充分利用作业空间和时间，使循环时间缩短到最低值。通常以钻眼、装岩及永久支护作为组织正规循环的主线，施行平行交叉作业。如：钻眼准备，接长和下放压风管与清底平行，钻眼与扫眼平行，钻眼与抓岩准备平行、爆破通风与提升机调绳（指双钩提升）平行，清理吊盘与下放抓岩机、接长排水管路平行，抓岩与临时支护平行，井底工作面找平、立模与接长溜灰管平行，其他还有钩头、钢丝绳、天轮、悬吊设备、管线等日常检修，在不影响正常工作的情况下，借缝插针的进行等，要实现多工作平行交叉作业，各工作之间要互相协作，紧密配合，互创条件，充分发挥施工人员的积极性和责任感，保证在规定的时间内保质保量、周而复始的完成所规定的任务。
2.立井井筒施工循环图表编制
立井井筒正规循环施工作业组织需要编制循环图表，编制循环图表时，应首先了解井筒技术特征，包括井筒穿过岩层的地质、水文地质条件、井筒施工工艺和施工装备。施工作业人员的技术水平和施工习惯等。循环图表的编制方法如下：
1）根据井筒施工计划要求和具体情况，拟定月进度
2）根据选用的施工方案，确定每月用于掘进的天数。采用平行作业或短段单行作业时，每月掘进天数为30天，采用长段单行作业时，按比例确定，决定掘进与砌壁的天数。掘进一般占掘砌总工时的百分之60到70%。当采用现浇混凝土做永久支护时，可取70%即月掘进天数为21日。
3）根据钻眼爆破技术水平，综合选择日循环数和泡眼深度
4）根据施工队伍的操作技术熟练程度，施工管理及凿井装备的机械化水平等具体条件，进一步确定各工序的时间
5）确定循环总时间
循环总时间可用下面的公式进行计算
循环总时间等于钻眼时间，加岩时间，加支护时间，加辅助作业时间
钻眼时间等于炮眼数目乘以炮眼深度除以（同时工作的凿岩机台数乘以凿岩机的平均钻眼速度）
装岩时间等于井筒掘进断面积乘以炮眼深度乘以炮眼利用率除以（同时工作的抓岩机台数乘以抓岩机的平均生产率）
采用公式进行计算时，要注意支护时间t3需要根据施工作业方式确定是否加入进行计算
从公式可以看出，参数s井筒掘进断面积为不变值；t3支护时间，t4辅助作业时间，N炮眼数目，l泡眼深度和泡眼利用率，在整个施工过程中会有变化，但变化幅度不大，而k1同时工作的凿岩机台数、v凿岩机的平均钻眼速度、K2同时工作的抓岩机台数p钻岩机的平均生产率为机械设备参数，尚有调整、挖掘潜力的可能。计算所得的总循环时间t应略小于或等于规定的循环时间，否则应从提高操作技术，改进工作组织或适当增加施工设备等方面进行调整。当计算和规定的循环时间相差甚为悬殊时，就必须重新对日循环数及炮眼深度进行调整
为了减少辅助工序占用的循环时间，并使正规循环作业具有较高的灵活性在编制循环图表安排施工工顺序时以采用班初装岩、班末爆破的方式较为适宜。这样可以在执行循环图表的过程中，根据占工时最长的装岩工作完成的情况随时调整炮眼深度确保正规循环正常进行。且作业人员可在班末爆破前升井，避免人员多次升降而影响工时利用。班末爆破，还可利用交接班加强井筒通风，改善井内作业环境。此外，循环结构中尚需留出备用时间，以备不可预见的影响。
目前，我国以大抓岩机和伞形钻架为主的掘进循环时间多为12到24小时，循环进尺多为2到4米，每个循环要跨越若干作业班来完成。以手持凿岩机和人力操作抓岩机为主的掘进循环时间多为8到12小时，循环进尺多为1.5到2米
例如，某矿井副井井筒净直径6.5米，井深850米，采用立井综合机械化设备配套施工方案，提升系统为两套单钩，主提升为JKZ2.8斜杠15.5提升机配四立方矸石吊桶，副提升为JKZ2.5斜杠二零提升机配2.5方矸石吊桶，凿岩为FJd-9A伞钻，采用四米深孔光面爆破技术；选用了两台hz杠六中心回转式抓岩机同时出矸，砌壁为3.6米高，mYJ型整体金属伸缩式模板。施工单位编制的该副井井筒基岩段掘砌施工正规循环作业作图表，如图所示，该井筒连续施工六个月，每月成井均超过100米，创当年国内立井井筒快速施工的新纪录
凿岩班分为交接班、下伞钻及凿岩准备、凿岩、伞钻升井、装药联线爆破
出矸班：交接班、通风安全检查、接管路风筒、出矸找平
砌壁班：交接班、脱模立模、浇筑混凝土
清底班分为交接班、出矸、清底
说明炮眼深度四米，循环进尺3.6米
实际工作中，由于地质条件的变化，某些意外事故的发生或因操作技术上的因素往往打乱正规循环作业，一旦遇到这种情况，应积极主动采取措施，尽快使工作重新纳入正轨
6.2.6 立井井壁结构及其施工要求
立井井壁是井筒的重要组成部分，其作用是承受低压，封堵涌水，防止围岩风化等。常用的井壁结构形式，有砌筑井壁、整体浇筑式井壁、锚喷井壁、装配式大弧板井壁和复合井壁。合理选择井壁材料和结构，对节约原材料，降低成本，保证井筒质量，加快建井速度等都具有重要意义。
1.立井井壁结构
1）砌壁井壁
砌筑井壁的常用材料，有料石、砖和混凝土预制块等，胶结材料主要是水泥砂浆。料石井壁便于就地取材，施工简单。过去一段时间使用较多，砌筑井壁因为施工中劳动强度大，难以机械化作业，井壁整体性和封水性较差，以及造价较高的原因，近年来也很少使采用
2）整体浇筑式井壁
整体浇筑式井壁有混凝土和钢筋混凝土井壁两种。混凝土井壁使用年限长，抗压强度高，封水性好，成本比料石井壁低，且便于机械化施工，已成为井壁的主要形式。钢筋混凝土井壁，强度高，能承受不均匀地压但施工复杂，效率较低，通常只在特殊地质条件下，如穿过不稳定表土层，断层破碎带，井筒冻结段等，以及承担井塔荷载的井颈部分使用。
3）锚喷井壁
锚喷井壁是一种新型支护形式，但仅限于主井、风井中采用，其特点是井壁薄（一般为50—200mm），强度高、粘结力强，抗弯性能好，施工效率高，施工速度快。目前喷射混凝土井壁主要用在淋水不大，岩层比较稳定的条件下，在较松软的岩层中则采用金属网喷射混凝土或锚杆、金属网喷射混凝土联合支护
4）装配式大弧板井壁
装配式大弧板井壁是预先在地面预制成大型弧板，（有钢筋混凝土或铸铁结构形式），然后送至井下装配起来，最后进行壁后注浆。这种井壁便于机械化施工，其强度和防水性均较高，井壁质量易保证，但施工技术复杂，制造、安装机械化水平要求高
5）复合井壁
复合井壁是由两层以上的井壁组合而成，多用于冻结法凿井的立井井筒，也可用于具有膨胀性质的岩层中和较大地应力的岩层中。复合井壁结构可解决由冻结压力，膨胀压力和温度应力等所引起的井壁破坏问题达到防水、高强、两层井壁间可滑动三方面的要求。由于所采用材料及其组合形式的不同，复合井壁的类型较多，但其主要构件分类有钢筋混凝土复合井壁、预制块复合井壁、丘宾筒复合井壁和钢板复合井壁等多种形式。
采用普通法凿井的立井井筒宜采用整体浇筑混凝土、钢筋混凝土井壁支护，布置有装备的立井井筒，不得采用喷射混凝土和金属网、喷射混凝土及锚杆、金属网、喷射混凝土或料石、混凝土砌块作为永久支护。
2.立井井壁施工技术要求
1）锚喷支护的井壁施工
当井筒采用锚喷支护作为临时支护时，对一类岩层掘砌段高不限，可以不支护。对于二类岩层掘砌段高80到100米，采用喷水泥浆或混凝土支护厚度20到50毫米。对于三类岩层掘砌段高50到80米，采用喷射混凝土支护厚度50到80毫米。对于四类岩层掘砌段高30到50米，采用锚杆钢筋网喷射混凝土支护厚80到100毫米，对于五类岩层掘砌段高小于30米，采用锚杆钢筋网喷射混凝土支护厚度80到150毫米
当井筒采用锚喷支护作为永久支护时，其施工应符合《岩土锚固与喷射混凝土支护工程技术规范》Gb —2015的有关规定，同时应符合下列规定：
（1）喷浆、喷射混凝土的强度、厚度、锚杆的锚固力，应符合设计要求
（2）井筒的内半径应符合设计和允许偏差要求
（3）锚杆的间距、深度、数量及规格应符合设计要求
（4）锚喷支护的外观质量要求：无离层，无剥落，无裂缝，无漏筋，锚杆尾端不外露
2）浇筑式混凝土井壁施工
当井筒采用现浇混凝土支护时，其施工应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》Gb —2015的有关规定模板及钢筋混凝土材料，应符合下列要求：
（1）木模板高度不宜超过1.2米，每块木模板厚度不应小于50毫米，宽度不宜大于150毫米，模板靠混凝土的一面应刨光，两侧及两端应平整
（2）组合钢模板高度不宜大于1.2米，钢板厚度不应小于3.5毫米，模板应组装方便不、快捷、牢固，应有足够的刚度
（3）整体钢模板高度宜为2到5米，钢板厚度应满足刚度要求，模板通过地面稳车或吊盘悬吊时，其悬吊点不应少于三个
（4）整体滑升钢模板高度亦为1.2到1.4米，钢板厚度不应小于3.5毫米，上下锥度应为0.6%～1.0%，并有足够的刚度。
（5）组装后的模板，其外沿半径应大于井筒设计净半径的10到40毫米，上下面保持水平，其允许误差为十毫米，重复使用的模板应进行检修与整形。
（6）混凝土的水灰比、坍落度和外加剂的掺量应按施工设计的严格控制
（7）对于钢筋混凝土井壁，钢筋宜在地面绑扎或焊接成片，井下竖向钢筋的绑扎，在每一段高的底部，其接头位置可在同一平面上，宜采用钢筋直螺纹连接，连接强度不应小于整体钢筋强度。
（8）井壁混凝土应对称入模、分层浇筑并及时进行机械振捣，当采用滑升模板时，分层浇筑的厚度亦为0.3到0.4米，并严格控制滑升间隔时间
（9）输送混凝土可使用底卸式吊桶，也可使用溜灰管，使用溜灰管输送混凝土应制定安全技术措施。混凝土强度等级大于c40或输送深度超过400米时，不得采用流溜灰管输送。使用溜灰管输送混凝土时，混凝土塌落度不应小于150毫米，末端应安设缓冲装置，并采用分灰器入模
（10）脱模时的混凝土强度：采用组合钢模板、整体钢模板时应达到0.7到1兆帕。采用普通钢木模板时应达到1兆帕。采用滑升模板时应达到0.5到0.25兆帕
（11）应按设计规定进行混凝土强度配合比设计及强度试验，并做好井壁隐蔽工程记录
6.2.7立井
1.立井施工的生产系统
立井施工的生产系统主要包括提升系统，通风系统，排水系统，压风和供水系统，以及地面排矸系统等
1）提升系统
立井施工提升系统由提升容器，钩头及联结装置，提升钢丝绳、天轮、提升机以及提升所必备的导向稳绳和滑架等组成。常用的提升方式有单钩和双钩提升两种。提升方式的选择一般根据井筒的大小、深度、提升设备以及井筒施工作业方式来确定。井筒径直径不大于五米时，一般布置一套单钩提升，超过五米可布置两套单钩，大于六米可考虑一套单钩和一套双钩。大于九米可布置三套单钩
凿井期间，提升容器主要采用矸石吊桶以满足出渣和辅助排水的要求，有时也采用底卸式下料吊桶和下料筐等容器满足井筒施工砌壁和辅助作业需要
井筒施工到底后，由井筒转入车场巷道施工时，如果井筒提升需要改为双钩罐笼提升，这时凿井时配置的提升系统，不论是单钩还是双钩，必须选用一台能用于罐笼提升的双滚筒提升机。
2）通风系统
（1）通风方式
井筒施工中，工作面必须不断的通入新鲜空气，以排除岩土层中和破破时产生的有害气体，保证工作人员的身体健康。通风方式可采用压入式、抽出式和抽出式为主辅以压入式三种方式，当采用压入式通风时，即通过通风筒向工作面压入新鲜空气，污风经井筒排出，井筒内污浊空气排出缓慢，一般适用于较浅的井筒。而采用抽出式通风时，即通过风筒将工作面污浊空气向外抽，这时井筒内为新鲜空气。爆破后，施工人员可尽快返回工作面。当井筒较深时，采用抽出为主，辅以压入通风，可增大通风系统的风压，提高通风效果。该方式是目前深井施工常用的通风方式。
（2）风量计算
立井井筒施工工作面需要的风量应按下列要求分别计算并选取其中的最大值：
1按绝对瓦斯涌出量计算，应将工作面涌出的瓦斯充分稀释，并应使工作面及其回风流中瓦斯浓度符合《煤矿安全规程》2022年版的有关规定
2按掘进工作面，同时工作的最多人数计算，并按每人每分钟新鲜空气量不应少于四立方米进行计算
3按一次爆破炸药量计算所需风量
4使用防爆柴油动力设备的井筒掘进工作面，还应按同时运行的最多柴油动力设备数量增加配风量，配风量不应少于四立方米，每分钟千瓦
5风速符合《煤矿安全规程》2022年版的有关规定
（3）通风设备
立井掘进的通风系统设备是由设置在地面的通风机和井内的风筒组成。通风机一般采用轴流式局部通风机，也有采用离心式通风机的，通常布置两台型号相同的风机，配一趟风筒，每天需要切换进行风电闭锁试验。直径较大的井筒往往布置四台型号相同的风机，每两台配一趟风筒使用，爆破后两趟风筒同时供风
地面通风机布置时，压入式通风的入风口应位于空气洁净处，距地面的高度不得低于1.5米。抽出式通风的出风口宜位于该地区主导风向的井口下方，距离地面的高度不得低于0.5米。瓦斯矿井抽出式通风机的扩散器与入风井的距离不应小于30米，两台局部通风机并联或串联运行，应采用同型号的通风机
风筒的直径一般为0.5到1米，井筒的深度和直径越大，选用的风筒直径也越大，或者增加风筒的数量，常用的风筒有铁风筒、玻璃钢风筒和胶皮风筒。铁风筒和玻璃钢风筒用于抽出式通风，而压入式通风可用胶皮风筒，可以减轻吊挂重量，也方便敷设
井筒内风筒的敷设可采用井壁固定和钢丝绳悬吊两种，采用钢丝绳悬吊也一般每趟风筒布置两根钢丝绳，地面选用一台双滚筒凿井绞车或两台单滚筒凿井绞车悬吊。采用井壁固定时一般采用树脂锚杆进行固定，对于短段施工作业多采用井壁固定方法
3）排水系统
立井井筒施工应建立排水系统，排水系统包括水泵、净化水箱、排水管路等。排水设施的能力宜根据井筒预计涌水量确定，一般水泵排水能力不应小于预计涌水量的1.5倍，并应配备同等能力的备用泵。当井桶用水量不大于十立方米每小时时宜选用风动水水泵或隔膜泵配合吊桶排水，水泵及吊桶排水能力应满足掘进工作面的施工要求，井筒涌水量大于十立方米每小时时宜根据井筒深度及设备排水能力，选用一段或多段排水方案，选用卧泵或吊泵进行排水。深井井筒施工，采用多段排水时中间排水站宜采用中间泵房、弓形盘和水箱。井筒开凿到底后，再临时水仓和排水洞时，形成前可采用井底水窝做临时水仓，并利用原有排水系统增设卧泵。增设的卧泵和原有水泵技术特征宜保持一致。紧急情况下，可并联运行
排水管路可以采用井壁固定和钢丝绳悬吊两种方式，采用钢丝绳悬吊时一般每趟管路布置两根钢丝绳，地面选用一台双滚筒凿井绞车，采用井壁固定时一般采用树脂锚杆进行固定。排水管路吊挂选型时要考虑停泵水锤力的冲击荷载作用，以保证排水系统的安全。
4）压风和供水系统
立井施工时，井下工作面各种风动设备的动力（压风）必须使用管道，从地面输送到井下。压风系统，包括地面压风机房、吊挂在井筒内的压风管路和管路末端的分风器，并由高压分支胶管向各种风动设备供风。在冻结段施工时一般应设置除湿器。井下工作面，凿岩时的供水系统由地面供水站、吊挂在井筒内的供水管路和管路末端的降压装置组成
压风、供水管路可以采用井壁固定和钢丝绳联合悬吊两种方式，目前多采用井壁固定方式
5）地面排矸系统
立井掘进时，矸石吊桶提至卸矸台后，通过翻矸装置将矸石卸出。矸石经过留矸槽或矸石仓卸入自卸汽车、矿车或落地式矸石仓，然后运至排矸场
（1）翻矸方式
翻矸方式有人工翻矸和自动翻矸两种。翻矸装置应满足翻矸速度快，休止时间短，结构简单，使用方便，翻转卸矸时吊桶要平稳，冲击力小，安全可靠，吊桶位移距离小，滑架受力小，自动化程度高，需用人工少，劳动强度低等要求。目前，我国常用的方酐装置是人工挂钩式方杆和坐钩式自动翻矸。
（2）地面排矸
立井施工机械化程度在不断提高，吊桶容积不断增大，装岩容积不断增大，装岩出矸能力明显增加，井架上溜矸槽的容量有时满足不了快速排矸的要求。目前，一般通过设置大容量矸石仓或者采用落地矸石仓方式进行解决，且落地矸石仓使用更为方便。由于矸石仓的容量增大，地面排矸方式需要采用高效率的自卸汽车排矸。自卸汽车机动灵活简单方便，排矸能力大。当掘进速度要求较低时，或者在井筒施工后期，也可采用矿车排矸，将矸石直接运往废石堆场矸石山
2.立井施工的辅助系统
立井施工的辅助系统包括工作面测量，照明，通信及信号以及安全梯布置
1）井筒测量
在井筒的掘进、砌壁或安装中，应认真做好测量工作，保证井筒达到设计要求的规格、质量。井筒中心线是控制井筒掘、砌质量的关键，除应设垂球测量外，平时一般采用激光指向仪投点。边线包括中心线可用垂球挂线，垂球重不得小于30公斤，井深大于200米，悬挂钢丝或铁丝应有两倍安全系数。边线一般设6到8根，固定点设在井盖上也可固定在井壁中，预埋木楔，预留梁窝木盒上。
2）照明
井筒施工中，良好的照明能提高施工质量与效率，减少事故。在井口及井内，凡是有人操作的工作面和各盘台均应设置足够的防爆防水灯具，在掘进工作面上方十米左右处吊挂伞形罩组合灯或防溅式探照灯，并保证有20我30瓦每平方米的容量，对安装工作面应有40到60瓦每平方米的容量。井内各盘和腰泵房应有不少于10到15瓦每平方米的容量，而井口的照明容量不少于五瓦每平方米。此外，抓岩机和吊泵上一应设置灯具，在装药联线时需切断井下一切电源，用矿灯照明
3）通信及信号
立井井筒施工时必须建立以井口为中心的全井筒通信和信号系统通信，保证井上下与调度指挥之间的联系。信号，应保证井下掘进工作面，吊盘及腰泵房与井口信号房之间建立有各自独立的信号联系。同时，井口信号房又可向卸矸台，提升机房及凿井绞车房发送信号。目前，使用最普遍的是声光兼备的电气信号系统
4）安全梯
当井筒停电或发生突然冒水等其他意外事故时，工人可借助安全梯迅速撤离工作面，安全梯用角钢制作分若干节接装而成。安全梯的高度应满足井底全部工人在紧急状态下都能登上梯子，然后被提至地面，为安全考虑。梯子需设护圈，安全梯必须采用专用凿井绞车悬吊，且专用凿井绞车应有两回路供电线路，其中的一回路应直接由变电所馈出