豎井施工及井壁支護

崔秀平

甘肅省白銀市平川區華能公司，甘肅白銀 730913

0 引言

豎井是地下礦山的主要井巷之一，是礦山生產期間用來提升礦石、上下人員和器材、通風及排水的直通地面的通道。豎井工程進展的快慢直接影響整個礦山施工進度計劃和后續工程的開工時間，對礦山、煤礦能否早日投產影響很大。因此加快豎井施工速度，提高工程質量，對于保證基建礦山早日投產和礦山生產的正常進行具有決定性的意義。

1 豎井施工

1.1 表土施工

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

1.1.1 臨時鎖口的安設

在穩定表土層中掘砌豎井，首先按設計的井口規范下挖1m～2m，然后安設臨時鎖口，用來固定井口位置和懸掛臨時支架。

1.1.2 表土挖掘及提升

安裝了臨時鎖口，做好臨時支護后，便可繼續下挖。在無水而穩定的表層中，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，采用階梯式環挖法，先在井筒中央開挖超前集水小井，以便降低水位、集中排水，然后挖掘其余部分。

1.1.3 臨時支護

表土層一般都比較松軟，承受井口周圍建筑物及構筑物的壓力較大，井筒開挖后在水的沖刷和風化作用下，井版幫容易坍塌，因而隨著表土的開挖必須及時架設可靠的臨時支護。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支架。

1.1.4 水的處理

凡是表土施工中發生的片幫垮塌，井底涌砂冒泥，壁后形成空洞，進而發展成為井壁開裂脫落，地表塌陷等嚴重事故，大部分原因是對土層的水文地質條件不夠了解，施工方法選擇不當以及對水的處理不力所致。因此，除盡量避開雨季施工外，還應該根據情況采取地表防水、井幫導水、截水、以及工作面排水等措施。

1.2 豎井施工方案

1.2.1 掘進單行作業

掘進單行作業是將井筒至上而下分成若干個井段，在一個井段內首先至上而下掘進井筒，同時進行臨時支護，待該端完成后，在至上而下進行永久井壁的施工。

1.2.2 掘砌平行作業

其特點是砌壁、掘進分別在相鄰的上下兩個井段內同時進行。掘砌平行作業能比較有效地用空間和時間，為提高成井速度提供了有效條件。但是這種作業方式需要的鑿巖設備較多，施工組織復雜，掘砌工作容易相互干擾，因此多用于圍巖穩固、深度和斷面較大的井筒。

1.2.3 短段掘砌作業

短段掘砌作業的特點是段高較小，不需要臨時支護，掘砌工作在同一井段內進行。短段掘砌主要用于不夠穩定的井筒。其優點是圍巖暴露時間短，易于維護，省去了臨時支架。但井壁接茬多，不易保證質量。

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，進行井筒設備的安裝，一次成井。掘砌安一次成井作業工序多，同時工作的人員及設備多，勞動組織及施工管理更加復雜。要求掘進安三項工作要互相協調，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、裝巖、臨時支護等工序組成。

1.3.1 鑿巖爆破

鑿巖爆破的工作一般占整個掘進循環時間的20%～30%。鑿巖工作的快慢直接影響掘進速度，而爆破質量的好壞直接影響裝巖效率、循環進尺、斷面規格和質量。

1.3.2 豎井掘進通風

豎井掘進時主要采用局扇進行通風，通風方式有壓入式、抽出式、混合式。爆破后產生的大量有害有毒氣體，因其溫度高，可沿井筒自然上升，故豎井掘進時多采用壓入式通風。由于抽出式通風在豎井掘進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。在深井掘進時，為迅速排走炮煙，可用兩套通風機混合通風。

1.3.3 裝巖

豎井掘進中裝巖工作是一項即繁重又費時的工序，為提高裝巖生產率，常常采用以下途徑：改變設備結構，加強維修保養，提高操作技術；采用深孔爆破，提高爆破效率；提高清底效率；適當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構等安裝。除了采用掘砌安一次成井外，都是在井筒掘砌完成后再進行井筒安裝工作。主副兩井筒貫通后要交替進行安裝工作。根據罐道梁和罐道等安裝時間的關系，一般可采用分次安裝和一次安裝兩種方式。

2 井壁支護

2.1 噴射混凝土支護

噴射混凝土支護的施工可將其混合料的運輸、澆灌、搗固同一為一道工序，并免除了裝拆模板，又可通過輸料管越過障礙物向遠距離的作業面進行任意方位的噴射，工序簡單，機動靈活，具有廣泛的適應性；噴射混凝土支護層屬于薄板結構，一般約為普通混凝土支護厚度的一般或1/3，從而又可減小巷道的掘進斷面10%～20%，還可減少掘進工程量；可以節約為立模板耗費的木材或鋼材，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，又可以和其他支架配合使用，取長補短，使其應用的地點和條件獲得擴展。因而，噴射混凝土支護是一種好快多省的支護。

噴射混凝土支護是把混凝土以高速、連續噴射到巖壁上，故噴射混凝土具有密實性能，水灰比小，強度較普通混凝土高；它還具有較強的粘結性能，這就是表現在與巖石、鋼材間有較強的粘結能力，在粘結面上還能傳遞拉應力和剪應力；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，給圍巖及時提供抗力。

2.2 錨桿支護

錨桿是一種錨固在巖體內部的桿狀支架。錨桿支護則是通過錨入巖體內部的錨桿，改變圍巖受力狀態，加固圍巖。其支護作用主要表現為以下幾個方面。

2.2.1 懸吊作用

錨桿將軟弱、松動不穩定的圍巖懸吊在較為堅硬而穩定的深部巖層里，從而實現不穩定圍巖不脫離、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應力分布情況大不相同。假設有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

大量的工程實踐和試驗表明，在節理發育的破碎巖體中，懸吊和組合作用不可能產生，但打入錨桿后仍能對破碎巖體起支護作用。我國冶金建筑研究院曾用不穩定的混凝土拱模擬

不穩定巖層，用鋼筋砂漿錨固加固，分別測定前后承載力并進行比對，試驗證明，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定拱的。馬鞍山礦山研究院和鐵道部科學研究院西南研究所都做了類似的試驗，有較為充分的試驗說明，在塊裂介質體中打入錨桿，能使其間的節理被擠緊而產生較大的摩擦阻力，因此增大了沿結構面的抗剪強度，增大了不穩定塊體下滑阻力，防止了塊體移動的可能行，也就提高了被錨固巖層的穩定。

[1]張進生，張政梅，王志.石材礦山采技術[M].北京：化學工業出版社，2007.

[2]盧義玉，康勇，夏彬偉.井巷工程設計與施工[M].北京：科學出版社，2010.