任少杰

摘要：在礦山可開(kāi)采過(guò)程中，由于地形原因及礦藏的儲(chǔ)藏形式，有時(shí)需要采用豎井掘進(jìn)的方法才能達(dá)到開(kāi)采目的。從礦山開(kāi)采方法來(lái)看，豎井掘進(jìn)是重要的開(kāi)采方法，在礦山開(kāi)采中占有重要地位，同時(shí)在礦山開(kāi)采中得到了廣泛的應(yīng)用。文章論述了礦山豎井掘進(jìn)方法的具體分類(lèi)，并對(duì)礦山豎井掘進(jìn)方法的施工過(guò)程特點(diǎn)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：礦山；豎井掘進(jìn)；豎井掘進(jìn)法；特殊豎井掘進(jìn)法

中圖分類(lèi)號(hào)：TD745 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）10-0133-02

1 概述

從目前礦山的實(shí)際開(kāi)采過(guò)程來(lái)看，礦上開(kāi)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(jìn)、斜井掘進(jìn)、露天開(kāi)采等幾種方式。其中，考慮到礦井的具體形式以及開(kāi)采難度和礦藏的儲(chǔ)藏形式，豎井掘進(jìn)比較常見(jiàn)，是目前礦山開(kāi)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(jiǎn)單，煤層賦存較為穩(wěn)定，局部伴生小構(gòu)造較多，無(wú)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(xiǎn)性，煤塵爆炸指數(shù)為30.3%～44.00%，煤層自然發(fā)火期為12個(gè)月，開(kāi)采范圍的地溫均在26℃以下，但隨著開(kāi)采深度的增加，地溫會(huì)逐漸增高，地溫梯度2°/100m。就比較適宜采用豎井掘進(jìn)方法進(jìn)行作業(yè)。

基于這種認(rèn)識(shí)，我們有必要對(duì)礦山豎井掘進(jìn)引起足夠的重視。通過(guò)了解發(fā)現(xiàn)，在礦山豎井掘進(jìn)方法中，根據(jù)施工地點(diǎn)和施工設(shè)備和施工工藝的不同，通常分為普通豎井掘進(jìn)法和特殊豎井掘進(jìn)法這兩種，為此，我們有必要對(duì)這兩種豎井掘進(jìn)方法進(jìn)行深入的了解。

2 礦山豎井掘進(jìn)方法的具體分類(lèi)

通過(guò)了解發(fā)現(xiàn)，目前礦山豎井掘進(jìn)的方法主要分為兩種類(lèi)型，一種是普通豎井掘進(jìn)法，另一種是特殊豎井掘進(jìn)法。之所以有這兩種豎井掘進(jìn)的方法主要是因?yàn)樵诘V山開(kāi)采過(guò)程中，由于設(shè)備原因、礦藏儲(chǔ)藏、礦井所處的位置等多種因素，決定了在礦山開(kāi)采過(guò)程中，應(yīng)將豎井掘進(jìn)方法分為普通和特殊這兩種。

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

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

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

3 礦山豎井掘進(jìn)方法的施工過(guò)程特點(diǎn)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(hào)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(biāo)高+150～+180m，主要山峰有龍山和擂鼓臺(tái)。因此我們結(jié)合平煤股份三礦的開(kāi)采狀況進(jìn)行敘述。

3.1 普通豎井掘進(jìn)法

在普通豎井掘進(jìn)法中，主要的施工過(guò)程分為以下四種：

3.1.1 鎖口施工。由井頸上部的臨時(shí)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(shí)井壁段長(zhǎng)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(shí)支護(hù)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(jìn)行涌水處理。表土施工提升有標(biāo)準(zhǔn)掘進(jìn)井架提升系統(tǒng)（見(jiàn)井巷施工提升）和簡(jiǎn)易提升兩種。

3.1.3 基巖施工。當(dāng)遇到土層下面是巖層的時(shí)候，需要對(duì)巖層進(jìn)行開(kāi)鑿，并且將炸藥放置在固定孔洞中。在進(jìn)行基巖施工的時(shí)候，應(yīng)保證基巖井筒內(nèi)的涌水在30m3/h以下，同時(shí)要選擇穩(wěn)定性較強(qiáng)的巖層進(jìn)行。在基巖施工過(guò)程中，要對(duì)整個(gè)井筒進(jìn)行分段施工，需要人為的將井筒分成幾個(gè)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(zhǎng)度主要應(yīng)根據(jù)井筒外圍的巖石穩(wěn)定性、涌水量和施工所需設(shè)備情況來(lái)決定。通常井筒段長(zhǎng)度會(huì)在6～30m之間。

3.1.4 支護(hù)和涌水處理施工。在礦山豎井掘進(jìn)過(guò)程中，由于涉及地下挖掘施工，不可避免地會(huì)遇到地下水層，為了保證井筒施工質(zhì)量，就需要對(duì)井筒進(jìn)行支護(hù)，并對(duì)井筒內(nèi)的涌水進(jìn)行有效處理。通常在豎井掘進(jìn)施工中，支護(hù)和涌水處理是結(jié)合在一起的，二者互為補(bǔ)充。在對(duì)井筒進(jìn)行支護(hù)的時(shí)候，主要可以采用混凝土支護(hù)的方法，不但加固了井筒的內(nèi)壁，同時(shí)也有效防止井筒外地下水的滲入。在涌水處理的時(shí)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(jìn)法

在特殊豎井掘進(jìn)法中，主要的施工過(guò)程分為以下四種：

3.2.1 板樁施工。當(dāng)井筒挖掘至距離流砂或淤泥層為1m時(shí)，停止掘進(jìn)，利用上部臨時(shí)支護(hù)或井壁預(yù)埋12～18個(gè)生根鉤子，架設(shè)導(dǎo)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(duì)不穩(wěn)定沖積層進(jìn)行支護(hù)后再下掘，邊下掘邊架圈打板樁，直至通過(guò)沖積層。若井幫壓力大，可根據(jù)實(shí)際情況，架設(shè)中間導(dǎo)向圈及副導(dǎo)向圈進(jìn)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(yù)制鋼筋混凝土沉井井筒，下端設(shè)刃腳，依靠自重下沉，邊下沉、邊挖掘、邊接長(zhǎng)井壁，直至預(yù)定位置止，稱(chēng)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(kāi)裂，采用壁后泥漿淹水沉井和壁后壓氣淹水沉井法，稱(chēng)“淹水沉井”法施工。

3.2.3 凍結(jié)法施工。在礦山豎井掘進(jìn)施工過(guò)程中，有些地層穩(wěn)定性不夠，如果采用普通豎井掘進(jìn)法，將會(huì)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(duì)井筒的干擾，可以采用人工制冷的技術(shù)將施工地層進(jìn)行暫時(shí)凍結(jié)，主要是將井筒位置和地下水位置進(jìn)行凍結(jié)，使豎井掘進(jìn)施工能夠提高掘進(jìn)速度，并降低地下涌水的量，提高豎井掘進(jìn)的整體施工質(zhì)量。在進(jìn)行凍結(jié)法施工過(guò)程中，主要采用了低溫鹽水進(jìn)行地層以下的冷凍作業(yè)，其中低溫鹽水的溫度應(yīng)保持在-25℃左右。

3.2.4 預(yù)注漿法施工。所謂預(yù)注漿法施工主要是指為了防止地下水對(duì)豎井掘進(jìn)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(huì)自行凝固，形成對(duì)地層下涌水的有效封堵，保證豎井掘進(jìn)的施工能夠順利進(jìn)行，減小涌水對(duì)豎井掘進(jìn)施工的影響。從目前礦山豎井掘進(jìn)施工過(guò)程來(lái)看，地下涌水是影響施工質(zhì)量的主要因素，只有實(shí)現(xiàn)了對(duì)地下涌水的有效控制，才能保證豎井掘進(jìn)施工的總體效果。目前預(yù)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(yǔ)

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

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（責(zé)任編輯：吳 濤）