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普通鑿井法,井筒涌水量小於30m3/h,穿過的岩層或表土層比較穩定,採用鑿岩爆破開鑿立井井筒的施工方法。古老的立井井筒斷面為矩形,多開鑿在涌水小的較穩定岩層中,採用人工鑿岩,黑火藥爆破,人工裝岩和木材支護,服務年限短。隨著井筒深度增加,地壓增大,逐漸採用石材或混凝土支護的圓形井筒。

1 普通鑿井法 -普通鑿井法

由於爆破技術的發展,爆破的岩石要用很長時間和繁重的體力勞動方能清除,裝岩工作便成為提高鑿井速度的障礙。20世紀初,西歐曾將雙葉片抓料機械用於鑿井裝岩,但效率較低;40年代試製成多葉片抓岩機,使鑿井速度明顯提高。近年來,由於使用錨噴支護與金屬活動模板築壁技術,和各種類型的鑽架與大型抓岩設備,普通鑿井法的鑿井速度有較大幅度的提高。
  用普通鑿井法施工時,在井口地面安裝井架,其頂端設天輪台,用於懸吊各種鑿井設備。工作面爆破的岩石,用吊桶提至井架卸矸台卸入矸石倉,用汽車或礦車運走。井口設封口盤,盤下4~6m處設固定盤。井筒中還懸挂多層金屬結構的吊盤、砌築井壁的模板、吊泵、風筒、鑽架和抓岩機等。通風機設於地面,通過風筒,向工作面通風。
  立井井筒施工前,通常先作木材、鋼材或磚石結構臨時鎖口,以固定井口位置;弔掛臨時支架,防止地表塌陷和泥水流入井內。表土抗壓強度大於2.5kgf/cm2時,可立即組立鑿井井架;土質不好時,先用簡易三腳架、龍門架或汽車起重機供井筒提升,達一定深度后,以穩定岩層為基礎,砌好上段井壁與永久鎖口,再組立鑿井井架。
  立井施工方案 整個井筒按所穿岩層的情況分段掘進。根據各段掘進與砌壁的順序分為:①單行作業方案。在同一分段內,掘進與砌壁交替進行。長段單行作業一次掘進的分段高度一般為20~40m,掘進時用臨時支架維護岩幫,在吊盤上砌好該段井壁,再掘砌下一分段。若用錨噴作臨時支護,分段高度可加大到40~60m。短段單行作業的分段高度2~6m,直接砌築井壁,不需臨時支護。當地層不穩或局部涌水時,可設法封水,分區開挖,在井壁中埋設上、下弔掛豎向鋼筋,再砌築井壁,稱弔掛井壁施工方案。②平行作業方案。在上下相鄰兩分段內,同時進行掘進與砌壁作業。若下段掘進採用柔性掩護筒臨時維護岩幫,上段同時築壁,也稱平行作業。③掘、砌、安一次成井作業方案。掘進、砌壁和安裝在井筒內同時順序進行。
  根據井筒深度與直徑大小、岩層條件、設備情況、技術水平等,綜合確定鑿井施工方案。平行作業對時間、空間利用較充分,鑿井速度比單行作業高30~50%,但需裝備兩套以上的提升設備,設備布置和組織管理也較複雜,適用於深度大於 400m、凈直徑大於 5.5m的井筒。單行作業需用設備較少,上下干擾小,施工組織簡單,不受井筒深度與直徑的限制。一般長段的單行作業方案適用於較穩定的岩層;短段單行作業方案縮短了岩幫暴露時間,適用於穩定性較差的岩層或土層,但井壁接茬太多,整體性與封水性差。掘、砌、安一次成井施工方案,可利用上段已安裝的罐道梁卡固鑿井用的管線或設備,減少地面提吊設施,但這種方案更複雜。
  立井施工工序 在基岩中,每次立井掘進的工序是:鑿岩、爆破、通風、安全檢查、裝岩、清底和臨時支護,涌水較大時,還要排水。砌築混凝土永久井壁(見立井支護),包括拆除臨時支架、立模板、澆灌混凝土和提升吊盤等工序。基岩中的立井機械化鑿井法見圖。
普通鑿井法普通鑿井法
  鑿岩  一般採用手持式鑿岩機鑽垂直炮眼,按同心圓布置。為了減輕勞動的強度,縮短鑿岩時間,自20世紀50年代起,開始使用傘形鑽架和環形鑽架鑽鑿較深炮眼。
  ① 傘形鑽架 配有6~9台導軌式重型鑿岩機,用提升鋼絲繩將鑽架下放到井底工作面,固定後進行鑿岩,見圖,鑿岩結束后,提出井外檢修。使用傘形鑽架,可鑽4m以上深孔,方向準確;缺點是輔助作業時間較長。
  ② 環形鑽架 由環軌和3~6根弧形軌組成,用3台小絞車懸吊在吊盤或地面上。上設20~30台氣腿式鑿岩機。它的結構簡單,製造容易,同時工作的鑿岩機台數多;但勞動強度較大,拔釺較難,不適於鑽鑿大直徑深眼。
  爆破  採用抗水炸藥,實行全斷面一次爆破。爆破後用局扇通過風筒向工作面送入新鮮空氣,吹出炮煙。經安全檢查后,下放抓岩機裝岩。涌水量大時,還須下放吊泵排水。
  裝岩與清底  鑿井中最繁重最費時的工序,占掘進循環時間一半以上。目前,使用的抓岩機主要有中心迴轉式(HZ型)、環形軌道式(HH型)和液壓靠壁式(HK型)等。前兩種抓岩機均須固定在鑿井吊盤上,整機隨吊盤一起升降;靠壁式抓岩機由地面絞車單獨懸吊,工作時用錨桿固定在井筒的岩幫上。抓岩機的抓鬥由4~8個葉片構成,容積為0.4、0.6、0.85~1.25m3,生產能力達30~100m3/h。
  提升  鑿井提升高度隨工作面下掘而不斷變化,吊桶在一次提升循環過程中要多次過盤、多次減速,因此在吊盤或穩繩盤下有一段無穩繩的提升段,提升速度受到嚴格控制,提升機要容易調繩、調速和控制。提人速度不得超過1m/s,提物不得超過2m/s。
  吊桶是裝提矸石和水並升降人員和物料的容器。容積一般為 1.0、1.5、2.0、3.0、4.0m3。提升鋼絲繩用鉤頭掛住吊桶,鉤頭上有緩轉器與滑架,使吊桶在升降過程中沿穩繩平穩運行。吊桶卸矸有翻籠式、座鉤式、鏈球式等自動卸矸方式。
  排水  通常用吊桶或吊泵排水。吊泵是由電動機帶動垂直軸運轉的專用多級離心式水泵。用慢速絞車通過鋼絲繩將吊泵弔掛在井底工作面上方,爆破前提到安全高度處。吊泵揚程一般為250m,排水量30~50m3/h,鑿深井時可採用揚程達 500~750m或更高的吊泵。井筒深度超過一台吊泵的揚程時,另設中轉水泵接力排水至地面。
  鑿井設施 有井架、穩車、吊盤及管路電纜等。
  鑿井井架  懸吊鑿井設備、管纜和承載翻矸設施的結構物,一般為鋼結構。按井深、井徑和承載能力的不同,有Ⅰ至Ⅴ型標準鑿井井架。其高度應滿足卸矸提升吊桶和聯結裝置、下放各種鑿井設備以及為安全提升的過卷高度等。鑿井井架承載的重量較大,結構複雜,為減輕井架載荷,可將某些管線卡固在井壁或鋼樑上,或將某些設備用地輪懸吊。為節省拆裝鑿井井架工作,可利用生產井架或井塔鑿井,但必須驗算其承載能力,增加或補強某些構件。對鑿井設備與管線,應按鑿井施工方案要求綜合考慮井筒內吊盤盤面、天輪平台和井口地面的合理布置,併兼顧井巷和井筒永久安裝等的施工要求。
  鑿井吊盤  鋼結構組成,用單繩或雙繩懸吊在地面慢速絞車上,盤面鋪設防滑網紋鋼板。吊盤的盤面布置、孔洞位置與大小,均隨鑿井設備的布置而定。吊盤的層數、間距和是否設置中間活動盤等,依鑿井作業方案而定。為避免吊盤工作時發生晃動,應用機械的、氣動的或液壓驅動的固定裝置,將吊盤牢固地固定在井幫或井壁上。吊盤的結構和使用方法,因鑿井方案而異。單行作業時,吊盤兼具工作防護盤和固定穩繩作用。長段平行作業時,吊盤隨砌壁工作的進行而不斷上提。為保證失穩繩段高度不超過40m,吊盤下方須另設穩繩盤。深井可採用邁步式吊盤。
  立井聯合掘進機 採用多種機具組合成一個整體機組進行施工,使掘進與支護等主要工序實行平行作業和綜合機械化。這種掘進機組通常稱為立井聯合掘進機。用於涌水量很小和較穩定的岩層中開鑿立井,可改進井筒開鑿工藝,提高立井掘進的機械化水平,有利於加快成井速度和提高勞動生產率。目前,蘇聯、美國和聯邦德國等國已研製出立井聯合掘進機。
  參考書目
 中國礦業學院編:《井巷工程》,第一版第三分冊,煤炭工業出版社,北京,1979。

2 普通鑿井法 -配圖

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