矿山竖井掘进方法分类探讨
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摘要：在矿山可开采过程中，由于地形原因及矿藏的储藏形式，有时需要采用竖井掘进的方法才能达到开采目的。从矿山开采方法来看，竖井掘进是重要的开采方法，在矿山开采中占有重要地位，同时在矿山开采中得到了广泛的应用。文章论述了矿山竖井掘进方法的具体分类，并对矿山竖井掘进方法的施工过程特点进行分析。
关键词：矿山；竖井掘进；竖井掘进法；特殊竖井掘进法
中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）10-0133-02
1 概述
从目前矿山的实际开采过程来看，矿上开采分为很多种采掘方法，根据矿井的位置状况主要分为竖井掘进、斜井掘进、露天开采等几种方式。其中，考虑到矿井的具体形式以及开采难度和矿藏的储藏形式，竖井掘进比较常见，是目前矿山开采中的重要采掘方式。例如平煤股份三矿的井田地质构造较简单，煤层赋存较为稳定，局部伴生小构造较多，无大的构造，局部有地鼓现象，致使煤层厚度有所变化，但整体较为稳定。该井田为低沼瓦斯区，瓦斯涌出量较少，煤层煤尘具有爆炸危险性，煤尘爆炸指数为30.3%～44.00%，煤层自然发火期为12个月，开采范围的地温均在26℃以下，但随着开采深度的增加，地温会逐渐增高，地温梯度2°/100m。就比较适宜采用竖井掘进方法进行作业。
基于这种认识，我们有必要对矿山竖井掘进引起足够的重视。通过了解发现，在矿山竖井掘进方法中，根据施工地点和施工设备和施工工艺的不同，通常分为普通竖井掘进法和特殊竖井掘进法这两种，为此，我们有必要对这两种竖井掘进方法进行深入的了解。
2 矿山竖井掘进方法的具体分类
通过了解发现，目前矿山竖井掘进的方法主要分为两种类型，一种是普通竖井掘进法，另一种是特殊竖井掘进法。之所以有这两种竖井掘进的方法主要是因为在矿山开采过程中，由于设备原因、矿藏储藏、矿井所处的位置等多种因素，决定了在矿山开采过程中，应将竖井掘进方法分为普通和特殊这两种。
所谓普通竖井掘进法主要是指：用人工或机械凿岩爆破的方法进行竖井掘进。掘进程序是先进行锁口施工，然后进行表土施工和基岩施工。这种竖井掘进法是目前竖井施工中比较常见的方法，适用于一般性竖井，并且取得了良好的应用效果。
通过了解发现，平煤股份三矿十号井田基岩地下水的补给来源和途径，主要由大气降水通过煤系露头及第四系松散层垂直渗入补给及接受北部山坡洪积层大气降水渗透补给和浅部岩溶水越流补给，总体补给量不大。比较适用于普通竖井掘进法施工作业。
所谓特殊竖井掘进法主要是指：竖井所处地形特殊，需要采用特殊的方法进行掘进。所采取的方法主要有板桩法、沉井法、冻结法、预注浆法、混凝土帷幕法、钻井法等。采用特殊竖井掘进法主要是考虑到采用普通掘进法难以达到目的，并且受到其他因素的影响，难以开展正常的竖井掘进。在实际的竖井掘进过程中，采用的具体方法很多，最终的目的都是为了取得掘进的良好效果。所以，在竖井掘进过程中，要采用多种方法组合的方式。
3 矿山竖井掘进方法的施工过程特点分析
由于平顶山煤田位于沙河和汝河之间的低山和丘陵地带，四周大部分为平原。平煤股份三矿十号井井位于煤田中段南部，矿区内为广阔的冲积平原，地表为坡前岗地，地形北高南低，标高+150～+180m，主要山峰有龙山和擂鼓台。因此我们结合平煤股份三矿的开采状况进行叙述。
3.1 普通竖井掘进法
在普通竖井掘进法中，主要的施工过程分为以下四种：
3.1.1 锁口施工。由井颈上部的临时井壁和锁口框组成。锁口框采用木材、钢材、钢木结构；临时井壁段长度一般为1～2m，采用砖、料石、混凝土块砌筑。如表土层稳定，可采用一次施工永久锁口。
3.1.2 表土施工。常用的方法有井圈背板、吊挂井壁、板桩、锚喷临时支护施工法等。根据井筒涌水量大小，可以采用工作面水窝集水、排水法，超前小井竖井降低水位法和井外疏干孔降低水位法进行涌水处理。表土施工提升有标准掘进井架提升系统（见井巷施工提升）和简易提升两种。
3.1.3 基岩施工。当遇到土层下面是岩层的时候，需要对岩层进行开凿，并且将炸药放置在固定孔洞中。在进行基岩施工的时候，应保证基岩井筒内的涌水在30m3/h以下，同时要选择稳定性较强的岩层进行。在基岩施工过程中，要对整个井筒进行分段施工，需要人为的将井筒分成几个施工井段，并保证整体井筒施工能够采用从上至下的顺序施工。而施工井段的长度主要应根据井筒的岩石稳定性、涌水量和施工所需设备情况来决定。通常井筒段长度会在6～30m之间。
3.1.4 支护和涌水处理施工。在矿山竖井掘进过程中，由于涉及地下挖掘施工，不可避免地会遇到地下水层，为了保证井筒施工质量，就需要对井筒进行支护，并对井筒内的涌水进行有效处理。通常在竖井掘进施工中，支护和涌水处理是结合在一起的，二者互为补充。在对井筒进行支护的时候，主要可以采用混凝土支护的方法，不但加固了井筒的内壁，同时也有效防止井筒外地下水的渗入。在涌水处理的时候，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将井筒的内的地下水有效排出井筒外，其中水泵排水更加理想。
3.2 特殊竖井掘进法
在特殊竖井掘进法中，主要的施工过程分为以下四种：
3.2.1 板桩施工。当井筒挖掘至距离流砂或淤泥层为1m时，停止掘进，利用上部临时支护或井壁预埋12～18个生根钩子，架设导向圈，依次打入板桩（有木板桩、钢板桩），在超前（一般0.5～1.0m）对不稳定冲积层进行支护后再下掘，边下掘边架圈打板桩，直至通过冲积层。若井帮压力大，可根据实际情况，架设中间导向圈及副导向圈进行加固。该方法适用于表土层中流砂、淤泥段。
3.2.2 沉井法施工。一般采用预制钢筋混凝土沉井井筒，下端设刃脚，依靠自重下沉，边下沉、边挖掘、边接长井壁，直至预定位置止，称不淹水自重沉井法。该法适用于流砂层小于1m的不稳定表土层，沉井深度小于30m、涌水量小于30m3/h的浅表土层井筒施工。为减少沉井阻力，避免井壁偏斜与开裂，采用壁后泥浆淹水沉井和壁后压气淹水沉井法，称“淹水沉井”法施工。
3.2.3 冻结法施工。在矿山竖井掘进施工过程中，有些地层稳定性不够，如果采用普通竖井掘进法，将会遇到地下水层，增加施工难度。为了提高施工质量并降低地下涌水对井筒的干扰，可以采用人工制冷的技术将施工地层进行暂时冻结，主要是将井筒位置和地下水位置进行冻结，使竖井掘进施工能够提高掘进速度，并降低地下涌水的量，提高竖井掘进的整体施工质量。在进行冻结法施工过程中，主要采用了低温盐水进行地层以下的冷冻作业，其中低温盐水的温度应保持在-25℃左右。
3.2.4 预注浆法施工。所谓预注浆法施工主要是指为了防止地下水对竖井掘进造成影响，采用向地下裂缝和孔洞中注入粘性胶体的方式，这种胶体注入地下之后，遇冷会自行凝固，形成对地层下涌水的有效封堵，保证竖井掘进的施工能够顺利进行，减小涌水对竖井掘进施工的影响。从目前矿山竖井掘进施工过程来看，地下涌水是影响施工质量的主要因素，只有实现了对地下涌水的有效控制，才能保证竖井掘进施工的总体效果。目前预注浆法施工中主要采用了结石性凝胶和凝固性胶体。
4 结语
通过本文分析可知，在目前的矿山竖井施工过程中，掘进方法主要分为两大类：普通掘进法和特殊掘进法。本文重点分析了这两种施工方法的特点，并对这两种施工方法的施工过程进行了分析和探讨，为矿山竖井掘进施工提供了新的方法和依据，保证了矿山竖井掘进法施工的有效性。
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