竖井施工及井壁支护
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摘要 矿山、煤矿是国民经济的重要原材料，随着科学的进步和社会的发展，对矿上的开采技术也日趋成熟。本文对矿山开采过程中竖井施工进行介绍，望对今后竖井施工提供一些参考，从而提高施工技术与效率。
中图分类号TD42 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）71-0145-02
0 引言
竖井是地下矿山的主要井巷之一，是矿山生产期间用来提升矿石、上下人员和器材、通风及排水的直通地面的通道。竖井工程进展的快慢直接影响整个矿山施工进度计划和后续工程的开工时间，对矿山、煤矿能否早日投产影响很大。因此加快竖井施工速度，提高工程质量，对于保证基建矿山早日投产和矿山生产的正常进行具有决定性的意义。
1 竖井施工
1.1 表土施工
在建井过程中，通常将覆盖在地层上部的松散性沉积物和其下的岩石风化带称为表土。
1.1.1 临时锁口的安设
在稳定表土层中掘砌竖井，首先按设计的井口规范下挖1m～2m，然后安设临时锁口，用来固定井口位置和悬挂临时支架。
1.1.2 表土挖掘及提升
安装了临时锁口，做好临时支护后，便可继续下挖。在无水而稳定的表层中，特别是在硬粘土层中，多采用全断面分层下挖法；在有水的条件下，采用阶梯式环挖法，先在井筒中央开挖超前集水小井，以便降低水位、集中排水，然后挖掘其余部分。
1.1.3 临时支护
表土层一般都比较松软，承受井口周围建筑物及构筑物的压力较大，井筒开挖后在水的冲刷和风化作用下，井版帮容易坍塌，因而随着表土的开挖必须及时架设可靠的临时支护。表土施工中多采用由井圈、背板、挂钩、顶柱和木楔组成的临时支架。
1.1.4 水的处理
凡是表土施工中发生的片帮垮塌，井底涌砂冒泥，壁后形成空洞，进而发展成为井壁开裂脱落，地表塌陷等严重事故，大部分原因是对土层的水文地质条件不够了解，施工方法选择不当以及对水的处理不力所致。因此，除尽量避开雨季施工外，还应该根据情况采取地表防水、井帮导水、截水、以及工作面排水等措施。
1.2 竖井施工方案
1.2.1 掘进单行作业
掘进单行作业是将井筒至上而下分成若干个井段，在一个井段内首先至上而下掘进井筒，同时进行临时支护，待该端完成后，在至上而下进行永久井壁的施工。
1.2.2 掘砌平行作业
其特点是砌壁、掘进分别在相邻的上下两个井段内同时进行。掘砌平行作业能比较有效地用空间和时间，为提高成井速度提供了有效条件。但是这种作业方式需要的凿岩设备较多，施工组织复杂，掘砌工作容易相互干扰，因此多用于围岩稳固、深度和断面较大的井筒。
1.2.3 短段掘砌作业
短段掘砌作业的特点是段高较小，不需要临时支护，掘砌工作在同一井段内进行。短段掘砌主要用于不够稳定的井筒。其优点是围岩暴露时间短，易于维护，省去了临时支架。但井壁接茬多，不易保证质量。
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时，进行井筒设备的安装，一次成井。掘砌安一次成井作业工序多，同时工作的人员及设备多，劳动组织及施工管理更加复杂。要求掘进安三项工作要互相协调，以免相互干扰。
1.3 基岩施工
基岩施工主要是由凿岩、爆破、通风、装岩、临时支护等工序组成。
1.3.1 凿岩爆破
凿岩爆破的工作一般占整个掘进循环时间的20%～30%。凿岩工作的快慢直接影响掘进速度，而爆破质量的好坏直接影响装岩效率、循环进尺、断面规格和质量。
1.3.2 竖井掘进通风
竖井掘进时主要采用局扇进行通风，通风方式有压入式、抽出式、混合式。爆破后产生的大量有害有毒气体，因其温度高，可沿井筒自然上升，故竖井掘进时多采用压入式通风。由于抽出式通风在竖井掘进中排出污浊空气的能力较差，因此只在只有瓦斯溢出的煤矿竖井中采用。在深井掘进时，为迅速排走炮烟，可用两套通风机混合通风。
1.3.3 装岩
竖井掘进中装岩工作是一项即繁重又费时的工序，为提高装岩生产率，常常采用以下途径：改变设备结构，加强维修保养，提高操作技术；采用深孔爆破，提高爆破效率；提高清底效率；适当加大提升能力和吊桶容积。
1.3.4 井筒安装
井筒安装包括罐道梁、罐道、管道、电缆、梯子间及井底金属支撑结构等安装。除了采用掘砌安一次成井外，都是在井筒掘砌完成后再进行井筒安装工作。主副两井筒贯通后要交替进行安装工作。根据罐道梁和罐道等安装时间的关系，一般可采用分次安装和一次安装两种方式。
2 井壁支护
2.1 喷射混凝土支护
喷射混凝土支护的施工可将其混合料的运输、浇灌、捣固同一为一道工序，并免除了装拆模板，又可通过输料管越过障碍物向远距离的作业面进行任意方位的喷射，工序简单，机动灵活，具有广泛的适应性；喷射混凝土支护层属于薄板结构，一般约为普通混凝土支护厚度的一般或1/3，从而又可减小巷道的掘进断面10%～20%，还可减少掘进工程量；可以节约为立模板耗费的木材或钢材，又能减少混凝土用量，其功效更可以提高3倍～4倍；喷射混凝土不仅可以用做永久支护，又可以和其他支架配合使用，取长补短，使其应用的地点和条件获得扩展。因而，喷射混凝土支护是一种好快多省的支护。
喷射混凝土支护是把混凝土以高速、连续喷射到岩壁上，故喷射混凝土具有密实性能，水灰比小，强度较普通混凝土高；它还具有较强的粘结性能，这就是表现在与岩石、钢材间有较强的粘结能力，在粘结面上还能传递拉应力和剪应力；另外，由于在喷射混凝土中通常需加入速凝剂，使得混凝土能早凝较快，给围岩及时提供抗力。
2.2 锚杆支护
锚杆是一种锚固在岩体内部的杆状支架。锚杆支护则是通过锚入岩体内部的锚杆，改变围岩受力状态，加固围岩。其支护作用主要表现为以下几个方面。
2.2.1 悬吊作用
锚杆将软弱、松动不稳定的围岩悬吊在较为坚硬而稳定的深部岩层里，从而实现不稳定围岩不脱离、不脱落。
2.2.2 组合梁作用
锚杆锚如层状岩层后，把数层薄层岩层组合成组合梁，使其层间的摩擦力增大，提高组合梁整体岩层的抗弯能力。在相同的情况下，组合前后梁的挠度和内应力分布情况大不相同。假设有n层等厚度板，每层板得横断面为，组合前的抗弯断面模量，组合后就如同一块厚度为的板受弯，这是抗弯断面模量为，故，从而增大了组合量得抗弯能力。
2.2.3 加固供作用
大量的工程实践和试验表明，在节理发育的破碎岩体中，悬吊和组合作用不可能产生，但打入锚杆后仍能对破碎岩体起支护作用。我国冶金建筑研究院曾用不稳定的混凝土拱模拟
不稳定岩层，用钢筋砂浆锚固加固，分别测定前后承载力并进行比对，试验证明，用锚杆加固以后，承载力从7.7t增加到50.7t，在同样荷载作用下的变形仅为不稳定拱的。马鞍山矿山研究院和铁道部科学研究院西南研究所都做了类似的试验，有较为充分的试验说明，在块裂介质体中打入锚杆，能使其间的节理被挤紧而产生较大的摩擦阻力，因此增大了沿结构面的抗剪强度，增大了不稳定块体下滑阻力，防止了块体移动的可能行，也就提高了被锚固岩层的稳定。
参考文献
[1]张进生，张政梅，王志.石材矿山采技术[M].北京：化学工业出版社，2007.
[2]卢义玉，康勇，夏彬伟.井巷工程设计与施工[M].北京：科学出版社，2010.