井筒井筒結(jié)構(gòu)

井筒立井

立井井筒自上而下由井頸、井身、井底三部分組成?？拷乇淼囊欢尉步凶鼍i，此段內(nèi)常開有各種孔口。井頸的深度一般為15～20m，井塔提升時(shí)可達(dá)20～60m。井頸以下至罐籠進(jìn)出車水平或箕斗裝載水平的井筒部分叫做井身。井身是井筒的主干部分，所占井深的比例最大。井底的深度是由提升過(guò)卷高度、井底設(shè)備要求以及井底水窩深度決定的。

這三部分長(zhǎng)度的總和就是井筒的全深。

井筒斜井

不同用途的斜井，它們的井口結(jié)構(gòu)、井身結(jié)構(gòu)及井底結(jié)構(gòu)都有所不同。

斜井井筒和立井井筒一樣，自上而下分為井頸、井身和井底三部分。斜井井頸是指接近地面出口，井壁需要加厚的一段井筒，由筒壁和壁座組成。

斜井井筒是連接工業(yè)場(chǎng)地和井下各開采水平的主要進(jìn)出口，服務(wù)年限長(zhǎng)，因此斜井多用混凝土砌碹或料石砌碹支護(hù)。近年來(lái)大多數(shù)斜井開始采用錨噴支護(hù)并取得了相當(dāng)好的效果，井口明洞部分多為碹體支護(hù)結(jié)構(gòu)。

井底是指井筒與車場(chǎng)水平的連接部分，對(duì)箕斗斜井和膠帶輸送機(jī)斜井而言，井底則是指井底裝載水平及井底水窩部分。不同類型的斜井，其井底結(jié)構(gòu)也不一樣。

井筒井筒分類

根據(jù)礦井開拓方式的不同，井筒可分為立井、平巷和斜井三種。其中，立井井筒按用途分類有：主井、副井、混合井和風(fēng)井；斜井井筒按用途分類有：主斜井、副斜井、斜風(fēng)井、排水斜井、注砂斜井等。

井筒井筒建設(shè)的地位

井筒工程是礦井建設(shè)主要連鎖工程項(xiàng)目之一。井筒工程量一般占礦井井巷工程量的5%左右，而施工工期卻占礦井施工總工期的40%~50%。井筒工程施工速度的快慢，直接影響其他井巷工程、有關(guān)地面工程和機(jī)電安裝工程的施工。因此，加快井筒施工速度是縮短礦井建設(shè)總工期的重要環(huán)節(jié)。同時(shí)井筒是整個(gè)礦井建設(shè)的咽喉，其設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量的優(yōu)劣，直接關(guān)系到礦井建設(shè)的成敗。因此，井筒設(shè)計(jì)必須合理，對(duì)井筒施工質(zhì)量必須予以足夠的重視。

井筒立井

立井井筒斷面設(shè)計(jì)包括確定井筒斷面尺寸，選擇井壁結(jié)構(gòu)并確定井壁厚度，繪制井筒斷面施工圖和編制工程量及材料消耗量表。

1、立井提升容器的類型及選擇

（1）提升容器的類型

煤礦立井提升容器有兩種，一是箕斗，二是罐籠。專門用作提升煤炭的容器叫箕斗；用作升降人員、材料、設(shè)備和矸石的容器叫罐籠。在大、中型國(guó)營(yíng)礦山中，提升煤炭均選用箕斗，在年產(chǎn)30萬(wàn)噸以下的小型礦井中，有的也用罐籠提煤。而副井均為罐籠提升，有的也擔(dān)負(fù)一部分提煤任務(wù)。

我國(guó)煤礦用箕斗和罐籠，分別適用于各種剛性罐道和柔性罐道等多種類型。按照提升鋼絲繩類型，又分單繩提升和多繩提升兩類，其中多繩提升具有提升安全、鋼絲繩直徑小、設(shè)備重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因而在大中型礦井中使用日益廣泛。伴隨多繩提升的出現(xiàn)，箕斗的容積也越來(lái)越大，我國(guó)的箕斗最大已達(dá)40m³。

（2）提升容器的選擇

①箕斗的容量和規(guī)格的確定

箕斗的容量和規(guī)格，主要根據(jù)礦井年產(chǎn)量，井筒深度及礦井年工作組織來(lái)確定?；返囊淮魏侠硖嵘靠砂聪率接?jì)算：

式中：

q－箕斗的一次提升量，t/次；

A－礦井設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力，t/a；

C－提升不均勻系數(shù)，有井底煤倉(cāng)時(shí)：C=1.1～1.15；無(wú)井底煤倉(cāng)時(shí)：C=1.2；

a－提升能力富裕系數(shù)，一般僅對(duì)第一水平留20%左右的富裕系數(shù)；

N－礦井年工作日，按300d/a；

t－每天凈提升時(shí)間，按14h/d；

T－一次提升循環(huán)時(shí)間，s/次；

②罐籠規(guī)格的確定

罐籠的類型應(yīng)根據(jù)礦井選定的礦車規(guī)格初選，然后再根據(jù)《煤礦設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定按最大班工人下井時(shí)間、最大班凈作業(yè)時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)算。

2、立井井筒斷面布置

井筒斷面應(yīng)根據(jù)選定提升容器與井筒設(shè)備的類型來(lái)布置。井筒斷面內(nèi)除提升間外，根據(jù)井筒的用途，往往還需要布置梯子間、管纜間或延深間。

井筒斷面的布置，既要滿足井筒內(nèi)提升容器等設(shè)備布置的要求，又要力求縮小井筒斷面，簡(jiǎn)化井筒裝備，以達(dá)到節(jié)約材料和投資的目的。

根據(jù)提升容器和井筒裝備的不同，井筒斷面布置形式多種多樣。

3、井筒凈斷面尺寸確定

井筒凈斷面尺寸主要根據(jù)提升容器規(guī)格和數(shù)量、井筒裝備的類型和尺寸、井筒布置方式以及各種安全間隙來(lái)確定，最后用通過(guò)井筒的風(fēng)速校核。

（1）確定井筒斷面尺寸的步驟

①根據(jù)井筒的用途和所采用的提升設(shè)備，選擇井筒裝備的類型，確定井筒斷面布置形式。

②根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步選定罐道梁型號(hào)、罐道截面尺寸或罐道繩的類型和直徑，并按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，確定間隙尺寸。

③根據(jù)提升間、梯子間、管路、電纜占用面積和罐道梁寬度、罐道厚度以及規(guī)定的間隙，用圖解法或解析法求出井筒近似直徑。當(dāng)井筒凈直徑小于6.5m 時(shí)，按0.5m 進(jìn)級(jí)；大于6.5m 時(shí)，一般以0.2m 進(jìn)級(jí)確定井筒直徑。

④根據(jù)已確定的井筒直徑，驗(yàn)算罐道梁型號(hào)及罐道規(guī)格。

⑤根據(jù)驗(yàn)算后確定的井筒直徑和罐道梁、罐道規(guī)格，重新作圖核算，檢查斷面內(nèi)的安全間隙，并作必要的調(diào)整。

⑥根據(jù)通風(fēng)要求，核算井筒斷面，如不能滿足，則最后按通風(fēng)要求確定井筒斷面。

（2）井筒凈斷面尺寸的確定

無(wú)論是罐籠井或是箕斗井，剛性設(shè)備或是柔性設(shè)備，井筒凈斷面尺寸的確定方法基本相同。一般情況下是首先確定提升間和梯子間尺寸及其相對(duì)位置；然后根據(jù)安全間隙要求，采用解析法或作圖法求得近似的井筒直徑，獲得提升容器在井筒內(nèi)的具體位置；最后進(jìn)行調(diào)整，得到井筒的凈斷面尺寸。

（3）通風(fēng)校核

由提升容器和井筒裝備確定的井筒直徑，必須按照《煤礦安全規(guī)程》的要求進(jìn)行通風(fēng)校核，使井筒內(nèi)的風(fēng)速不大于允許的最高風(fēng)速，即

式中

v ——通過(guò)井筒的風(fēng)流速度，m/s；

S ——井筒凈斷面面積，m²；

μ ——井筒通風(fēng)有效斷面系數(shù)μ=0.6～0.8；

Q ——通過(guò)井筒的風(fēng)量，m³/s；

v_max——井筒中允許的最高風(fēng)速，m/s。

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：升降人員和物料的井筒，v_max=8 m/s；專為升降物料的井筒，v_max=12m/s；無(wú)提升設(shè)備的風(fēng)井，v_max=15m/s。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，除特殊情況外，設(shè)計(jì)出的井筒凈直徑一般都能滿足通風(fēng)要求。如果不能滿足通風(fēng)要求，井筒凈直徑應(yīng)相應(yīng)加大。

井筒平巷

巷道斷面設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟是：首先選擇巷道斷面形狀，確定巷道凈斷面尺寸，并進(jìn)行風(fēng)速驗(yàn)算；其次，根據(jù)支架參數(shù)和道床參數(shù)計(jì)算出巷道的設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面尺寸，并按允許的超挖值求算出巷道的計(jì)算掘進(jìn)斷面尺寸；然后，布置水溝和管纜；最后，繪制巷道斷面施工圖，編制巷道特征表和每米巷道工程量以及材料消耗量一覽表。

1、斷面選型

我國(guó)煤礦井下使用的巷道斷面形狀，按其構(gòu)成的輪廓線可分為折線形和曲線形兩大類。

前者如矩形、梯形、不規(guī)則形等；后者如半圓拱形、圓弧拱形、三心拱形、馬蹄形、橢圓形和圓形等。

巷道斷面形狀的選擇，主要應(yīng)考慮巷道所處的位置（即作用在巷道上地壓的大小和方向、圍巖性質(zhì)）、用途及其服務(wù)年限、選用的支架材料和支護(hù)方式、掘進(jìn)方法和采用的掘進(jìn)設(shè)備等因素。

一般情況下，作用在巷道上的地壓大小和方向在選擇斷面形狀時(shí)起主要作用。當(dāng)頂壓和側(cè)壓均不大時(shí)，可選用矩形或梯形斷面；當(dāng)頂壓較大、側(cè)壓較小時(shí)，則應(yīng)選用直墻拱形斷面（半圓拱、圓弧拱或三心拱）；當(dāng)頂壓、側(cè)壓都很大且底鼓嚴(yán)重時(shí)，就必須選用諸如馬蹄形、橢圓形或圓形等封閉式斷面。

2、確定斷面尺寸

巷道斷面尺寸主要取決于巷道的用途，存放或通過(guò)它的機(jī)械、器材或運(yùn)輸設(shè)備的數(shù)量及規(guī)格，人行道寬度和各種安全間隙，以及通過(guò)巷道的風(fēng)量等。

設(shè)計(jì)巷道斷面尺寸時(shí)，根據(jù)上述諸因素和有關(guān)規(guī)程、規(guī)范的規(guī)定，首先定出巷道的凈斷面尺寸，并進(jìn)行風(fēng)速驗(yàn)算；其次，根據(jù)支護(hù)參數(shù)、道床參數(shù)計(jì)算出巷道的設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面尺寸，并按允許加大值（超挖值）計(jì)算出巷道的計(jì)算掘進(jìn)斷面尺寸；最后，按比例繪制巷道斷面施工圖，編制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。

（1）巷道凈寬度的確定

直墻拱形和矩形巷道的凈寬度，系指巷道兩側(cè)內(nèi)壁或錨桿露出長(zhǎng)度終端之間的水平距離。對(duì)于梯形巷道，當(dāng)其內(nèi)通行礦車、電機(jī)車時(shí)，凈寬度系指車輛頂面水平的巷道寬度；當(dāng)其內(nèi)不通行運(yùn)輸設(shè)備時(shí)，凈寬度系指從底板起1.6 m 水平的巷道寬度。運(yùn)輸巷道凈寬度，由運(yùn)輸設(shè)備本身外輪廓最大寬度和《煤礦安全規(guī)程》所規(guī)定的人行道寬度以及有關(guān)安全間隙相加而得；無(wú)運(yùn)輸設(shè)備的巷道，可根據(jù)行人及通風(fēng)的需要來(lái)選取。

（2）巷道凈高度的確定

矩形、梯形巷道的凈高度系指自道渣面或底板至頂梁或頂部噴層面、錨桿露出長(zhǎng)度終端的高度；拱形巷道的凈高度是指自道渣面至拱頂內(nèi)沿或錨桿露出長(zhǎng)度終端的高度。

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，主要運(yùn)輸巷道和主要風(fēng)道的凈高，自軌面起不得低于1.9 m。架線電機(jī)車運(yùn)輸巷道的凈高，必須符合有關(guān)規(guī)定：電機(jī)車架空線的懸掛高度，自軌面算起在行人的巷道內(nèi)、車場(chǎng)內(nèi)以及人行道同運(yùn)輸巷道交叉的地方不得小于2m；在不行人的巷道內(nèi)不得小于1.8m；在井底車場(chǎng)內(nèi)，從井底到乘車場(chǎng)其高度不得小于2.2m。電機(jī)車架空線和巷道頂或棚梁之間的距離不得小于0.2m。采區(qū)（盤區(qū)）內(nèi)的上山、下山和平巷的凈高不得低于1.8m。

3、斷面內(nèi)水溝設(shè)計(jì)和管線布置

（1）水溝設(shè)計(jì)

為了排出井下涌水和其他污水，設(shè)計(jì)巷道斷面時(shí)應(yīng)根據(jù)礦井生產(chǎn)時(shí)通過(guò)該巷道的排水量設(shè)計(jì)水溝。水溝通常布置在人行道一側(cè)，并盡量少穿越運(yùn)輸線路。只有在特殊情況下才將水溝布置在巷道中間或非人行道一側(cè)。

平巷水溝坡度可取0.3%～0.5%，或與巷道的坡度相同，但不應(yīng)小于3.5%，以利水流暢通。運(yùn)輸大巷的水溝可用混凝土澆筑，也可把鋼筋混凝土預(yù)制成構(gòu)件，然后送到井下鋪設(shè)。采區(qū)中間巷的水溝，可根據(jù)巷道底板性質(zhì)、服務(wù)年限長(zhǎng)短、排水量大小和運(yùn)輸條件等因素考慮是否需要支護(hù)。回采巷道的服務(wù)年限短、排水量小，故其水溝不用支護(hù)。棚式支架巷道水溝一側(cè)的邊緣距棚腿應(yīng)不小于300mm。

為了行人方便，主要運(yùn)輸大巷和傾角小于15°斜巷的水溝應(yīng)鋪放鋼筋混凝土預(yù)制蓋板，蓋板頂面應(yīng)與道渣面齊平。只有在無(wú)運(yùn)輸設(shè)備的巷道或傾角大于15°的斜巷以及采區(qū)中間巷和順槽才可不設(shè)蓋板。

常用的水溝斷面形狀，有對(duì)稱倒梯形、半倒梯形和矩形幾種。各種水溝斷面尺寸應(yīng)根據(jù)水溝的流量、坡度、支護(hù)材料和斷面形狀等因素確定。

（2） 管線布置

根據(jù)生產(chǎn)需要，巷道內(nèi)需要敷設(shè)諸如壓風(fēng)管、排水管、供水管、動(dòng)力電纜、照明和通信電纜等管道和電纜。管纜的布置要考慮安全和架設(shè)檢修的方便，一般應(yīng)符合下列要求：

① 管道通常設(shè)置在人行道一側(cè)，也可設(shè)在非人行道側(cè)。管道架設(shè)可采用管墩架設(shè)、托架固定或錨桿懸掛等方式。若架設(shè)在人行道上方，管道下部距道碴或水溝蓋板的垂高不應(yīng)小于1.8m，若架設(shè)在水溝上，應(yīng)以不妨礙清理水溝為原則。

② 在架線式電機(jī)車運(yùn)輸巷道內(nèi)，不要將管道直接置于巷道底板上（用管墩架設(shè)），以免電流腐蝕管道。管道與運(yùn)輸設(shè)備之間必須留有不小于0.2m 的安全距離。

③ 通信電纜和電力電纜不宜設(shè)在同一側(cè)。如受條件限制設(shè)在同一側(cè)時(shí)，通信電纜應(yīng)設(shè)在動(dòng)力電纜上方0.1m 以上的距離處，以防電磁場(chǎng)作用干擾通訊信號(hào)。

④ 高壓電纜和低壓電纜在巷道同側(cè)敷設(shè)時(shí)，相互之間距離應(yīng)大于0.1 m 以上；同時(shí)高壓電纜之間，低壓電纜之間的距離不得小于50mm，以便摘掛方便。

⑤電纜與管道在同一側(cè)敷設(shè)時(shí)，電纜要懸掛在管道上方并保持0.3 m 以上距離。

⑥電纜懸掛高度應(yīng)保證當(dāng)?shù)V車掉道時(shí)不會(huì)撞擊電纜，或者電纜發(fā)生墜落時(shí)，不會(huì)落在軌道上或運(yùn)輸設(shè)備上。所以，電纜懸掛高度一般為1.5～1.9m；電纜兩個(gè)懸掛點(diǎn)的間距不應(yīng)大于3.0m；電纜與運(yùn)輸設(shè)備之間距離不應(yīng)小于0.25 m。

4、彎曲巷道斷面加寬

在巷道彎道處，車輛四角要外伸或內(nèi)移，應(yīng)將上述安全間隙適當(dāng)加大，加大值與車箱長(zhǎng)度、軸距和彎道半徑有關(guān)。其加寬值一般外側(cè)為200 mm（20 t 電機(jī)車可加寬300 mm），內(nèi)側(cè)為100mm，雙軌中線距為300mm。有的設(shè)計(jì)為了簡(jiǎn)化計(jì)算，內(nèi)外側(cè)均加寬200mm。巷道除曲線段要全部加寬外，與曲線段相連的兩端直線段也需加寬。其加寬長(zhǎng)度對(duì)于礦車運(yùn)輸巷道建議取1.5～3.5 m；電機(jī)車通行的巷道，建議加寬3～5m。雙軌曲線巷道，兩軌道中線距加寬起點(diǎn)也應(yīng)從直線段開始，用于機(jī)車建議加寬5m；用于3t 或5t 底卸式礦車建議加寬5～7m；用于1t 礦車可加寬2m。

井筒斜井

斜井井筒的斷面形狀及支護(hù)方式、斷面設(shè)計(jì)方法與平巷相同。

斜井井筒有直墻半圓拱形、切圓拱形、三心拱形及梯形。據(jù)統(tǒng)計(jì)斜井井筒斷面形狀95%以上為直墻半圓拱形。

斜井井筒斷面布置原則是：設(shè)備之間的安全間隙要符合《煤礦安全規(guī)程》的要求，保證提升安全可靠；便于設(shè)備的檢修和維護(hù)；滿足通風(fēng)要求和上下人員的安全。

（1）膠帶輸送機(jī)斜井井筒斷面布置

在膠帶輸送機(jī)斜井中，井筒內(nèi)除安設(shè)膠帶輸送機(jī)外，還應(yīng)鋪設(shè)檢修道，以便升降在安裝、檢修中所需要的設(shè)備。有的礦井檢修道還兼作提升人員的人車道。根據(jù)膠帶輸送機(jī)、檢修道和人行道相對(duì)位置的不同，普通膠帶機(jī)斜井井筒斷面有三種布置形式。

（2）箕斗斜井井筒斷面布置

箕斗斜井均采用雙鉤提升?；沸本惨话悴患孀骰仫L(fēng)井，除布置消防灑水管路和信號(hào)、通訊電纜外，一般不布置其它設(shè)備。箕斗斜井井筒斷面布置較為簡(jiǎn)單，水溝和人行道布置于同一側(cè)。

（3）串車斜井井筒斷面布置

串車提升既可作為礦井的輔助提升（副斜井），也可作為中、小型礦井的主提升。在串車提升的斜井井筒中除提絞設(shè)備外，一般還設(shè)有水溝、人行道、管路和各種電纜。根據(jù)軌道、人行道和水溝及管路的相對(duì)位置的不同，其井筒斷面布置有四種方式。

井筒立井

立井井筒工程是礦井建設(shè)的關(guān)鍵工程。我國(guó)立井井筒的特點(diǎn)：井筒深度大、斷面積大、表土層厚、水文地質(zhì)條件復(fù)雜。因此，導(dǎo)致施工難度大，施工技術(shù)復(fù)雜、施工工期長(zhǎng)。雖然井筒工程量只占礦井建設(shè)工程量的5%左右，而施工工期卻往往占建井總工期的40%～50%，而且鑿井工程的總體布署，對(duì)后續(xù)工程會(huì)有很大影響。因此，提高立井施工機(jī)械化裝備水平，采用先進(jìn)的施工技術(shù)，做好井內(nèi)涌水的綜合治理，是加快鑿井速度，縮短鑿井工期，提高工程質(zhì)量和工效的有效措施，也是加快礦井建設(shè)速度和縮短建井總工期的關(guān)鍵。

立井井筒一般要穿過(guò)表土與基巖兩個(gè)部分，其施工技術(shù)由于圍巖條件不同各有特點(diǎn)。表土施工方案選擇主要考慮工程的安全，而基巖施工主要考慮施工速度。由于表土松軟，穩(wěn)定性較差，經(jīng)常含水，并直接承受井口結(jié)構(gòu)物的荷載。所以，表土施工比較復(fù)雜，往往成為立井施工的關(guān)鍵工程。

我國(guó)立井施工技術(shù)和機(jī)械化裝備水平有了很大的提高。其中表土施工技術(shù)和施工水平也在不斷進(jìn)步。但在施工中仍然存在一些薄弱環(huán)節(jié)，尤其是深厚表土層中立井井筒的施工方法比較單一，施工技術(shù)還存在一些問(wèn)題，制約著立井井筒的整體質(zhì)量，因此必須認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，勇于創(chuàng)新，不斷推進(jìn)深厚表土層立井井筒的施工技術(shù)。

在立井井筒施工中，覆蓋于基巖之上的第四紀(jì)沖積層和巖石風(fēng)化帶統(tǒng)稱為表土層。由于表土層土質(zhì)松軟、穩(wěn)定性差、變化大，且一般均有涌水；又因接近地表，直接承受井口構(gòu)筑物的荷載，因此，對(duì)立井井筒施工方案的選擇影響比較大。

表土通常是以土為骨架（主要是礦物和一些有機(jī)體），并和水、空氣組成三相體，由于各個(gè)煤田的地質(zhì)和水文條件的不同，土的結(jié)構(gòu)性質(zhì)（礦物成分和顆粒大小）、含水量、水壓和滲透性，以及土層厚度和賦存關(guān)系等各項(xiàng)性能指標(biāo)變化很大，反映在工程上的穩(wěn)定性及施工時(shí)的難易程度差別也大。其中對(duì)土層穩(wěn)定性起決定作用的是土質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)和含水情況，而水對(duì)土的穩(wěn)定性影響是很大的，如井內(nèi)涌水處理不當(dāng)，不但影響施工速度和質(zhì)量，往往造成井筒片幫、壁后空洞、地面塌陷，以至直接關(guān)系到施工的成敗。

按表土土質(zhì)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，我國(guó)煤田表土層可歸納為以下四類：

（1）松散性土層。主要由礫（卵）石、砂和粉砂等非粘結(jié)性土質(zhì)組成，顆粒間無(wú)粘聚力，呈松散狀態(tài)。土的顆粒愈大，透水性愈好，內(nèi)摩擦力也愈大，其穩(wěn)定性也增大。其中細(xì)粒砂土，在水量及水壓增大時(shí)呈流動(dòng)狀態(tài)，穩(wěn)定性很差，稱流砂，它是施工中最難處理的土層。

（2）粘結(jié)性土層。主要由粘土及含砂量少的砂質(zhì)粘土組成。土層致密，均勻堅(jiān)硬，塑性強(qiáng)，透水性少，含水量少，穩(wěn)定性好。

（3）大孔性表土。主要由多孔性黃土組成，大多為粉土顆粒，含有大量膠結(jié)物（石鹽、石膏、碳酸鈣等鹽類）。在受水浸濕前，強(qiáng)度較高，壓縮性小，能保持直立的邊坡；但一遇到水，膠結(jié)物松解溶化，土層變軟，易于沉陷坍塌而失去穩(wěn)定性。

（4）其它特殊土層。主要包括膨脹土和巖石風(fēng)化帶。膨脹士主要由親水性礦物組成，具有吸水膨脹和失水收縮的特點(diǎn)，如膨脹性大的粘土等。沖積層與基巖的交界處，常夾有一層巖石風(fēng)化帶。其巖層松散、強(qiáng)度低、透水性強(qiáng)，有的還遇水軟化、膨脹、崩解（如華東地區(qū)的紅層）。由于穩(wěn)定性較差，在建井施工中，一般將它與第四紀(jì)沖積層一并考慮。

表土的物理力學(xué)性質(zhì)，隨著含水程度的變化而改變，水對(duì)不同類型的顆粒成分和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響也是不一樣的。水能使土變軟、液化，使顆粒間粘結(jié)力和內(nèi)摩擦力減小，變成塑性或流動(dòng)狀態(tài)；水在土中產(chǎn)生靜（動(dòng)）水壓力，增強(qiáng)了土的流動(dòng)性；含有自由堿、酸和鹽的水，對(duì)表土起化學(xué)作用；水量愈大，水壓愈大，浸水時(shí)間愈長(zhǎng)，土的變形愈大，土的穩(wěn)定性也愈差，所以在表土施工中對(duì)水的處理應(yīng)特別重視。

工程中按表土穩(wěn)定性將其分成兩大類：

（1）穩(wěn)定表土層。包括含非飽和水的粘土層、含少量水的砂質(zhì)粘土層，無(wú)水的大孔性土層和含水量不大的礫（卵）石層等。

（2）不穩(wěn)定表土層。包括含水砂土、淤泥層、含飽和水的粘土、浸水的大孔性土層、膨脹土和華東地區(qū)的紅色粘土層等。

由于表土層并非單一土層，往往是不同性質(zhì)土層的互層，對(duì)于表土施工，主要應(yīng)考慮其中不穩(wěn)定土層的施工方法和措施，因?yàn)檫@類土層將嚴(yán)重影響施工安全和施工速度。

井筒斜井

由于表土層土質(zhì)松軟、穩(wěn)定性較差、一般有涌水，地質(zhì)條件變化較大，斜井過(guò)表土距離長(zhǎng)，因此安全快速地通過(guò)表土層尤其重要。斜井表土施工，一般采用明槽開挖的方法，應(yīng)用該法時(shí)，最好要避開雨季，以免給施工帶來(lái)困難。

1、明槽挖掘

在明槽施工之前，應(yīng)根據(jù)具體的地質(zhì)條件、土層狀況、斜井傾角、地下水位、施工設(shè)備等條件確定斜井井口明槽的有關(guān)尺寸。

明槽的坡度值根據(jù)開挖方式和土壤的物理力學(xué)性質(zhì)，即土壤的內(nèi)摩擦角、粘著力、濕度、容重等參數(shù)來(lái)確定。

明槽的幾何尺寸還取決于水的影響和掘砌速度的影響。在水的影響下，明槽周圍土體的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化，土體穩(wěn)定性顯著惡化，此時(shí)，應(yīng)將明槽的槽壁坡度變緩。

為防止地面雨水流入明槽內(nèi)，應(yīng)在明槽四周挖掘環(huán)形排水溝。若在雨季開挖明槽，應(yīng)考慮在明槽上部搭設(shè)防雨棚，并做好汛期防洪工作。必要時(shí)在明槽四周修筑土堤擋水。主排水水溝一般設(shè)置在施工區(qū)邊緣或道路兩旁，施工過(guò)程中應(yīng)保持排水溝的暢通，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置涵洞。

在明槽開挖過(guò)程中，槽底面低于地下水位時(shí)，地下水會(huì)不斷地滲入明槽內(nèi)，造成施工條件的惡化。為此在明槽開挖前應(yīng)根據(jù)水文狀況采用井點(diǎn)降水和槽內(nèi)排水。

明槽屬于臨時(shí)性挖方邊坡，其挖掘的速度應(yīng)盡量快，維護(hù)的時(shí)間應(yīng)盡量短，以保證明槽周圍土體的穩(wěn)定。明槽坡面上如有局部滲入地下水時(shí)，應(yīng)在滲水處設(shè)置過(guò)濾層，防止土粒流失。為排出明槽中的積水，在槽底兩側(cè)設(shè)排水溝，在明槽前端設(shè)集水坑，用水泵排出明槽進(jìn)入主排水溝。當(dāng)土體穩(wěn)定性較差，明槽開挖較深，地下水豐富，容易發(fā)生流砂時(shí)，可采用井點(diǎn)降水法，使地下水降至明槽槽底面以下，從而滲水不能流入明槽內(nèi)而保持土體穩(wěn)定。

2、深表土掘砌方法

我國(guó)煤田的表土層多為第四紀(jì)沖積層，其穩(wěn)定性受分布地域的影響較大。即使同一地域的表土層，也因土質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)、含水量、滲透性等不同而差異較大。其中，穩(wěn)定性表土層的斜井施工比較簡(jiǎn)單，一般采用普通法施工。當(dāng)斜井掘進(jìn)跨度小于5.0m 時(shí)，可全斷面一次掘進(jìn)短段掘砌施工；當(dāng)斜井掘進(jìn)寬度大于5.0m 時(shí)，可采用中央導(dǎo)硐或兩側(cè)導(dǎo)硐施工法。

不穩(wěn)定性表土，是指含水的礫石、砂、粉砂組成的松散性表土、流砂或淤泥層，對(duì)于這類地層一般必須采用特殊方法施工：

當(dāng)不穩(wěn)定表土層埋深不超過(guò)10m 時(shí)，多采用板樁法；

當(dāng)涌水量較大時(shí)需配合工作面超前小井降水和井點(diǎn)降水的綜合措施來(lái)施工；

當(dāng)含水砂層埋深在20m 以內(nèi)時(shí)，可采用沉井法施工，如山東井亭煤礦斜井；

當(dāng)涌水量大，流砂層厚，地質(zhì)條件復(fù)雜，一般流砂層厚30-50m 時(shí)，可采用混凝土帷幕法施工，如遼源梅河立井斜井；

在深厚不穩(wěn)定表土層中也可以使用注漿法施工，如鎮(zhèn)城底煤礦副斜井，采用水泥、水玻璃雙液注漿，順利通過(guò)涌水量大（156.64m3/h）的厚卵石層（12.9m）。

以往凍結(jié)法在斜井施工中應(yīng)用較少，其原因是斜井凍結(jié)技術(shù)較立井凍結(jié)技術(shù)復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)效果也不如立井。但從斜井開拓和立井開拓的建井、生產(chǎn)總體效益相比，斜井優(yōu)于立井。

隨著凍結(jié)技術(shù)的推廣應(yīng)用和斜井開拓及斜井-立井綜合開拓的日益增多，深厚表土中的斜井凍結(jié)法施工，將更為普遍。在深厚表土斜井施工中，其永久支護(hù)的形式多為料石砌碹、混凝土砌碹、鋼拱架及錨網(wǎng)噴支護(hù)等。

井筒立井

立井井筒基巖施工是指在表土層或風(fēng)化巖層以下的井筒施工，根據(jù)井筒所穿過(guò)的巖層的性質(zhì)，主要以采用鉆眼爆破法施工為主。根據(jù)井筒掘砌作業(yè)方式的不同，井筒鉆眼爆破法的主要施工工序包括鉆眼爆破、抓巖提升、卸矸排矸和砌壁支護(hù)等。

我國(guó)立井井筒基巖施工機(jī)械化水平有了很大的提高。以深孔光爆、設(shè)備大型化、支護(hù)機(jī)械化和注漿堵水打干井為主要內(nèi)容的鑿井技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。使我國(guó)立井井筒施工出現(xiàn)了一個(gè)嶄新的面貌，為加快建井速度，改善勞動(dòng)條件，提高工效提供了可靠的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)保證。

1、鉆眼工作

在整個(gè)鉆眼爆破工作中，鉆眼所占的工時(shí)最長(zhǎng)。加快鉆眼速度、加大眼深、提高眼孔質(zhì)量，以及提高鉆眼的機(jī)械化程度為其主要發(fā)展方向。為適應(yīng)立井施工的要求，鑿巖機(jī)應(yīng)具有鉆速高、扭矩大、適應(yīng)性強(qiáng)和運(yùn)轉(zhuǎn)可靠的特點(diǎn)。

2、爆破工作

爆破工作主要包括爆破器材的選擇和爆破參數(shù)的確定，并編制爆破圖表和說(shuō)明書。

3、裝巖工作

裝巖是立井井筒掘進(jìn)循環(huán)中最重要的一項(xiàng)工作，它既費(fèi)時(shí)又繁重，約占掘進(jìn)總循環(huán)時(shí)間的50%～60%。因此，提高裝巖效率和機(jī)械化水平是加快立井施工的關(guān)鍵。

4、提升及排矸

立井井筒施工中，為了排除井筒工作面的矸石、下放器材、設(shè)備以及提放作業(yè)人員，應(yīng)在井內(nèi)設(shè)置提升系統(tǒng)。這套提升系統(tǒng)稍加改裝，還應(yīng)能服務(wù)于車場(chǎng)巷道施工和井筒永久裝備。鑿井提升系統(tǒng)選擇是否合理，不但直接影響鑿井裝矸作業(yè)和鑿井施工速度，而且還會(huì)影響建井后期工作的順利開展。

鑿井提升系統(tǒng)由提升容器、鉤頭聯(lián)接裝置、提升鋼絲繩、天輪、提升機(jī)以及提升所必備的導(dǎo)向穩(wěn)繩和滑架等組成。鑿井期間，提升容器以矸石吊桶為主，有時(shí)也采用如底卸式下料吊桶和下料框等容器。當(dāng)轉(zhuǎn)入車場(chǎng)和巷道施工時(shí)，提升容器則由吊桶改為鑿井罐籠。

立井開鑿時(shí)，為了懸掛吊盤、砌壁模板、安全梯、吊泵和一系列管路纜線，必須合理選用相應(yīng)的懸吊設(shè)備。懸吊系統(tǒng)由鋼絲繩、天輪及鑿井絞車等組成。

井筒平巷

當(dāng)巷道在薄煤層中掘進(jìn)時(shí)，為了保證巷道的使用高度，必須挑頂或挖底。因此，在巷道斷面上既有煤層，又有巖層。當(dāng)巖層占掘進(jìn)工作面積1/5～4/5 時(shí)，即稱為煤－巖巷道。煤－巖巷道施工方法與巖巷和煤巷的施工方法基本相同。

1、鉆眼爆破

鉆眼爆破工作是一項(xiàng)主要工序，質(zhì)量好壞，對(duì)巷道掘進(jìn)進(jìn)度、規(guī)格質(zhì)量、支護(hù)效果、掘進(jìn)工效和成本都有很大影響，因此必須采用最優(yōu)的施工工藝參數(shù)，才能獲得最佳的施工效果。

鉆眼爆破的主要技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是發(fā)展中深孔、光面爆破和斷裂成型（刻槽）爆破技術(shù)。增加眼深，完善深孔直眼掏槽方式，減少炮眼數(shù)量，加快鉆眼速度和提高爆破效率?，F(xiàn)代工程是以每米巷道所需的鉆爆工時(shí)最短、炮眼利用率最高和光爆質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)施工效果。

2、裝巖與運(yùn)輸

裝載與運(yùn)輸是巷道掘進(jìn)中勞動(dòng)量大，占循環(huán)時(shí)間最長(zhǎng)的工序，一般情況下它可占掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間的35%～50%。

70 年代以來(lái)，我國(guó)先后研制成功耙斗裝巖機(jī)、側(cè)卸式裝巖機(jī)、蟹爪裝巖機(jī)及立爪裝巖機(jī)，其中根據(jù)煤礦特點(diǎn)研制的耙斗裝巖機(jī)，因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、造價(jià)低、可靠性好和適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前我國(guó)煤礦巷道掘進(jìn)的主要裝載設(shè)備。

近些年來(lái)，配套的轉(zhuǎn)載運(yùn)輸設(shè)備也在不斷研究改善，先后出現(xiàn)了QZP-160 型橋式轉(zhuǎn)載機(jī)、SJ-80與SJ-44 可伸縮膠帶運(yùn)輸機(jī)、ZP-1 型膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)等，以及S4、S6、S8 型梭式礦車和ILA、CCJ 型倉(cāng)式列車以及5t 以上防爆型蓄電池電機(jī)車。以上多為從工作面運(yùn)出矸石的設(shè)備，同時(shí)也發(fā)展了可向工作運(yùn)輸材料的膠帶輸送機(jī)、鋼絲繩牽引卡軌車和鋼絲繩牽引單軌吊車。

井筒斜井

到上世紀(jì)八十年代我國(guó)的斜井快速施工已形成了具有中國(guó)特色的機(jī)械化作業(yè)線和設(shè)備配套方式。作業(yè)方式和勞動(dòng)組織進(jìn)一步優(yōu)化，工效進(jìn)一步提高，施工技術(shù)取得較大發(fā)展。進(jìn)入新世紀(jì)以后，伴隨國(guó)家體制的改革和承包制的推行，斜井施工技術(shù)已進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。

1、鉆眼爆破

（1）鑿巖機(jī)具的選擇

斜井基巖掘進(jìn)都采用中深孔全斷面一次光面爆破和拋渣爆破。斜井鉆眼采用導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)，雖然有助于實(shí)現(xiàn)深孔光爆，但鑿巖臺(tái)車的調(diào)車讓位需要較長(zhǎng)的時(shí)間；使用鉆裝機(jī)又不能使鉆眼與裝巖兩大主要工序平行作業(yè)；生產(chǎn)的液壓氣腿式鑿巖機(jī)，鉆眼速度比較快，但其后部配備的工作車又影響裝巖工作。

（2）爆破參數(shù)的確定

①炮眼深度

為實(shí)現(xiàn)中深孔爆破，炮眼深度一般為2.0～3.5m 之間。炮眼的平均深度應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)來(lái)確定，根據(jù)工作實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證，最后定出合理的炮眼深度。

②炮眼數(shù)目

炮眼數(shù)量的多少，現(xiàn)場(chǎng)多根據(jù)斜井?dāng)嗝娲笮　r石性質(zhì)、炸藥性能等進(jìn)行試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)確定，在實(shí)踐中進(jìn)行調(diào)整，取得合理的炮眼數(shù)目。也可按平巷炮眼數(shù)目確定方法進(jìn)行估算。

（3）掏槽方式和炮眼布置

實(shí)現(xiàn)中深孔光面爆破，必須采用直眼掏槽或直眼與斜眼混合方式。直眼掏槽，過(guò)去在金屬礦山應(yīng)用較廣，主要用于堅(jiān)硬巖石的掘進(jìn)。

（4）裝藥結(jié)構(gòu)和爆破技術(shù)

斜井掘進(jìn)工作面中的炮眼都帶有一定傾角，工作面一般都有積水。因此，必須使用抗水炸藥?，F(xiàn)場(chǎng)多采用水膠炸藥或2 號(hào)抗水巖石硝銨炸藥。為取得好的爆破效果，掏槽眼應(yīng)采用高威力炸藥連續(xù)反向裝藥，而周邊眼應(yīng)采用低威力炸藥或小藥徑炸藥連續(xù)反向裝藥，與平巷裝藥基本相同，只是底眼應(yīng)加大裝藥量，最后起爆底眼，實(shí)現(xiàn)拋渣。

2、裝巖提升

裝巖與提升是斜井井筒掘進(jìn)的主要環(huán)節(jié)，直接影響著掘進(jìn)速度。二者占掘進(jìn)循環(huán)的時(shí)間60%～70%，因此，國(guó)內(nèi)外的斜井施工都強(qiáng)調(diào)裝巖和提升的機(jī)械化程度及設(shè)備配套綜合能力的發(fā)揮。

3、支護(hù)技術(shù)

斜井永久支護(hù)，上世紀(jì)七十年代前多采用料石砌碹和混凝土支架支護(hù)，廣泛采用錨噴支護(hù)。采用錨噴支護(hù)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)解決好建立井口混凝土攪拌站、合理控制噴射工作風(fēng)壓、減少輸料管的磨損和防止管道擊穿、預(yù)防和處理管路堵塞等幾個(gè)問(wèn)題。

立井井筒斷面設(shè)計(jì)包括確定井筒斷面尺寸，選擇井壁結(jié)構(gòu)并確定井壁厚度，繪制井筒斷面施工圖和編制工程量及材料消耗量表。

學(xué)科：坑探工程

詞目：井筒斷面

英文：shaft cross-section

釋文：垂直于井筒中心線的橫截面，有矩形和圓形等。井筒形狀根據(jù)地層穩(wěn)固情況、支護(hù)手段和井筒服務(wù)年限而定；斷面尺寸則根據(jù)提升設(shè)備規(guī)格、井筒內(nèi)裝備和通風(fēng)的需要而定。與井筒中心線平行的斷面稱井筒縱斷面（在說(shuō)明井筒裝備時(shí)，通常使用縱斷面圖）。 2100433B

井筒電纜的芯線、絕緣、護(hù)套不應(yīng)承受電纜自重引起的拉應(yīng)力，因此外纏加強(qiáng)型的鋼絲或鋼帶鎧裝，用以承受電纜的自重。根據(jù)井筒深度的要求，鋼絲鎧裝可采用一層或兩層不同直徑的圓鋼絲，并鍍鋅以耐蝕。井筒 電纜采用油浸紙絕緣的比較多。因?yàn)槭谴怪狈笤O(shè)的，所以要求不滴油，以免漏油而降低絕緣水平。

井筒電纜中間不得有接頭，這就提高了運(yùn)行的可靠性，但制造起來(lái)較困難。如井筒太深需設(shè)接頭時(shí)，應(yīng)將接頭設(shè)在中間水平巷道內(nèi)，以便日常維護(hù)。