豎井掘進(shaft sinking)

礦山建設(shè)由地面垂直向下挖掘豎井(又稱立井)的施工過程。

豎井掘進方法分普通施工法和特殊施工法兩種。普通施工法適用于井筒涌水量小，巖層比較穩(wěn)定的豎井掘進。特殊施工法適用于不穩(wěn)定巖層(包括流砂、淤泥、破碎的巖層)的豎井掘進。此外還有一種全面機械化施工的鉆井法。

豎井普通施工法用人工或機械鑿巖爆破的方法進行豎井掘進。掘進程序是先進行鎖口施工，然后進行表土施工和基巖施工。

鎖口施工由井頸上部的臨時井壁和鎖口框組成。鎖口框采用木材、鋼材、鋼木結(jié)構(gòu)；臨時井壁段長度一般為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。

表土施工常用的方法有井圈背板、吊掛井壁、板樁、錨噴臨時支護施工法等。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行涌水處理。表土施工提升有標準掘進井架提升系統(tǒng)(見井巷施工提升)和簡易提升兩種。簡易提升方式可以采用：(1)慢動卷揚機、小吊桶和簡易井架。簡易井架可用人字架、三角架、雙三角架、帳幕式木井架、單龍門架和雙龍門架。(2)汽車起重機、小吊桶。(3)大抓斗。表土施工主要包括表土掘進和表土支護。

(1)表土掘進。在無水而穩(wěn)定的土層中，可用鎬、鍬等工具人工進行挖掘或用抓斗直接取土，土層堅硬時可用風鎬或風鏟松土，或打淺眼、放小炮破土。施工中，要加強集水、排水工作。

(2)表土支護。井頸段一般以鋼筋混凝土或素混凝土作永久支護。施工方法有：(1)邊下掘邊進行臨時支護，挖掘至井頸段壁座后，由下而上邊拆臨時支護邊進行永久支護施工。(2)采用吊掛井壁作臨時支護。當挖掘井頸段壁座后再自下往上澆筑永久井壁。(3)用板樁進行臨時支護。(4)對易風化、易片幫、遇水易散的土層，采用素噴、錨噴和錨網(wǎng)噴混凝土的方法進行臨時支護。當采用吊掛井壁永久支護時，隨掘進分段緊接進行支護。

基巖施工也稱鑿巖爆破法。用于井筒涌水小于30m³／h，穩(wěn)定、中等穩(wěn)定的巖層。施工時，將井筒全深劃分為若干個井段，自上而下逐段施工。段長主要取決于井筒里圍巖的穩(wěn)定程度、涌水量、施工設(shè)備等條件。段長2～6m稱短段，30～60m稱長段。豎井施工作業(yè)方式按掘進、砌筑、安裝三項作業(yè)在時間上、空間上的不同可以分為掘砌單行作業(yè)(又有長段單行、短段單行和混合短段平行之分)、掘進按順序作業(yè)和掘砌、掘安平行作業(yè)，掘砌安三平行作業(yè)，掘砌安混合作業(yè)一次成井方式。

基巖掘進工序包括鑿巖、爆破、通風、裝巖、支護、涌水處理，以及提絞設(shè)施、供風、供水、排水、動力照明和通訊等作業(yè)。

鑿巖，當炮眼深度小于2m(淺孔)時，采用手持式鑿巖機鑿巖；當炮眼深度大于2m(中深孔)時，采用鑿巖鉆架鑿巖。手持式鑿巖方式適用于在各種井直徑、不同硬度巖石的淺孔鑿巖。鑿巖鉆架有環(huán)形鉆架和傘形鉆架兩種，適用于5～9．5m井徑的豎井掘進，各種硬度巖石的中深孔鑿巖。

爆破，一般采用2號抗水巖石炸藥和水膠炸藥、國產(chǎn)8號延期或毫秒延期電雷管電力爆破。炮眼布置分掏槽眼、崩落眼、周邊眼。圓形井筒炮眼一般都按同心圓分圈布置，使每個炮眼的最小抵抗線相等。炮眼裝填分普通爆破炸藥裝填結(jié)構(gòu)和光面爆破炸藥裝填結(jié)構(gòu)。爆破網(wǎng)絡有并聯(lián)網(wǎng)絡、串并聯(lián)網(wǎng)絡和串聯(lián)網(wǎng)絡三種。

裝巖，有人工裝巖和機械裝巖二種。使用抓巖機裝巖適用于豎井。提高抓巖生產(chǎn)率的主要措施有：(1)綜合防治涌水措施，根據(jù)地質(zhì)水文條件采用地面、工作面預注漿及壁后注漿封閉水源，用截水堵水措施來減少工作面的涌水、淋水，工作面應盡快抓出水窩用風動潛水泵及時排除積水，使工作面水位低于巖碴面0．1～0．2m。(2)改進爆破技術(shù)，實現(xiàn)中深孔爆破，增加一次爆破巖石量，減少清底巖石量，縮短清底時間。(3)合理安排抓巖路線及順序，盡快抓出水窩和罐窩，使吊桶低于巖面，人工輔助扒出井幫巖碴，合理布置吊桶位置和抓巖機臺數(shù)。(4)根據(jù)井深及小時出碴量配置大吊桶及多套提升機，保證抓巖機不間斷工作。采用自動翻巖裝置，縮短提升休止時間，減少一次提升時間。(5)采用技術(shù)性能好的設(shè)備，加強司機培訓，提高操作水平，嚴格保養(yǎng)和檢修制度，減少機械故障，提高設(shè)備完好率。(6)加大地面矸石倉面積，協(xié)調(diào)抓巖、提升、排矸等環(huán)節(jié)，提高抓巖能力。

支護和涌水處理，井筒工作面涌水大小是影響豎井掘進速度和支護質(zhì)量的最關(guān)鍵因素，應采取綜合處理措施，加強對井筒涌水的處理。豎井涌水處理一般分為預處理和后處理兩種。(1)預處理。是在井筒開鑿前進行處理，使地下水流不到井筒工作面。有預注漿堵水法(用注漿材料把井簡圍巖的裂隙、孔洞堵塞形成隔水帷幕)、降低地下水位法(疏干工作面上部巖層的水)和鉆孔泄水法(當井筒下部有礦山巷道時可打泄水孔將水疏干)。(2)后處理。是在井筒掘砌過程中或井壁砌筑之后，對井筒淋水和工作面涌水進行處理。有井壁注漿、二次復壁封水、截水、導水以及工作面排水等。工作面排水又有吊桶排水和吊泵排水兩種。

通風、防塵，其動力、照明、電訊的準備工作，與其他井巷工程相同。

豎井特殊施工法有板樁法、沉井法、凍結(jié)法、預注漿法、混凝土帷幕法、鉆井法等。

板樁法當井筒挖掘至距離流砂或淤泥層為1m時，停止掘進，利用上部臨時支護或井壁預埋12～18個生根鉤子，架設(shè)導向圈，依次打入板樁(有木板樁、鋼板樁)，在超前(一般0．5～1．0m)對不穩(wěn)定沖積層進行支護后再下掘，邊下掘邊架圈打板樁，直至通過沖積層。若井幫壓力大，可根據(jù)實際情況，架設(shè)中間導向圈及副導向圈進行加固。該方法適用于表土層中流砂、淤泥段。

沉井法一般采用預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、邊接長井壁，直至預定位置止，稱不淹水自重沉井法。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，避免井壁偏斜與開裂，采用壁后泥漿淹水沉井和壁后壓氣淹水沉井法，稱“淹水沉井”法施工。該方法用水力破土掘進、壓氣提升排渣、泥漿護壁、淹沒沉井。這種方法無需特殊專用設(shè)備，準備期短，易于施工，操作簡單，全部作業(yè)在地面進行，勞動強度較低且工作安全，成本低，適宜下沉深度為60～80m的沉井。

凍結(jié)法用人工制冷技術(shù)暫時加固不穩(wěn)定地層，隔絕地下水的施工方法。掘進前，預先在井筒外圍由地表鉆出一圈穿過含水層進入下部穩(wěn)定巖層5～10m的鉆孔(凍結(jié)孔)，在孔內(nèi)安裝底端封閉的凍結(jié)管，通過凍結(jié)管路利用低溫鹽水循環(huán)進行熱交換，有正循環(huán)系統(tǒng)和后循環(huán)系統(tǒng)兩種。冷凍站制出的低溫鹽水(-25℃以下)，用鹽水泵排到井口冷凍溝槽內(nèi)的配液管，經(jīng)配液管進入凍結(jié)管的底部，低溫鹽水在凍結(jié)管內(nèi)徐徐上升，吸收管壁周圍巖層熱量，經(jīng)回液管返回凍結(jié)站冷卻，稱正循環(huán)系統(tǒng)；冷凍站制出的低溫鹽水由回液管進入凍結(jié)管緩緩下流，由供液管返回冷凍站，稱反循環(huán)系統(tǒng)。經(jīng)過足夠時間，在凍結(jié)管周圍逐漸形成凍土圓柱，連結(jié)成一個堅固的凍土厚壁圓筒，承受地壓和靜水壓力，并封閉水源，防止掘進過程中大量涌水和流砂流向井筒。

預注漿法將膠結(jié)材料配制成漿液，利用泵的壓力注入巖層的裂隙或孔洞中，漿液凝結(jié)硬化后，堵塞裂隙、孔隙或溶洞，達到封閉水源和加固巖層的作用。此法是在井筒范圍以外形成一定厚度的封水帷幕，然后往下挖掘豎井。根據(jù)所需處理含水巖層的段長可以一次或分段進行，注漿方式可用下行式(鉆進一段注漿處理一段，由上往下進行的方式)或上行式(全段一次鉆進，由下往上分段注漿處理的方式)。注漿使用材料要求具有很好的注入性能，在～定時間內(nèi)能凝固或膠凝，凝固或膠凝后的結(jié)石體或凝膠固體具有一定的強度和耐久性、抗蝕性、不透水性。最廣泛使用的注漿材料有水泥漿液、水玻璃、水泥一水玻璃漿液、水玻璃一鋁酸鈉漿液、鉻木素漿液、丙烯酰胺類漿液、尿醛類漿液、糖醛類漿液、聚氨脂類漿液等。井筒預注漿有地面預注漿和工作面預注漿兩種方法。地面預注漿的全部工作在地面進行，采用大型設(shè)備鉆孔和注漿。工作面預注漿是在井筒中進行。當井筒下掘至含水層或遇到裂隙破碎帶、涌水量大的情況時，先打止水墊或預留巖石止水帽，預埋注漿孔口管，再進行鉆孔和注漿。

混凝土惟幕法適用于埋深較淺的流砂、淤泥、卵石、砂礫等含水的不穩(wěn)定沖積層。施工深度必須深入至不透水的穩(wěn)定地層中3～5m。利用成孔機械在井筒周圍鉆一排交圈的鉆孔，用泥漿護壁，清孔后用導管進行澆灌混凝土，形成一個封閉的混凝土帷幕，其厚度及強度能抵抗施工期間巖層最大壓力。

鉆井法一種全面機械化施工方法。由鉆井、洗井和沉井三個基本工藝過程組成。鉆井采用回轉(zhuǎn)式鉆機通過鉆頭在井底連續(xù)破碎巖石，依靠井內(nèi)充滿泥漿臨時維護井幫，并利用泥漿作沖洗液循環(huán)沖洗工作面和提升巖屑。井筒鉆成后進行終孔測斜，沖洗井底和調(diào)整泥漿參數(shù)，經(jīng)檢查符合設(shè)計要求即開始沉井。永久井壁的預制，在鉆井期間同時進行。沉井完畢，利用注漿管進行壁后充填，排凈井內(nèi)注水進行壁后注漿。鉆井法適用于含水的不穩(wěn)定表土層和深厚的表土層，也適用于中硬以下巖層。