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1、第四章 巷道掘进与施工,介绍不同的矿山巷道掘进施工方法，岩石平巷施工的凿岩、爆破、装岩、提升运输等主要工序工艺过程，井筒施工的表土施工、特殊施工和基岩施工等内容，井筒延深特点和延深方法，以及斜井、天井、峒室和交岔点施工方法。,4-1 平巷掘进与施工,水平巷道掘进，目前普遍采用的掘进施工方法有：凿岩爆破法、全自动凿岩机一次成巷施工法。,（1）凿岩爆破法:（矿山法）,（2）机械掘进法,凿岩爆破法的主要工序包括：凿岩、爆破、岩石装运和支护；辅助工序包括：工作面通风、排水、接管道、照明、铺轨和测量等。主要工序按一定顺序依次进行的作业方式称为单行作业。单行作业各工序互不干扰，组织管理方便，但效率较低。几
2、个主要工序在同一时间内平行进行的作业方式称为平行作业，其优缺点与单行作业恰好相反。从凿岩开始到装岩、铺轨和支护完毕，为一个掘进循环，巷道由此向前掘进了一段距离。,凿岩爆破法施工：掘进工序：钻眼装药联线放炮通风装岩运输支护工具设备：凿岩机炸药局部扇风机装岩机锚、喷、网、架 煤电钻 雷管、放炮器 风筒 矿车电机车、矿车,浅 孔：深度小于2.5m，直径小于42mm；中深孔：深度2.54m，直径小于50mm；深 孔：深度大于4m，直径大于50mm。,1、凿岩爆破法,巷道掘进中，破碎岩石是一项主要工序，也是掘进施工的第一道主要工序。破碎岩石主要采用凿岩爆破的方法，凿岩爆破约占一个掘进循环时间的40%60
3、%。凿岩爆破工作的好坏，对巷道掘进速度、规格质量、支护效果、掘进成本等，都有较大的影响。金属矿山平巷掘进中，常用的凿岩设备是气腿式风动凿岩机，如7655、YT-24等；凿岩工具多采用锥形连接的活头钎杆。为提高凿岩效率，降低工人劳动强度，一些大中型矿山在大断面平巷掘进中采用了凿岩台车。凿岩台车属无轨设备，具有独立行走装置，液压凿岩，凿岩速度大大提高。,表4.1 凿岩设备,目前，我国矿山平巷掘进所用的凿岩设备特点及适应条件见表4.1。,One-boom rig,三臂凿岩台车,（1）炮眼布置,巷道掘进的爆破工作是在只有一个自由面的狭小工作面进行的，俗称独头掘进。因此，要达到理想的爆破效果，必须将各种
4、不同作用的炮眼合理地布置在相应位置上，使每个炮眼都能起到应有的爆破效果。掘进工作面的炮眼，按其用途和位置可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼（如图4.1所示）。其爆破顺序必须是延期起爆，即先爆掏槽眼，然后起爆辅助眼，最后起爆周边眼。,图4.1 平巷掘进的炮眼布置1掏槽眼；2辅助眼；3周边眼,（1）掏槽眼在工作面上将某一部分岩石爆破并抛出，使工作面形成第二个自由面，为其它炮眼的爆破创造有利条件，提高破岩效率。,（2）辅助眼辅助眼又称崩落眼，是大量崩落岩石和继续扩大掏槽的炮眼。辅助眼要均匀布置在掏槽眼和周边眼之间，炮眼方向一般垂直于工作面。,（3）周边眼周边眼是爆落巷道周边岩石，最后形成巷道断面设计轮廓的
5、炮眼。为保证巷道成型规整，减少支护工程量，可采用光面爆破技术。,（2）掏槽眼分类,根据井巷断面形状规格、岩石性质和地质构造等条件，掏槽眼的排列形式可分为倾斜掏槽和垂直掏槽两大类。,1）倾斜掏槽的特点是掏槽眼与自由面斜交。在软岩或具有层理、节理、裂隙或软夹层的岩石中，可用单倾斜掏槽，其掏槽位置可视自然弱面存在的情况而定，掏槽眼倾斜角依岩石可爆性不同而定，一般取5070。在中硬以上均质岩石、断面尺寸大于4m2的井巷掘进中，可采取相向倾斜眼组成楔形掏槽(图4.2)。每对炮眼底部间距一般取1020cm，眼口之间的距离取决于眼深及倾角的大小，掏槽眼同工作面的交角通常为6075；楔形掏槽可分为垂直楔形掏槽
6、和水平楔形掏槽两种，前者打眼比较方便，使用较广。对岩石特别难爆且断面尺寸又大或眼深超过2m时，可增加23对深度较小的初始掏槽眼，以形成双楔形掏槽。若将楔形掏槽的掏槽眼以同等角度向槽底集中，但各眼并不互相贯通，则形成锥形掏槽，通常可排成三角锥形和圆锥形等形式，后者适用于圆形断面井筒掘进工作。倾斜掏槽的优点是所需掏槽眼数少且易抛出掏槽范围内的岩石，缺点是孔深受限于断面尺寸，石碴抛掷较远。,图4.2倾斜掏槽的炮眼布置形式,2）垂直掏槽的掏槽眼都垂直于工作面，其中有些炮眼为空眼，不装药。垂直掏槽的形式很多，常见的有缝形掏槽、桶形掏槽(图4.3)和螺旋掏槽。缝形掏槽也称平行龟裂掏槽，其布置特点是掏槽眼轴
7、线处在一个平面内，空眼与装药眼相间布置，眼距815cm，爆后形成一条缝隙。,桶形掏槽是应用最广的垂直掏槽形式之一，其槽腔体积大有利于辅助眼爆破；空眼直径可大于或等于装药眼直径，较大的空眼直径可形成较大的人工自由面；桶形掏槽完全没有向外抛碴作用，通常可将空眼打深并在孔底装一卷药，于全部掏槽眼爆破后起爆以抛出岩碴。,螺旋掏槽是桶形掏槽的理想形式，空眼到各装药眼的距离依次取空眼直径的11.8倍、23.5倍、44.5倍和45.5倍。向上掘进天井时，采用桶形掏槽特别适合。,图4.3垂直掏槽的炮眼布置形式,（3）爆破器材,巷道掘常用的炸药是铵梯炸药和铵油炸药，采用电雷管、火雷管或导爆管起爆。,（4）爆破参
8、数确定,单位炸药消耗量的确定可参考表4.2，结合工程类比和实际经验确定。确定单位炸药消耗量后，再根据巷道断面面积和每循环进尺就可得到每循环应使用的炸药消耗总量：,QqSL,式中：S井巷掘进断面面积，m2；L平均炮眼深度，m；炮眼利用率，一般为80%95%。,表4.1 平巷掘进单位炸药消耗量（kgm-3）,为使爆破后工作面的炮烟和粉尘能尽快排出，并提供足够的新鲜空气，以改善劳动条件，可采用局扇进行机械通风。,（5）工作面通风,（6）岩石装载与转运,岩石的装运工作是最繁重最费时的工序，约占掘进循环总时的3550。应根据我国目前矿山岩石装运机械的发展情况，选择矿山常用的、配套适宜的装运机械所组成的装
9、运作业线及典型设备。,1）装岩作业,把掘进工作面爆破下来的岩石装入矿车运出工作面，就是岩石的装运作业，亦称出渣。平巷掘进中使用较多的装载设备是铲斗式装岩机和矿车，如图4.4所示。,图4.4 装岩机装岩过程示意图,装岩机有以压气作动力的，也有以电为动力的。当装岩机向前运动时，铲斗插入岩堆铲取岩石；铲满后提升铲斗并向后翻转，装入后面的矿车；然后下落铲斗，再次铲装。一辆矿车装满后移出，调入另一辆矿车继续装岩。这种装岩机可供井下平巷和倾角在8以下的斜井掘进装岩之用。它适用于高度大于2.2m的巷道，最大装岩宽度为2.2m。,图4.5 装岩机与矿车装运作业示意图l调车道岔；2空车；3电机车；4重车；5装岩
10、机,图4.5的作业线为双轨运输，分别为空车道和重车道，装载时装岩机和矿车经由调车道岔分别在两条轨道上装岩。调车道岔随着工作面的前进每隔2030m移动一次。,图4.6 耙斗装岩机总装及耙矿作业示意图1连杆；2主、副滚筒；3卡轨器；4操作手把；5调整螺丝；6耙斗；7固定楔；8尾轮；9耙斗钢丝绳；10电动机；11减速器；12架绳轮；13卸料槽；14矿车,耙斗装岩机。它是一种结构简单、制造容易、高效的装岩设备。这种装岩机适用于净高2.2m、宽2m以上的水平巷道或小倾角的斜巷，也能用于弯道。耙斗装岩机是由绞车、耙斗、车体、卸料槽，以及主尾绳和滑轮等组成的组合机械。工作情况见图4.6所示。耙斗装岩机与铲斗
11、后卸式装岩机比较，具有结构简单、维修量小、操作容易、安全可靠、岩尘量小、适用面广以及装岩生产率高等优点，但在硬岩中效率较低，在软岩中固定楔难固定。,2）调车工作,装运作业中，调车工作是很频繁的，每当装满一个矿车便要推出重车换入空车。在调车过程中，装岩工作便暂时中断，装岩机的利用率会因此而降低。因此需要改进调车方法，以提高装岩机的利用率。目前，巷道掘进中的调车方法和设备很多。最常用的调车方法是浮放道岔调车，双轨巷道用双向菱形浮放道岔。将浮放道岔安放在距工作面1025m的原有轨道上，在工作面附近形成一个浮放的错车道，并能随工作面的推进而向前移动，能经常保持距工作面较短的调车距离。此外，装岩机可以交
12、替在两条轨道上装岩，加大装岩宽度，提高装岩效率。单轨巷道宽度能并列两辆矿车时，可采用单轨上浮放双轨道岔的浮放错车场。,2、机械掘进法,全断面掘进机是实现连续破破岩、装岩、转载、临时支护、喷雾防尘等工序的一种联合机组。岩石全断面掘进机机械化程度高，可连续作业，工序简单，施工速度快，施工巷道质量高，支护简单，工作安全，但构造复杂，成本高，对掘进巷道的岩石性质和长度均有一定要求。岩巷掘进机一般由移动部分和固定支撑推进两大部分组成。其中主要包括破岩装置、行走推进装置、岩渣装运装置、驱动装置、动力供给装置、方向控制装置、除尘装置和锚杆安装装置等。图4.7为全断面掘进机系统示意图。全断面掘进机已广泛应用于
13、隧道等大断面工程掘进，在矿山平巷施工中也有应用。,图4.7 岩巷全断面掘进机系统示意图1刀盘；2机头架；3水平支撑板；4锚杆钻机；5司机房；6斜带式输送机；7转载机；8龙门架车；9激光指向仪；10环形支架机；11矿车；12环形电机车,竖井施工主要包括竖井掘进、永久支护、井简装备三项工作。竖井掘进又包括表土 掘进施工和基岩掘进施工。表土掘进一般采用非爆破的方法进行，而当井筒穿过松软的含水表土或岩层，以及厚度较大的流沙层等用普通方法难以施工时，必须采用特殊方法进行施工。基岩掘进多采用以凿岩爆破为主的普通施工法。竖井永久支护一般采用石材、浇灌混凝土或喷锚支护。其永久支护的施工与掘进施工同时进行。井简
14、装备的安装主要指罐道、罐梁、梯子间和各种管缆的安装，一般是在井筒掘进施工完成后进行，先自上而下安装罐梁，然后自下而上安装罐道，最后安装管缆。竖井施工的特点是：工作面狭小，施工设备多，工作安全条件差，施工组织复杂。为了确保竖井高速度、高质量、低消耗并安全地施工，施工前必须全面了解井筒所穿过岩层的地质及水文情况，制定施工计划并采用有效的安全技术措施，实行严密的施工组织管理。,4-2 竖井掘进与施工,1、竖井表土掘进施工,工程实践中，常按稳定性把表土分为两大类：稳定表土层，包括粘性土、无水的多孔性土以及无水或含水不多的卵石、砾石等；不稳定的表土层：它包括含水的砂土、淤泥，含饱和水的粘土以及浸水的多孔
15、性土等。,（1）稳定表土掘进施工 施工程序与选用的提升方式密切相关，但不管选用哪种提升方式，其基本程序都是先架设临时锁口，而后安装提升设备，掘砌表土部分（井筒超过40m要安设吊盘），掘砌至基岩时刷砌壁座。,木质临时锁口,临时钢结构锁口,(2)表土掘进施工方法,井圈背板普通施工法 人工或抓岩机出土，下掘一小段后（空帮距不超过1.2m），然后用井圈、背板临时支护，掘一小段后（一般不超过30m），再由下向上拆除井圈、背板，然后砌筑永久井壁。如此，周而复始，直至基岩。这种方法适用于较稳定的土层。如图12-12。,吊挂井壁施工法 用于稳定性较差的土层中的一种短段掘砌施工方法。段高一般0.51.5m。采用
16、台阶式或分段分块，并配以超前小井降低水位的挖掘方法（图4.8）。为了防止井壁拉裂或脱落，在井壁内设置钢筋，各分段井壁的自重主要靠上部井壁通过吊挂钢筋来承担（图4.9）。,图4.9 吊挂井壁施工法1接茬板；2井圈；3金属模板；4钢筋棒；5吊挂钢筋；6托盘,阶梯式环挖法 分块对称开挖法图4.8 表土施工的挖土方式1水窝；2、3、II、III开挖顺序；4环形集水沟槽,吊挂井壁施工法工序简单，施工安全，消耗钢材较多，井壁接茬多，封水不够理想，由于混凝土养护所需时间比掘进时间长，故限制了施工速度。适用于通过稳定性较差的表土层和岩石破碎带，也可在流动性小、水压不大的砂层或透水性强的卵石层中使用。当土层中含
17、有薄层流砂或淤泥等不稳定层时，可采用板桩法强行通过。,板桩法 对于厚度不大的不稳定表土层，在开挖之前，可先人工或打桩机在工作面或地面沿井筒周边外缘打入一排密集的板桩，形成一个密封的圆筒，用以支承井壁，在它的保护下进行掘进，是一种先临时支护，后掘进的施工方法。,板桩常用木材制作，端脚削成刃锋，以便劈开土壤向深部插进。桩顶冠以铁帽，以免桩体因锤击而劈裂。桩身长度一般取1.21.6m。当一段板桩不能完全穿过不稳定土层时，可再打入另一圈板桩，随打板桩随出土，直至通过不稳定地层。此法适用于土层中含有厚度不大于2m，埋藏深度不超过20m，且水头小于2m的流砂层或淤泥层等。,（3）提升方式,汽车起重机。适用
18、于井筒深度尚未超过30m的情况下，只能采用很小的吊桶，运行速度很慢。,三角架。它是一种用于井筒深度未超过20m的情况下，效率低，设备简单，使用方便。三脚架构件可用圆木，也可用钢管，还有用双面三角架的。,简易井架与小绞车提升。从简易井架的外形可分为人字形、帐幕式、一面坡、龙门架等几种。它们配以小绞车和小吊桶，可用于井简深度在2050m范围内的表土施工，图4.10为简易帐幕式井架，4.11为龙门架。,图4.11 龙门架1槽钢；2工字钢；3连接钢板；4150mm钢管；5开式索具螺旋口；6锚桩；70.6m天轮；8连接板,标准凿井井架。,（4）不稳定表土特殊施工法,1）冻结法,在井筒掘进之前，先从地面在
19、井筒掘进直径外的圆周上钻一圈冻结孔，然后在孔内安装冻结管进行冻结，使冻结孔周围逐渐形成冻土圆柱，各冻土圆柱逐渐扩大，互相交汇形成封闭的圆筒冻结壁，以抵抗地压，隔绝地下水联系，然后在冻结壁的保护下进行掘砌工作（图4.12）。待井筒通过含水层达到预计深度后，便可回收冻结管，并充填空孔，让冻土自然解冻。,图4.12 冻结法凿井示意图1盐水泵；2蒸发器；3氮液分离器；4氮压缩机；5中间冷却器；6油氨分离器；7集油器；8冷凝器；9贮氨器；10空气分离器；11冷却水泵；12去路盐水干管；13回路盐水干管；14配液圈；15集液圈；16冻结器（内有供液管）；17井壁；18冻结壁；19水文观察孔；20测温孔,冻
20、结法施工将井筒范围内冻实，所以冻结段井筒有时也需辅以钻眼爆破法掘进。由于冻结段井壁是在低温条件下施工，对混凝土井壁的强度和不透水性都有不良影响，常常出现井壁漏水甚至出现冒砂淹井事故。近年来，深井冻结多采用双层钢筋混凝土井壁，外层井壁厚度一般取400mm，内层井壁厚度一般取600mm，内层井壁是自下而上一次施工。为了保证内层井壁的质量，在两层井壁之间加以塑料隔热层。冻结法凿井在理论上和施工技术上比较成熟，基本上不受深度限制，实践证明它是一种有效的特殊凿井方法。冻结法凿井的缺点主要是：准备时间长，需用设备多，成本高等，故在浅表土流砂层不宜采用冻结法，而可由沉井、帷幕等方法取代。,钻井法是用钻头破碎
21、岩石，用泥浆洗井排砟和护壁，待井筒钻至设计直径和深度以后，在泥浆中下沉预制井壁的机械化凿井方法。钻进时，钻头的部分重量加在刀具上，使刀具压入岩石，转盘通过方钻杆带动钻头旋转从而破碎工作面的岩石。多数采用分次扩孔钻进，即首先用超前钻，一次钻至设计全深，而后分次扩孔。钻头破碎下来的岩砟，由泥浆冲至吸收口吸入，经钻杆、水龙头、排浆管送到地面沉淀池沉淀。泥浆是由泥浆池经过浆地槽流入井内，进行洗井护壁的。泥浆循环的动力由空气吸泥机产生，钻好的孔壁也由泥浆进行维护。在井筒钻至设计直径和深度后，一般是将预制好的井壁在井口随下沉随接长（图4.13）。井壁沉到设计深度后，及时进行壁后充填。最后把井筒内的水排净，
22、通过预埋的注浆管进行壁后和封底注浆，以提高壁后充填质量和防止破底掘进时发生涌水冒砂等事故。,2）钻井法,钻井法施工的地面化与机械化，改变了传统的井下作业方式，工作安全可靠，施工质量好，从技术上讲钻井法可用于任何地层，它将成为我国主要凿井方法之一。目前，由于钻基岩的刀具没有完全过关，以及受材料设备不足的条件限制，在基岩掘进中还不能广泛采用。,图4.13 悬浮下沉井壁示意图1井壁底；2排浆管；3注平衡水水管；4导向木；5平车；6龙门吊车；7吊装联结器；8预制的井壁,3）沉井法,沉井法是在井筒设计位置，把预先制好的一段约67m长的整体井壁，靠自重局部沉入土中，然后在它的掩护下由人工边掘进边下沉，井壁
23、随下沉而相应接高，这种沉井方法，通常称为普通沉井法（图4.14）。由于沉井井壁与井帮的摩擦阻力的影响，下沉深度受到限制，一般情况下只能下沉2030m。为了减少侧面阻力和防止井内涌砂冒泥，近年来发展起来的淹水法的沉井最大下沉深度已达192.75m。这种方法的实质是在沉井井壁和土层之间充以泥浆，用以减少井壁下沉的侧面阻力，井筒内灌满水，使井内外水压保持平衡，从而防止涌砂冒泥以及地面塌陷。出土工作在水下进行，利用水枪破土，压气排砟。当井筒全部穿过冲积层，使沉井刃脚坐落在基岩之上，再封底，注浆稳固井筒，转入基岩井筒掘进。,图4.14 普通沉井法示意1吊挂天轮；2提升天轮；3简易龙门架；4井口工作盘；5
24、木垛；6提升吊桶；7水泵；8沉井；9超前小井,沉井具有工艺简单，需用设备少，作业安全，井壁质量易于保证，成本低等优点，只是沉井容易偏斜，因此防偏纠偏是沉井过程中需高度重视的问题。实践证明，采用淹水沉井法，穿过冲积层在技术上是可行的，经济上是合理的。可以在不含有大粒径卵石的厚100m左右的冲积层中凿井，推广使用。,4）帷幕法,预先在设计井筒周围形成一封闭圆筒状、穿过含水不稳定地层并进入稳定基岩的混凝土帷幕，从而可以在其保护下安全地进行井筒掘砌作业。一般情况下，沿井筒圆周划分二至三段圆弧，依次在各圆弧段内向下钻孔，并连通形成槽孔，然后在槽孔内灌注混凝土，各段槽孔内混凝土互相嵌接起来，形成需要的混凝
25、土帷幕。帷幕法是我国独创的特殊施工方法，优点是：能适应各种复杂地层，井筒进入基岩，牢固可靠，施工准备期短，一般一个月即可开工，机具简单，不需大型施工设备，用电少，工程造价比冻结法、钻井法低得多。,一、钻眼爆破工作,钻眼设备,钻眼通常采用手持式凿岩机，近几年已开始使用伞形钻架(图12-26)。,2、竖井基岩施工,爆破工作,1炸药和起爆器材的选择 在立井施工中，工作面常有积水，要采用抗水岩石炸药、水胶炸药和硝化甘油炸药。,起爆器材通常采用国产8号秒延期电雷管，毫秒延期电雷管和导爆管索。放炮电源多采用交流电源，但电压不得超过380伏。在有瓦斯或煤尘爆炸危险的井筒内，必须采用煤矿安全炸药和瞬发电雷管。
26、使用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得超过130毫秒。,2爆破参数的确定 炮眼深度是根据岩石性质、凿岩爆破器材和循环劳动组织等因素决定的。当前在立井井筒施工中，炮眼的深度以浅孔或中深孔（2.03.5m）为宜。炸药消耗量是根据岩石性质、井简断面大小和爆破要求等因素决定的。确定炸约消耗量的方法，可采用工程类比法或是根据矿山井巷工程预算定额选取，立井井筒基岩施工炸药和雷管消耗量定额如表12-6所示。,表12-6 立井基岩施工炸药和雷管消耗量定额 10m,炮眼布置在圆形断面的井简中，炮眼都按同心圆周布置。掏槽方式可采用直眼掏槽或锥形掏槽。炮眼数目和布置圈数是由具体的爆破条件决定的。若采用光面爆破
27、，周边眼间距E为400600；周边眼与辅助眼圈间距(即最小抵抗线)E/M M为周边眼密集系数一般为0.81.0；辅助眼圈距和辅助眼间距，一般为0.70.9m，掏槽眼圈径和眼距，可由掏槽方式和岩石性质决定。图12-27为万年风井炮眼布置，主要爆破参数如表12-7。,采用光面爆破时，为了取得比较好的光爆效果，周边眼应采用2025的小直药卷或采用一般药卷不偶合缓冲间隔装药结构。,立井掘进中的联线方式多采用并联。若一次起爆的雷管数较多，采用并联不能满足准爆电流要求时，可以采用串并联或并串联。,装药、联线和放炮工作，必须严格遵守煤矿安全规程的有关规定。,二、装岩提升,装岩工作 目前已普遍采用抓岩机装岩，
28、实现了装岩机械化。,在煤矿立井施工中多采用中心回转式抓岩机其结构如图12-28所示，技术特征如表12-7。,提高抓岩生产率是缩短装岩提升工序时间的重要途径，在施工中应泣急下列几点：1注意机械维修保养，使它经常处于良好的工作状态。2提高操作技术，使抓取和投放动作准确。3改进钻眼爆破工作使爆破后的岩堆，岩石块度，有利于机械抓岩。4吊捅直径应与抓斗张开直径相适应，提升能力满足抓岩工作需要。,提廾工作 1提升容器立井凿井提升容器都采用吊桶。,2提升钢丝绳，提升钢丝绳一般采用多层股不旋转圆形钢丝绳3提升机，主要是单绳缠绕式卷筒提升机。4提升辅助设施，包括提升天轮、导向稳绳、稳绳天轮、稳绳悬吊凿井绞车等。
29、,竖井延深施工方案选择时应考虑以下因素：矿山原设计的要求和井筒条件，延深段的地质和水文地质情况；延深施工技术力量和施工设备，延深深度等。同时施工中应满足以下要求：尽量减少井筒内上部提升下部进行延深作业之间的互相干扰；尽量利用井筒周围的永久巷道和硐室进行延深，以减少临时工程的开凿量；采取安全技术措施确保工作面人员安全；加强延深井筒的测量工作。,3、竖井井筒延深,一、自上而下延深井筒方案,（1）利用生产提升设备延深井筒 停止井筒的生产提升，改为延深井筒的提升，自上而下延深井筒。优点是：准备工作简单、时间短、投资少，提升能力大，不需要开凿一系列辅助井巷和硐室，不需要构筑人工保护盘或留置保护岩柱，施工
30、速度快。,（2）利用延深间或梯子间延深井筒利用原有井筒的延深间或梯子间来安设井筒延深时的掘进提升系统，在不影响上段井筒生产提升的情况下，独立进行自上而下的延深工作（图4.15）。,图4.15利用延深间或梯子间延深示意图 1永久支架；2掘进木支架；3延深提升绞车；4稳绳绞车；5第一生产通道；6安全门；7隔板；8隔墙；9延深孔；10吊桶；11稳车硐室；12封口盘；13工作室,图4.16利用辅助水平延深井筒l生产水平；2辅助盲斜井；3延深辅助水平；4翻矸台；5稳车硐室；6绞车硐室；7绳道；8保护岩柱；9护顶盘,（3）利用辅助水平延深井筒 为延深井筒开挖一些井巷和硐室，形成一个与生产水平相通的延深辅助
31、水平，从而解决井筒延深施工的凿井设备布置和形成延深井筒的通风、排水、压气、提升、运输系统，使井筒延深工作得以顺利进行（图4.16）。首先从生产水平自上而下开凿盲斜井，掘至保护岩柱以下约1719m；然后开凿延深辅助水平的巷道，并从延深辅助水平反掘一段井简，留出保护岩柱；再开凿延深绞车硐室和绳道，并下掘一段井筒；然后安设天轮台及卸矸台，安装凿井提升设备及各种管缆，即可开始延深井筒。这种延深方法的优点是：适应性强，对矿山正常生产影响很小，延深施工速度快，我国竖井延深多采用此种方法。,在延深井筒附近已有井筒或巷道先行到达新水平的情况下，这种延深方式通常是先自下而上掘进小断面天井，然后再刷大到井筒设计断
32、面。,一、自下而上延深井筒方案,（1）先上掘小井，而后上行刷大的延深方法 如图4.17所示，先掘联络道，到达延深井筒的位置后上掘小井，待上下水平贯通后，再自下而上刷大小井达到井筒设计断面尺寸。刷大的方法与浅眼留矿法基本相似。待整个井筒刷大到上一水平后，放出全部矸石，在吊盘上砌筑永久井壁，进行井筒设备安装。最后清除保护岩柱，完成此段井筒的安装工作。这种方法多在井筒围岩比较稳定的情况下采用。,图4.17 先掘小反井图而后上行刷大井筒示意图1盲井（辅助井）；2延深阶段联络道；3辅助阶段联络巷道；4保护岩柱；5天井；6漏斗；7矿车；8罐笼；9吊桶,图4.18 先掘小反井而后下行刷大井筒示意图1反井；2
33、安全格筛；3钢丝绳砂浆锚杆；4新水平；5延深水平,（2）先掘小井而后下行刷大的延深方法如图4.18所示，在岩性较差的情况下，从下向上掘通小井后，由上向下刷大井筒，爆破的岩砟经小井溜至新水平，装车运走，然后进行临时支护。为保证安全，在延深辅助水平应搭设井盖门，在小井上口设置格筛，放炮时提起，岩砟通过后盖上，刷大井帮和砌壁工作一般分段交替进行，施工安全性较好。,斜井掘进方向居于水平和垂直之间，故其掘进的主要工序和组织工作，有许多与平巷和竖井的掘进相同。由于斜井处于倾斜状态，工作面经常积水，装岩工作较平巷掘进困难。目前我国一些斜井掘进仍用人工装岩，劳动强度大、效率低、占循环时间比重大。为实现装岩机械
34、化，在一些矿山已采用了耙斗装岩机，如图4.19所示。掘进的岩石可以采用矿车或箕斗提升。工作面涌水量小于6m3h-1时，积水可用风动潜水泵将水排入提升容器内，与岩石一起提出地表；若涌水量大于6m3h-1时，则需要卧式水泵排水。,4-3 斜井掘进与施工,图4.19斜井掘进时耙斗装岩机装岩示意图1耙斗；2绞车；3台车；4卸料槽；5卸料口,一、普通法掘进天井 每掘进循环架设一次凿岩工作台，并随掘进工作面向上推进，每隔68m，移动一次安全棚，与此同时安设梯子间和放岩间等（图4.20）。作业条件差，劳动强度大，而且掘进速度慢，工效低，特别是掘进高天井时更为严重。但是它可以跟随矿脉掘进，有利于探矿。为了提高
35、普通法掘进速度与工效，在解决架设工作台耗时费工方面，一些矿山采用铁链环悬吊工作台和双吊环挂钩架设工作台，见图4.21。,4-4 天井与溜井掘进与施工,图4.20 普通法掘进天井1工作台；2安全棚；3短梯子；4临时平台；5工具台；6水管；7风管；8梯子间；9岩石间；10风筒；11漏斗口,图4.21 简易工作台安装示意图a采用铁链环悬吊工作台，b采用双吊环挂钩安装工作台1托钩；2铁链环；3铁管支承梁；4楔子；5木板,二、吊罐法掘进天井 以吊罐代替普通法的凿岩工作台，同时作为升降人员、设备和材料工具的提升容器（图4.22）。它不仅减轻工人劳动强度，而且掘进速度快，工效高。吊罐法掘进天井使用的专用设备
36、有：吊罐、提升绞车及信号联络装置。,图4.22 吊罐法掘进天井1游动絞车；2吊罐；3提升钢丝绳；4装岩机；5斗式转载车；6矿车；7电机车；8风水管电缆；9中心孔。,三、爬罐法掘进天井 利用主爬罐本身的驱动装置，使其沿天井顶板敷设的轨道升降（图4.23）。主爬罐升至工作面后，工作人员在主爬罐上进行凿岩爆破作业，同时利用辅助爬罐可使天井工作面与井下取得联系，以缩短掘进过程中的辅助作业时间。放炮时将主爬罐开往躲避硐室中，爆下的岩砟用装岩机装走，装岩和凿岩可依次或平行进行。,图4.23 爬罐法掘进天井示意图1主爬罐；2导轨；3副爬罐；4主爬罐软管绞车；5副爬罐软管绞车；6压气、水分配器,四、深孔爆破法
37、掘进天井 采用深孔钻机在天井断面范围内，沿天井全高自上向下或自下向上一次钻完全部平行炮孔，然后分段或一次爆破成井（图4.24）。掘进过程中，工人不进入天井内作业，因此，它具有工作安全，作业条件好，劳动强度低等优点，是我国近期掘进天井行之有效的方法之一。,图4.24 深孔分段爆破法掘进天井示意图1深孔钻机；2计划掘进的天井；3掏槽孔；4周边孔；5钻机硐室；6装岩机；7矿车,五、钻进法掘进天井 钻进法是用天井钻机和扩孔刀头刀具钻进天井连续作业的天井掘进法，施工全部机械化。目前国外天井钻机的钻井深度已达近1000m，扩孔直径超过6m.国内的钻井深度为120m，扩孔直径为2m。上扩法：用牙轮钻头向下钻
38、一条导向孔，换上扩孔刀头，再自下而上地扩孔；下扩法：用牙轮钻头向上钻一条导向孔，换上扩孔刀头，再自上而下地扩孔；全断面上向钻进法：用盲井钻机全断面上向钻掘天井(图4.25)。,图4.25 天井钻进法的钻进方式a上扩法，b下扩法，c全断面上向钻进法1天井钻进；2动力组件；3扩孔钻头；4导向孔；5漏斗；6稳定器,各种硐室的形状、规格和结构差别很大，岩石性质也不相同，采用的施工方法较多。这些施工方法归纳为三类：全断面施工法、导硐施工法、留砟施工法。,4-5 硐室掘进与施工,一、全断面施工法全断面施工法指在整个断面上向前推进的施工方法。这种方法比较简单，作业集中，便于管理，通风条件好，轨道管线可一次铺
39、成，对提高施工机械化程度和工效有利。适用于围岩稳定、节理不发育、不需临时支护、高度不大的硐室掘进施工。全断面施工法有以下两种形式。（1）全断面一次掘进法这种方法与普通巷道的掘进方法基本相同。由于断面比较大，可适当加大眼深，采用深孔爆破。使用小型风动凿岩设备钻上部炮眼时，可采用登砟作业，装药联线用梯子。这种方法只宜在高度小于5m的硐室中使用。,（2）台阶工作面法 当硐室的高度较大，为便于操作，可将硐室分成两个分层，施工时形成台阶状。上分层超前 施工，称正台阶工作面施工法（图4.26）；下分层超前施工时称倒台阶施工法（图4.27）。正台阶工作面施工法的分层高度不超过1.82.5m，上分层台阶工作面
40、一般超前35m。台阶不宜超前过多，以免增加上部台阶扒砟工作量。下部台阶的炮眼布置可以是水平眼，也可以是垂直眼。,图4.26 正台阶工作面施工示意图,图4.27 倒台阶工作面施工示意图,抚顺龙风矿635m东部水泵房硐室，围岩为比较稳定的页岩、砂质页岩，硐室断面为三心拱形，掘进断面27.1m2，掘进宽度为5.6m，掘进高度为4.5m。该水泵房领空采用正台阶工作面施工法，上分层工作面高2.5m，超前2.0m左右，下分层工作面呈45斜坡，以便将上分层的废石溜放到下分层集中用装岩机装岩。每掘进两班之后，用一班的时间打锚杆并先喷5mm厚的水泥砂浆以临时封闭围岩。待掘进2530m后，再按设计规定厚度喷射混凝
41、土永久支护。,抚顺老虎台矿580米中央水泵房硐室采用倒台阶工作面施工法。该硐室的围岩是坚固稳定的花岗片麻岩，掘进断面16.25米2，三心拱形，掘进宽度在拱邦为7.5米，立墙部分为7.1米，掘进高度为6.1米。下分层工作面高度为3.5米，超前35米，边掘边锚；上分层工作时利用挑顶的矸石堆作脚手架打锚杆。顶板岩石稳定时，掘锚15m即进行喷射混凝土，并浇筑混凝土侧墙；顶板岩石不大稳定时，可边掘进边锚边挂金属网，最后喷射混凝土。,二、导硐施工法 借助辅助巷道开挖大断面硐室的方法称为导硐法。这种方法多用于松软破碎地段。围岩稳定，但断面特大（50m2以上）也可采用。导硐是临时性辅助巷道，断面48m2不等，
42、用于施工期的通风、行人和运输。根据导硐位置的不同分中央下导硐施工法、两侧导硐施工法和上下导硐施工法等。（1）中央下导硐施工法 导硐一般布置在硐室中央的下部。导硐掘到位置后再进行扩帮、挑顶并完成永久支护。扩帮、挑顶的施工顺序，可以先挑顶后扩帮，如图4.28所示，也可以先扩帮后挑顶，如图4.29所示。前一种顺序多用于锚喷支护，后一种适用于混凝土砌碹支护。,图4.28 下导硐先拱后墙开挖顺序图1下导硐；2挑顶；3拱部光面层；4扩帮；5墙部光面层,图4.29 下导硐先墙后拱开挖顺序图1下导硐；2扩帮；3墙面光面层；4挑顶；5拱部光面层,（2）两侧导硐施工法 当硐室跨度较大、围岩较松软不稳定时，一般选用
43、两侧导硐施工法。导硐布置在硐室两侧，紧靠硐室的侧墙。导硐的断面尺寸一般为宽1.51.8m，高2m。施工顺序为随掘导硐随砌墙（图4.30），并逐步向上扩大。导硐扩大时落下的砟石可作工作台之用，再把墙接上去。当墙全部砌完后由两侧开始挑顶、砌拱，最后将拱部掘砌完毕后，再挖去中间岩柱。,图4.30 两侧下导硐开挖顺序图l两侧下导硐；2墙部光面层；3挑顶；4拱部光面层；5中心岩柱,三、留砟施工法 这种施工方法与浅孔留矿法相似。施工顺序是自下而上分层进行，图4.31为某矿粗碎硐室施工示意图。先掘出下部储砟仓、井筒与硐室的联络巷道以及储砟仓以下砟石运输系统，以解决施工过程中的行人、运输、通风等问题。然后由联
44、络巷道进入硐室并沿硐室整个断面拉出底槽，用上向凿岩机钻凿上向炮眼，分层爆破。每爆破一次，要从下部漏斗放出一部分砟石，使硐室内的砟石面与顶板保持1.82.0m的空间，以便继续凿岩、爆破作业，直到掘至主硐顶板为止。最后自上而下进行支护，边支护边放出硐室中的砟石。这种方法要求岩层中等以上稳定，整体性好。,图4.31 某矿破碎硐室采用留矿法施工示意图l上向炮眼；2作业空间；3顺路天井；4主井络道；5副井联络道；6下部储砟仓；7主井；8副井,硐室施工方法的选择，主要取决于硐室的断面大小和围岩的稳定性，另外还与施工方法、支护型式等人为因素有关。近十多年来，硐室施工技术的发展主要表现在以下几个方面：（1）在
45、硐室工程中成功地应用了光爆锚喷技术。光爆锚喷技术可以综合有效地提高围岩的稳定性和施工作业的安全性，大大地减少硐室施工的难度。（2）由于锚喷技术在硐室工程中的应用，促进了硐室施工方法的简化。用自上向下分层逐步取代了自下向上分层，全断面施工逐步取代了导硐法施工。下行分层和全断面施工硐室步骤简单、效率高、进度快、安全和质量容易保证，使硐室工程的施工工期大为缩短。,硐室施工方法选择,（3）硐室支护多采用锚、喷、网、砌复合支护形式和“二次支护”技术，即先进行一次支护，再进行二次支护。一次支护选用具有一定可缩性的锚喷或锚喷网支护型式，其本身是永久支护的组成部分；二次支护现多选用刚性较大的混凝土或钢筋混凝土
46、整体浇筑，也可用锚喷支护。,（4）采用了先进的设备和工艺，提高了硐室施工的机械化水平。如使用反井钻机钻扩井下圆筒式煤仓、立井砌壁中用液压滑升模板过马头门和箕斗装载硐室等，加快了工程进度，提高了工程质量。施工技术的进步，改善了硐室工程施工的面貌，我国煤矿井下的不少硐室施工都取得了速度快、效率高、质量好、成本低的技术经济效果，为我国硐室工程积累了宝贵的经验。,四马头门硐室施工,马头门的施工，必须与井筒施工统筹考虑，合理安排。根据马头门与井筒之间的施工顺序的先后，我国现有的马头门施工方法可分为两大类，即与井筒同时施工法和与井筒顺序施工法。1.马头门与井筒同时施工 当井筒掘进到马头门上方46m处时，暂
47、停掘进，并将上段井壁砌好，随后再向下掘进，当掘到马头门硐口处时，随井筒的下掘将马头门同时掘进出来，然后再将马头门和这段井壁一次砌好。待马头门与井筒的连接处施工完成后，再掘砌井筒余下的井底部分。,特点：可以充分利用凿井设备和设施进行打眼放炮、通风排烟、装岩提升、压气供应、排水、拌料下料等工作，使准备辅助工作大大简化。马头门与井筒同时施工，支护的整体性好，工程质量易于保证。该方法的主要不足之处是马头门施工占用了井筒的施工期，致使井筒到底的工期向后推迟了一段时间。,鲍店煤矿副井，净直径8m，马头门位于井筒-430m水平两侧，进车及出车线长度分别为31m和16m，进车侧的掘进高度和宽度分别为11.65
48、m和 9.2m，出车侧的掘进高度和宽度分别为11.4m和8.7m，马头门的最大掘进断面为105m2，马头门进、出车两侧16m长度内为锚喷网和双排钢筋混凝土支护结构，进车侧1631m为锚喷网和素混凝土支护结构。,推车机硐室,等候室通道,变电所通道,信号硐室,下料绞车硐室,先在马头门顶板上方5.0m处筑一个混凝土壁圈，接着向上砌壁直到与上段井壁相接。壁圈以下井筒部分采用锚喷网作一次支护，锚杆直径14mm、长2m、间排距750mm750 mm，金属网用10mm和6mm钢筋，按250mm250mm网格编织，自上而下挂设，自下向上喷射混凝土，喷厚100mm。待上述工作结束后，再开始马头门施工。,第一阶段
49、施工井筒两侧马头门各7.0m，并与井筒同时完成永久支护的钢筋混凝土浇筑；第二阶段，待主井通过井底车场和副井马头门贯通后，再由主井一侧的巷道向马头门进车侧最外端的15m施工；第三阶段施工马头门进、出车侧的其余部分各9m；最后阶段施工马头门范围内的其他所有硐室和设备基础。,先掘进马头门的拱部，同时用锚喷网控制，尔后向下分层分区（中间留岩柱）依次掘至马头门的底板，掘出的碎石放入井筒中，由抓岩机装入吊桶提出。再由下向上立模、绑扎钢筋、连续浇筑混凝土，并与井筒井壁一并向上砌筑，以保证连接部分支护的整体质量。最后清除掉中间岩柱。,为了加强对顶板的维护，支护时由下向上分层连续浇筑，投设计强度为C25，施工时
50、按C35配制，主筋为 20mm，配筋为 12mm，间距300mm，严格控制混凝土的配合比和水灰比；分层连续浇筑，层厚不超过300mm，并振捣密实。为了加强两次支护层间的密实性，在马头门的拱顶部预埋2根长1.0m的注浆管，以备后期再行注入水泥浆液，填塞壁后层间的裂隙和空洞。该马头门掘进总工程量2684m3，混凝土浇筑工程量连同井壁共1026m3，耗用钢筋43.5t。在矿井竣工验收移交时，该工程被评为优质工程，使用至今已30多年，未出现任何问题。,2.马头门与井筒顺序施工 先掘砌完整个井筒，再返上来施工马头门。即当井筒掘砌到马头门位置处时，预留下马头门的硐口不砌（硐口预留得稍大一点，以免将来马头门
