崔秀平
甘肅省白銀市平川區(qū)華能公司,甘肅白銀 730913
豎井是地下礦山的主要井巷之一,是礦山生產(chǎn)期間用來提升礦石、上下人員和器材、通風(fēng)及排水的直通地面的通道。豎井工程進(jìn)展的快慢直接影響整個(gè)礦山施工進(jìn)度計(jì)劃和后續(xù)工程的開工時(shí)間,對(duì)礦山、煤礦能否早日投產(chǎn)影響很大。因此加快豎井施工速度,提高工程質(zhì)量,對(duì)于保證基建礦山早日投產(chǎn)和礦山生產(chǎn)的正常進(jìn)行具有決定性的意義。
在建井過程中,通常將覆蓋在地層上部的松散性沉積物和其下的巖石風(fēng)化帶稱為表土。
1.1.1 臨時(shí)鎖口的安設(shè)
在穩(wěn)定表土層中掘砌豎井,首先按設(shè)計(jì)的井口規(guī)范下挖1m~2m,然后安設(shè)臨時(shí)鎖口,用來固定井口位置和懸掛臨時(shí)支架。
1.1.2 表土挖掘及提升
安裝了臨時(shí)鎖口,做好臨時(shí)支護(hù)后,便可繼續(xù)下挖。在無水而穩(wěn)定的表層中,特別是在硬粘土層中,多采用全斷面分層下挖法;在有水的條件下,采用階梯式環(huán)挖法,先在井筒中央開挖超前集水小井,以便降低水位、集中排水,然后挖掘其余部分。
1.1.3 臨時(shí)支護(hù)
表土層一般都比較松軟,承受井口周圍建筑物及構(gòu)筑物的壓力較大,井筒開挖后在水的沖刷和風(fēng)化作用下,井版幫容易坍塌,因而隨著表土的開挖必須及時(shí)架設(shè)可靠的臨時(shí)支護(hù)。表土施工中多采用由井圈、背板、掛鉤、頂柱和木楔組成的臨時(shí)支架。
1.1.4 水的處理
凡是表土施工中發(fā)生的片幫垮塌,井底涌砂冒泥,壁后形成空洞,進(jìn)而發(fā)展成為井壁開裂脫落,地表塌陷等嚴(yán)重事故,大部分原因是對(duì)土層的水文地質(zhì)條件不夠了解,施工方法選擇不當(dāng)以及對(duì)水的處理不力所致。因此,除盡量避開雨季施工外,還應(yīng)該根據(jù)情況采取地表防水、井幫導(dǎo)水、截水、以及工作面排水等措施。
1.2.1 掘進(jìn)單行作業(yè)
掘進(jìn)單行作業(yè)是將井筒至上而下分成若干個(gè)井段,在一個(gè)井段內(nèi)首先至上而下掘進(jìn)井筒,同時(shí)進(jìn)行臨時(shí)支護(hù),待該端完成后,在至上而下進(jìn)行永久井壁的施工。
1.2.2 掘砌平行作業(yè)
其特點(diǎn)是砌壁、掘進(jìn)分別在相鄰的上下兩個(gè)井段內(nèi)同時(shí)進(jìn)行。掘砌平行作業(yè)能比較有效地用空間和時(shí)間,為提高成井速度提供了有效條件。但是這種作業(yè)方式需要的鑿巖設(shè)備較多,施工組織復(fù)雜,掘砌工作容易相互干擾,因此多用于圍巖穩(wěn)固、深度和斷面較大的井筒。
1.2.3 短段掘砌作業(yè)
短段掘砌作業(yè)的特點(diǎn)是段高較小,不需要臨時(shí)支護(hù),掘砌工作在同一井段內(nèi)進(jìn)行。短段掘砌主要用于不夠穩(wěn)定的井筒。其優(yōu)點(diǎn)是圍巖暴露時(shí)間短,易于維護(hù),省去了臨時(shí)支架。但井壁接茬多,不易保證質(zhì)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時(shí),進(jìn)行井筒設(shè)備的安裝,一次成井。掘砌安一次成井作業(yè)工序多,同時(shí)工作的人員及設(shè)備多,勞動(dòng)組織及施工管理更加復(fù)雜。要求掘進(jìn)安三項(xiàng)工作要互相協(xié)調(diào),以免相互干擾。
基巖施工主要是由鑿巖、爆破、通風(fēng)、裝巖、臨時(shí)支護(hù)等工序組成。
1.3.1 鑿巖爆破
鑿巖爆破的工作一般占整個(gè)掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間的20%~30%。鑿巖工作的快慢直接影響掘進(jìn)速度,而爆破質(zhì)量的好壞直接影響裝巖效率、循環(huán)進(jìn)尺、斷面規(guī)格和質(zhì)量。
1.3.2 豎井掘進(jìn)通風(fēng)
豎井掘進(jìn)時(shí)主要采用局扇進(jìn)行通風(fēng),通風(fēng)方式有壓入式、抽出式、混合式。爆破后產(chǎn)生的大量有害有毒氣體,因其溫度高,可沿井筒自然上升,故豎井掘進(jìn)時(shí)多采用壓入式通風(fēng)。由于抽出式通風(fēng)在豎井掘進(jìn)中排出污濁空氣的能力較差,因此只在只有瓦斯溢出的煤礦豎井中采用。在深井掘進(jìn)時(shí),為迅速排走炮煙,可用兩套通風(fēng)機(jī)混合通風(fēng)。
1.3.3 裝巖
豎井掘進(jìn)中裝巖工作是一項(xiàng)即繁重又費(fèi)時(shí)的工序,為提高裝巖生產(chǎn)率,常常采用以下途徑:改變?cè)O(shè)備結(jié)構(gòu),加強(qiáng)維修保養(yǎng),提高操作技術(shù);采用深孔爆破,提高爆破效率;提高清底效率;適當(dāng)加大提升能力和吊桶容積。
1.3.4 井筒安裝
井筒安裝包括罐道梁、罐道、管道、電纜、梯子間及井底金屬支撐結(jié)構(gòu)等安裝。除了采用掘砌安一次成井外,都是在井筒掘砌完成后再進(jìn)行井筒安裝工作。主副兩井筒貫通后要交替進(jìn)行安裝工作。根據(jù)罐道梁和罐道等安裝時(shí)間的關(guān)系,一般可采用分次安裝和一次安裝兩種方式。
噴射混凝土支護(hù)的施工可將其混合料的運(yùn)輸、澆灌、搗固同一為一道工序,并免除了裝拆模板,又可通過輸料管越過障礙物向遠(yuǎn)距離的作業(yè)面進(jìn)行任意方位的噴射,工序簡(jiǎn)單,機(jī)動(dòng)靈活,具有廣泛的適應(yīng)性;噴射混凝土支護(hù)層屬于薄板結(jié)構(gòu),一般約為普通混凝土支護(hù)厚度的一般或1/3,從而又可減小巷道的掘進(jìn)斷面10%~20%,還可減少掘進(jìn)工程量;可以節(jié)約為立模板耗費(fèi)的木材或鋼材,又能減少混凝土用量,其功效更可以提高3倍~4倍;噴射混凝土不僅可以用做永久支護(hù),又可以和其他支架配合使用,取長(zhǎng)補(bǔ)短,使其應(yīng)用的地點(diǎn)和條件獲得擴(kuò)展。因而,噴射混凝土支護(hù)是一種好快多省的支護(hù)。
噴射混凝土支護(hù)是把混凝土以高速、連續(xù)噴射到巖壁上,故噴射混凝土具有密實(shí)性能,水灰比小,強(qiáng)度較普通混凝土高;它還具有較強(qiáng)的粘結(jié)性能,這就是表現(xiàn)在與巖石、鋼材間有較強(qiáng)的粘結(jié)能力,在粘結(jié)面上還能傳遞拉應(yīng)力和剪應(yīng)力;另外,由于在噴射混凝土中通常需加入速凝劑,使得混凝土能早凝較快,給圍巖及時(shí)提供抗力。
錨桿是一種錨固在巖體內(nèi)部的桿狀支架。錨桿支護(hù)則是通過錨入巖體內(nèi)部的錨桿,改變圍巖受力狀態(tài),加固圍巖。其支護(hù)作用主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。
2.2.1 懸吊作用
錨桿將軟弱、松動(dòng)不穩(wěn)定的圍巖懸吊在較為堅(jiān)硬而穩(wěn)定的深部巖層里,從而實(shí)現(xiàn)不穩(wěn)定圍巖不脫離、不脫落。
2.2.2 組合梁作用
錨桿錨如層狀巖層后,把數(shù)層薄層巖層組合成組合梁,使其層間的摩擦力增大,提高組合梁整體巖層的抗彎能力。在相同的情況下,組合前后梁的撓度和內(nèi)應(yīng)力分布情況大不相同。假設(shè)有n層等厚度板,每層板得橫斷面為,組合前的抗彎斷面模量,組合后就如同一塊厚度為的板受彎,這是抗彎斷面模量為,故,從而增大了組合量得抗彎能力。
2.2.3 加固供作用
大量的工程實(shí)踐和試驗(yàn)表明,在節(jié)理發(fā)育的破碎巖體中,懸吊和組合作用不可能產(chǎn)生,但打入錨桿后仍能對(duì)破碎巖體起支護(hù)作用。我國冶金建筑研究院曾用不穩(wěn)定的混凝土拱模擬
不穩(wěn)定巖層,用鋼筋砂漿錨固加固,分別測(cè)定前后承載力并進(jìn)行比對(duì),試驗(yàn)證明,用錨桿加固以后,承載力從7.7t增加到50.7t,在同樣荷載作用下的變形僅為不穩(wěn)定拱的。馬鞍山礦山研究院和鐵道部科學(xué)研究院西南研究所都做了類似的試驗(yàn),有較為充分的試驗(yàn)說明,在塊裂介質(zhì)體中打入錨桿,能使其間的節(jié)理被擠緊而產(chǎn)生較大的摩擦阻力,因此增大了沿結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度,增大了不穩(wěn)定塊體下滑阻力,防止了塊體移動(dòng)的可能行,也就提高了被錨固巖層的穩(wěn)定。
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