全国一级建造师执业资格考试用书编写委员会编写全国一级建造师执业资格考试用书
6.2.8 立井施工防治水方法及应用
1.注浆堵水
注浆堵水就是用注浆泵经注浆孔，将浆液注入含水岩层内，使之充满岩层的裂隙，并凝结硬化，堵住地下水流向井筒的通路，达到减少井筒用水量和避免渗水的目的。注浆堵水有两种方法，一种是为了干打井，而在井筒掘进前向围岩含层注浆堵水。这种注浆方法称为预注浆，另一种是为了封住井壁渗水。而在井筒崛起完成后，向含水层段的井壁注浆。这种注浆方法称为壁后注浆。
立井施工采用注浆堵水的，基本原理，施工工艺和适用条件详见本书6.1.4立井井筒注浆施工法
2.井筒排水
吊桶排水是用风动潜水泵将水排入吊桶或排入装满矸石吊桶的空隙内，用提升设备提到地面排出。吊桶排水能力与吊桶容积和每小时提升次数有关，井筒工作面涌水量不超过十立方米每小时时，采用吊桶排水较为合适
2）吊泵排水
吊泵排水是利用悬吊在井筒内的吊泵和排水管路，将工作面积水直接排到地面或排到中间泵房内，利用吊泵排水井筒工作面涌水量以不超过40立方米每小时为宜，否则井筒内就需要设多台吊泵同时工作。占据井筒较大的空间，对井筒施工十分不利
吊泵排水时还可以与风动潜水泵进行配套排水，也就是用潜水泵将水从工作面排到吊盘上水箱内，然后用吊泵再将水箱内的水排到地面
当井筒深度超过水泵扬程时，就需要设中间泵房进行多段排水，用吊泵将工作面积水排到中间泵房，用中间泵房的卧泵排到地面
3）卧泵排水
卧泵排水是吊盘上设置水箱和卧泵。工作面，涌水用风动潜水泵排入吊盘水箱，经过除砂装置后，用卧泵和吊挂在井内的排水管路排到地面。卧泵排水的优点是不占用井筒空间，卧泵故障率低，易于维护，可靠性好，流量大，扬程大，适应性更广
3.截水和泄水
为了减少工作面的积水，改善施工条件和保证井壁质量，应将工作面上方的井帮淋水截住，并导入中间泵房或水箱内。截住井帮淋水的方法可在含水层下面设置截水槽，将淋水截住，导入水箱内，再由卧泵排到地面。若井筒开挖前已有巷道预先通往井筒底部，而且井底水平已构成排水系统，这时可采用钻孔泄水，可为井筒的顺利施工创造条件。
6.2.9 立井施工设备和设施的选用与布置
1.立井施工主要设备及选用
立井井筒掘进中的施工设备，包括钻眼设备、装岩设备、提升与悬吊设备、支护设备和相关辅助设备等
1）钻眼设备
对于钻眼设备一般采用手持凿岩机或伞形钻架配导轨钻机，手持凿岩机打眼速度慢，劳动强度大，眼孔质量较难掌握，特别在硬岩中打深眼更为困难，故它只适用于断面较小、岩石强度不高的浅眼施工，难以满足深孔爆破和快速施工的需要。伞形钻架配导轨钻机的机械化程度高，转速快，一次行程大，伞架的架设、收拢和提放等工序均要占一定的工时，但钻眼工序的总时间较短，对深孔爆破尤为适用，是目前普遍采用的凿岩方式。目前常用的伞形钻架有4臂6臂和9臂风动或液压型伞钻，钻眼深度3到5米，通常井筒内选用一台即可满足要求。但对于大断面立井井筒需要选用两台组成双联散钻，方能满足施工要求。伞钻在工作面使用期间必须设置保险绳。
2）装岩设备
立井井筒掘进的装岩设备主要是抓岩机。常用的抓岩机，现有长绳悬吊式抓岩机、中心回转式抓岩机，环形轨道式抓岩机和靠壁式抓岩机等，他们一般都具有机械化程度高，生产能力大，动力单一，操作灵便，结构合理，运转可靠等优点。另外，抓岩机都是一次安装使用，无需每个循环上下起落和重新固定，因此辅助作业时间短，但是抓岩机通常清底效果较差，出矸时悬梁或臂杆旋转与提升吊桶运行易相互干扰
对于长绳悬吊式抓岩机，施工中工人的劳动强度较大，抓斗的灵活性较差；中心回转式抓岩机，安设在下层吊盘，安装使用都很方便，但需要设置悬吊保险钢丝绳，环形轨道式抓岩机由于其轨道的特殊性，使用中不如中心回转式抓岩机方便，而靠臂式抓岩机由于是固定在井壁上，要求围岩条件较好，因而一般适用冶金矿山立井井筒的掘进。目前，井筒掘进主要使用hZ型中心回转式抓岩机，并与FJd—6型伞钻和2到6立方米甚至更大一些吊桶配套使用。中心回转式抓岩机通常布置1到2台大断面井筒可布置三台
立井井筒掘进工作面装岩还选用小型挖掘机进行配套作业。为了提高立井井筒掘进工作面的装岩效率，加快吊桶的装岩速度，在工作面条件允许的情况下，可布置小型挖掘机进行辅助装岩。一方面，可以实现吊桶不摘钩，快速装岩。另一方面，可加快清底速度。小型挖掘机的挖斗容量通常为0.3立方米左右，一般布置一台。大断面井筒，可布置两台。井下钻眼爆破作业时，小型挖掘机一般提升到地面。
3）提升与悬吊设备
立井井筒掘进的提升设备，主要是提升容器，提升机及其辅助设备，包括钩头、滑架、缓冲器、钢丝绳、提升天轮等。悬吊设备，主要是凿井绞车、钢丝绳和悬吊天轮
（1）提升容器
提升容器包含有矸石吊桶和底卸式混凝土下料吊桶等。目前，矸石吊桶主要采用座钩式矸石吊桶，容积2到8立方，以满足井口采用座钩式翻矸装置进行自动翻杆的需要。底卸式混凝土下料吊桶容积2到5立方，主要为满足井壁浇筑时混凝土的输送需要
提升容器的配套设备是钩头、滑架、缓冲器，钩头需要根据提升荷载大小进行选用，滑架根据吊桶的大小进行选用，缓冲器按缓冲方式要求选用
钢丝绳包括提升钢丝绳和悬吊钢丝绳。提升钢丝绳，按照提升荷载，提升工作要求及提升安全系数规定进行计算和选型。而悬吊钢丝绳，则按照悬吊工作荷载，悬吊工作要求及悬吊安全系数规定进行计算和选型，提升用钢丝绳宜选用多层异形股或多层股不旋转钢丝绳，专为升降物料的安全系数不应小于6.5，升降人员的安全系数不应小于9.0。升降人员和物料时，升降人员的安全系数应为9.0。升降物料的安全系数应为7.5。凿井悬吊设施用钢丝绳宜采用六股19丝或每股19丝以上的钢丝绳，稳绳易采用三角股钢丝绳或椭圆骨钢丝绳。双绳悬吊时应采用捻向相反的钢丝绳。悬吊吊盘、吊泵、抓岩机、罐道绳、防撞绳、排水管和安全梯的钢丝绳安全系数不应小于6.0，悬吊风筒、风管、注浆管、输料管、电缆、供水管、模板的钢丝绳安全系数不应小于5.0。
（2）提升机和凿井绞车
提升机根据提升方式、提升荷载及提升高度进行选择。单钩提升一般选用单滚筒提升机，双钩提升或后期需要改绞应选用双滚筒提升机。单钩提升时提升工作荷载应当小于提升机的最大静张力，双钩提升时提升工作荷载应当小于提升机的最大静张力差。提升高度应当满足最大提升高度的要求。
凿井绞车根据悬吊方式、悬吊荷载及悬吊高度进行选择。单绳悬吊一般选用单滚筒凿井绞车 。双绳悬吊，可选用双滚筒凿井绞车或两台单滚筒凿井绞车。多绳悬吊，需要保证凿井绞车的同步起降，需要设置同步起降控制装置。悬吊钢丝绳的工作荷载，不得大于凿井绞车的工作荷载。悬吊高度应当满足凿井绞车的最大容绳量要求，并且略有富余。
（3）提升天轮和悬吊天轮
提升天轮一般根据提升设备布置和提升钢丝绳的规格型号进行选择，提升天轮的直径应当大于60倍的钢丝绳直径、900倍的钢丝直径。对于悬吊天轮主要根据悬吊设备的布置和悬吊钢丝绳的规格型号进行选择，悬吊天轮的直径应当大于20倍的钢丝绳直径、300倍的钢丝直径。
4）支护设备
立体井筒主要采用整体现浇混凝土井壁结构，井壁施工一般在掘进后进行，现场浇筑，整体现浇混凝土井壁主要采用钢模板，钢模板结构形式，包括组合钢模板，整体钢模板和整体滑升钢模板
（1）组合钢模板
组合钢模板也称为金属拆卸式模板，由若干块弧形钢板装配而成，每块弧板四周焊以角钢，彼此用螺栓连接，这种模板一般在岩石堆上或吊盘上架设，自下而上逐圈浇筑混凝土，使用比较方便，但立模、拆模费工费时，模板刚度有时不足，也不利于机械化施工作业
（2）金属伸缩式活动模板
金属伸缩式活动模板属于整体钢模板，一般由2到3块组成，块与块之间设伸缩缝，最简单的可只设一个伸缩缝，立模和脱模可利用伸缩缝的撑开和收缩来进行。目前一般用液压脱模，模板刚度较大，高度可采用短段掘砌的段高，这种模板目前主要用井下工作面的混凝土井壁浇筑工作，应用效果好
（3）整体滑升钢模板
整体滑升模板包括模板、操作平台和提升机具三部分，组成主要用于井筒连续浇筑混凝土工作，一般用于立井表土段冻结法凿井的内壁砌筑或长段作业，连续浇筑混凝土工作。
立井井筒支护施工作业地面需要配置混凝土制作和输送相关设备，有条件情况下可利用商品混凝土。
5）相关辅助设备
（1）通风设备
立井井筒施工用通风设备主要是风机和风筒，风机一般选用轴流式通风机，布置在地面，风机的规格型号根据通风压力、通风量进行选择，风筒需要根据通风方式进行选择，压入式通风可选择刚性风筒，如玻璃钢风筒、铁风筒，也可选择柔性风筒，如胶皮风筒等，但如果采用抽出式通风只能选用刚性风筒。
（2）压风设备
立井井筒施工用压风设备主要是压风机，压风机通常布置在地面，可根据压风用量和压力大小选择压风机的型号和数量，压风的输送通常采用无缝钢管或高压聚乙烯管。
（3）排水设备
立井井筒施工用排水设备主要是卧泵和吊泵，以及工作面的潜水泵，卧泵通常dc50系列，吊泵采用80dGL系列，由于吊泵排水的扬程受到制约，目前主要采用卧泵排水，可根据排水量和扬程进行选型。工作面潜水泵一般采用风动潜水泵，井内排水管路宜选用无缝钢管。
除此以外，立井井筒施工中还会使用到注浆设备、测量设备等，如果需要进行临时支护，还会使用到锚杆钻机、混凝土喷射机等
2.立井施工主要设施及选用
立井井筒施工中主要的施工设施包括凿井井架、天轮平台、翻矸台、封口盘、吊盘、各种管路、电缆等
1）凿井架及相关设施
凿井井架是凿井提升及悬吊掘进设备、井下设施的专用设施。常用的亭式井架采用装配式结构，可多次重复使用，安装、拆卸和运输比较方便，防火性能好，承载能力大，坚固耐用。目前，亭式井架型产品有六个型号。近年来，各施工企业根据凿井井筒的特征，研制开发了一批新型凿井井架，天轮平台尺寸、井架承载能力、凿井深度都有了很大的提升。
根据规定，凿井井架的选择应符合下列要求，能安全的承受施工荷载及特殊荷载，角柱的跨度和天轮平台的尺寸，应满足提升及悬吊设施的天轮布置要求和矿井各施工阶段不同提升方式的要求。井架四周围板及顶棚不得使用易燃材料。另外，还应考虑保证足够的过卷高度，伞钻进出的高度。通常凿井井架，根据井筒直径、深度和施工设备选型情况进行选用。有些矿井的井筒在施工前，由于永久井架塔，已施工完毕，这时可利用永久井架塔代替凿井井架进行井筒的施工，有利于缩短井筒施工的准备时间，具有良好的技术经济效益。
天轮平台位于凿井井架的顶部，为框形平台结构，用于安置天轮梁，布置各类悬吊设备
卸矸台是用来翻卸矸石的工作平台，通常布置在凿井井架主体架的下部第一层水平连杆上，卸矸台上设有溜槽和翻矸设施，排矸时矸石吊桶提到卸矸台上利用翻矸设施将矸石倒入溜槽，再用矿车或汽车进行排矸。
2）封口盘与固定盘
封口盘也叫井盖，它是升降人员和材料设备以及拆装各种管路的工作平台，同时又是保护井上下工作业人员安全的结构物，要求封口盘上的各种孔口必须加盖封严。固定盘是为了进一步保护井下人员安全而设置。位于封口盘下4到8米处。固定盘上，通常安设有井筒测量装置，有时也作为接长风筒、压风管、供水管、排水管的工作台
3）吊盘和稳绳盘
吊盘为井筒内的主要工作平台，一般用钢丝绳悬吊，它的主要作用是保护井下安全，施工拉紧尾绳，安装中心回转式抓烟机。作为浇筑井壁的工作平台，采用卧泵排水时，还需要在吊盘上安装卧泵和水箱。为了避免翻盘，一般都采用双层吊盘或三层吊盘。两层盘之间的距离应满足永久禁闭施工要求，通常为4到6米左右，为了保证吊盘上和掘进工作面，作业人员的安全，把面上各孔口和间隙必须封严。
采用掘砌平行作业时，井筒内除设有砌壁吊盘外，还设有稳绳盘，稳绳盘用来拉紧稳绳、安设抓岩机等设备和保护掘进工作面作业人员的安全
4）其他施工设施
立井施工的其他施工设施主要是管路和电缆，通常根据使用要求进行选择
3.立井主要施工设备和设施的布置原则
1）井内施工设备的布置原则
立井施工时，井内主要施工设备包括吊桶，抓岩机，钻架，安全梯，水泵等。立井施工时的井筒断面布置要从工作面到吊盘、井口、翻矸平台、稳车布置等全方位、立体通盘考虑。首先是尽可能满足井下工作面的工艺需求，如吊桶尽可能对称布置，方便装岩且抓岩机的移动距离最短，最方便。抓岩机的布置要考虑尽可能的不留死角，方便装岩。其次，井下设备设施的布置要考虑吊盘的空间，吊挂的空间，如吊盘上水箱、卧泵的布置，井口翻矸台的布置，井口进出伞钻的空间，井盖门的空间，封口盘主梁的空间，天轮平台的布置，特别是天轮梁的空间，并且要考虑天轮平台中梁的位置和尺寸，各安全间隙要符合安全规程规定，最后井内设备设施的布置还要考虑地面悬吊稳车的布置空间
（1）吊桶的布置
吊桶布置时要偏离井筒中心线，并靠近提升机一侧布置，对双滚筒提升机做单滚筒用时吊桶应布置在固定滚筒提升中心线上，多套提升时的布置应使井架受力均匀，采用双钩提升时应保持相邻两个提升容器之间最突出之间的安全间隙要求，在需要临时改绞的井筒中布置吊桶时，应考虑车场施工时的临时罐笼提升的方位要求，吊桶通过喇叭口时其最突出部分与孔口之间的安全间隙必须符合安全要求。随着井筒直径可深度的增加丽景施工对提升能力要求越来越高，现已有很多布置三个吊桶提升的实例。
（2）抓岩机的布置
抓岩机的布置要与吊桶位置协调配合，工作面不出现抓岩死角。中心回转式抓岩机要偏离井筒中心布置，满足安装固定的要求，中心回转式抓岩机是必须单独设置保护绳的，因此布置中心回转式抓岩机的时候还要考虑天轮平台的布置，环形轨道式抓岩机布置要与吊盘尺寸匹配，长绳悬吊人力抓岩机的布置要有利于抓斗的出矸，抓岩机停用时，抓斗张开时的最突出尺寸与吊桶之间的距离不应小于200毫米安全间隙。
（3）伞钻的布置
伞钻不工作时一般停放在井口。为保证每次伞钻下井的方便，井口下部应留有足够的吊运空间。伞钻在井下工作面使用期间必须设置保险绳。
（4）水泵的布置
吊泵一般靠近井帮布置，以便于抓岩机工作。有条件时宜采用接力排水，吊泵与井壁之间的安全距离应保证300毫米，与吊桶外缘之间的安全距离，应符合规定要求。
由于吊泵故障率较高且占用井筒空间，目前主要选用卧泵进行排水，采用卧泵排水时通常是在吊盘的上层盘布置水箱，中层盘布置卧泵，工作面涌水由风动潜水泵或电动潜水泵排到吊盘水箱。在经过除沙装置除沙后，由卧泵和吊挂在井内的排水管路排到地面。
（5）管线的布置
井内的管路电缆以及悬吊钢丝绳的布置，应以不妨碍提升、卸矸、井口运输为原则，且利于天轮平台及稳车的布置，并便于检修。
（6）安全梯的布置
安全梯应靠近井壁悬吊与井壁之间的最大间距不超过500毫米，同时要避开吊盘圈梁和环形轨道式抓岩机的轨道，并且安全梯应能下到工作面。
2）天轮平台的布置原则
天轮平台是凿井悬吊设备布置的关键，其主要布置原则包括：
天轮平台中间主梁轴线必须与凿井提升中心线互相垂直，使凿井期间的最大提升动荷载与井架最大承载力方向一致，并通过主梁直接将提升机荷载传递给井架基础。
天轮平台采用日字形结构时，中梁轴线应离开与之平行的井筒中心线一段距离，并向拟改绞提升机反向一侧错动，以便吊桶提升改为罐笼提升。天轮平台另一中心线和另一个井筒中心线可以重合，也可错开布置，应视凿井期间卸矸操作和临时罐笼提升时出车情况而定。天轮平台采用目字形结构时，天轮平台中心线应与井筒中心线重合，保证井架的受力均衡。
天轮平台上各天轮的位置及天轮的出绳方向应根据井内设备的悬吊钢丝绳落绳点位置，井架均衡受载状况，地面提绞布置以及天轮梁布置的可能性等因素综合考虑选定。
当凿井设备需用两台凿井绞车悬吊同一设备时，两个天轮应布置在同一侧，使出绳方向一致，以便集中布置凿井绞车和同步运转。双绳悬吊的管路尽量采用双槽天轮悬吊。
提升天轮应尽量布置在同一水平，一般不做一高一低的布置。稳绳天轮应布置在提升天轮两侧，出绳方向与提升钢丝绳一致，尽可能少设导向轮，必要时可在天轮平台边梁下面出绳。
布置天轮梁时应使天轮梁中心线与天轮轴承中心线垂直，与天轮平台中心线平行布置，尽量采用通梁或相邻两个天轮共用一根支撑梁，以减少天轮梁数量。
悬吊钢丝绳与天轮平台构建的间隙应不小于50毫米，天轮与天轮平台各构件间应不小于60毫米。
天轮布置应使井架受力基本平衡，标准亭式凿井井架可采用两面或四面布置，但是无论采用哪种布置方式，各钢丝绳作用在井架上的荷载不许超过井架设计承载能力。
3）井内各施工盘、台的布置
井内各盘的布置包括盘的梁格和孔口布置及盘面上施工设施的布置等，布置时可参考下列要求进行：
吊盘圈梁一般为闭合圆弧梁，吊盘主梁（吊盘悬吊钢丝绳的生根梁），必须为一根完整的钢梁，一般与提升中心线平行，两梁尽量对称布置。盘梁的具体位置，应按吊桶、吊泵、安全梯和管线的位置及其通过孔口大小来确定，并结合盘面上的抓岩机、吊盘撑紧装置等施工设施的布置一并考虑。
吊盘绳的悬吊点一般对称布置，尽量避开井内罐道和罐梁的位置，以免井筒安装时重新改装吊盘，吊盘各悬吊梁之间及其与固定盘，封口盘各梁之间均需错开一定间距，严禁设备的钢丝绳在各盘、台受荷载的梁上穿孔通过。
吊盘上必须设置井筒中心测量孔，其规格为200毫米乘200毫米，吊盘采用单绳集中悬吊时，悬吊钢丝绳应离开井筒中心250到400毫米
吊盘上安置的各种施工设施应均匀分布，使得各吊盘绳承受荷载能大致相等，并保持吊盘的平稳。
采用伞钻打眼时，为将伞钻置于井筒中心固定，吊盘上应留有宽100毫米，提升散钻钢丝绳的移位孔。
中心回转式抓岩机的回转机构，底座要安装在吊盘的两根钢梁上，两根钢梁内侧边距应符合安装要求。
吊盘的突出部分与永久井壁或模板之间的间隙，各盘口，喇叭口，井盖口，卸矸门与吊桶最突出部分之间的间隙，以及其与滑架之间的间隙，都必须满足相关规范规定的要求。吊桶喇叭口直径除满足吊桶安全升降外，还应满足伞钻等大型凿井设备安全的通过。吊盘下层盘底喇叭口外缘与中心回转式抓岩机臂杆之间应留有100到200毫米的安全间隙，以免相碰或影响抓岩机的抓岩范围。
吊泵通过各盘孔口时，周围的安全间隙，安全梯孔口的安全间隙，风筒管路及绳卡等，通过各盘孔口时的安全间隙，都必须满足有关规定的要求。
封口盘、吊盘各孔口、活动门板在不用时应有可靠的封闭措施，以免杂物坠落伤人
4）提升机及凿井绞车的布置
提升机的布置应适应凿井和开巷两个施工阶段的需要，且不影响永久提升机房及地面永久生产系统的施工。提升机的位置应使提升钢丝绳的弦长、绳偏角、出绳仰角三项技术参数值，符合相关规定。钢丝绳最大弦长不超过60米，最大偏角不超过1度30分。出绳仰角不小于30度
凿井绞车的布置，应使得凿井井架的受力相对均衡。同侧凿井绞车拟集中布置。凿井绞车的位置，应满足钢丝绳弦长、绳偏角和出绳仰角的规定：JZ系列凿井绞车钢丝绳最大弦长不超过55米，最大偏角不超过两度，出绳仰角无规定。悬吊安全梯用的凿井绞车，应采用双回路供电或双动力模式。双回路供电时，其中的一回路应直接由变电所馈出。