提升与悬吊

4　立井施工

本章导读：

立井，又称竖井，是地下工程中的常见工程，山岭隧道、水电工程、城市地铁等市政工程、水利工程、矿山工程以及军事国防工程等都离不开立井的使用和施工。因此，学习和掌握立井的施工技术是非常重要的。

●主要教学内容：立井表土段、基岩段施工工艺，立井施工过程中装岩、排矸、提升和悬吊等所用设备，立井井筒的支护结构及施工方法，凿井设备布置。

●教学基本要求：熟悉立井施工的基本工艺；掌握立井表土段、基岩段施工工艺；了解装岩与排矸、提升与悬吊等所用设备；掌握立井井筒的支护结构及施工方法；了解凿井设备布置方案。

●教学重点：立井表土段、基岩段施工工艺，立井井筒的支护结构及施工方法。

●教学难点：设备的选型、凿井设备布置。

●网络资讯：网站：www. tdbmc.com，www.ccmcgc.com，www.zmjsjt.com.cn。关键词：立井井筒，隧道竖井，立井施工；抓岩机，凿井提升机，井筒施工设备布置。

4.1　立井施工的基本工艺

立井井筒多为圆形。井筒的支护（又称衬砌）形式根据其用途和服务年限不同，可采用砖石结构、混凝土或钢筋混凝土结构。大型工程多采用钢筋混凝土结构。

立井正式掘进之前，需先在井口安装凿井井架，在井架上安装天轮平台和卸矸平台。同时进行井筒锁口施工，安设封口盘、固定盘和吊盘。另外，在井口四周安装凿井提升机、凿井绞车，建造压风机房、通风机房和混凝土搅拌站等辅助生产车间。待一切准备工作完成后，即可进行井筒的正式掘进工作。立井施工的总体设施布置与工艺如图4.1所示。

图4.1　立井施工概貌（混合作业）
1—天轮；2—凿井井架；3—卸矸平台；4—排水管；5—混凝土搅拌机；6—封口盘；7—井盖门； 8—混凝土输送管；9—固定盘；10—吊盘上层盘；11—中心回转抓岩机；12—吊盘下层盘； 13—吊泵；14—吸水笼头；15—抓岩机抓斗；16—局部通风机；17—空气压缩机房； 18—提升机房；19—卸矸溜槽；20—凿井稳车；21—轻便轨道；22—矿车；23—滑架与保护伞； 24—稳绳；25—提升钩头；26—吊盘叉绳；27—吊盘连接立柱；28—喇叭口；29—压气管； 30—风筒；31—模板悬吊绳；32—金属整体移动模板；33—吊桶

立井是垂直向下掘进的，为施工服务的大量设备、管线等都要悬挂在井筒内，且随工作面的推进而逐步下放或接长。立井施工的一般顺序是：由上向下掘进，当井筒掘够一定深度（一个段高）后，再利用井内吊盘，由下向上砌壁，掘进和砌壁交替进行。根据掘砌作业方式的不同，拆模、立模、浇灌混凝土等砌壁工作可在掘进工作面或吊盘上进行。混凝土在地面井口搅拌站配制，经混凝土输送管或底卸式吊桶送至砌壁作业地点。当该段井筒砌好后，再转入下段井筒的掘进作业，依此循环直至井筒最终深度。

立井掘砌作业方式，根据掘进和支护的时间和空间不同，可分为掘砌单行作业、掘砌平行作业和短段掘砌混合作业三种。单行作业是将井筒划分为若干段高（通常在30 m以上，甚至百米），由上向下逐段施工，在同一段高内先掘后砌，掘进时一般需要进行锚喷临时支护。平行作业是在井筒内同时进行掘进和衬砌工作，衬砌在掘进工作面上方的吊盘上进行。短段掘砌混合作业是在较小的段高内（2～5 m），掘进后立即进行永久衬砌工作，不设临时支护。为便于施工，爆破后矸石暂不全部清除，留下部分矸石待衬砌结束后再清除。衬砌时，立模、稳模和浇筑混凝土工作都在浮矸上进行。由于平行作业需要施工人员多、设备多、施工管理复杂、安全性差，目前广泛采用的是短段掘砌混合作业，其次是掘砌单行作业。短段掘砌混合作业的特点是将掘进和衬砌纳入了一个掘进循环内；出渣和衬砌多为单行作业，根据情况也可部分平行作业；取消了临时支护，简化了施工工序，节省了支护材料和时间；围岩可及时封闭，改善了作业条件，保证了施工安全。

在具有第四纪冲积层的地域开凿立井时，立井可能完全坐落于表土层中，也可能穿过表土与基岩两个部分。表土稳定时可采用普通的人工挖掘施工，表土松软、稳定性较差时须采用特殊凿井方法（钻井、沉井）或特殊工法（注浆法、冻结法、帷幕法等）。基岩部分目前仍以钻眼爆破法施工为主。

4.2　表土施工

一般将覆盖于基岩之上的第四纪冲积层和岩石风化带统称为表土层。由于表土层土质松软、稳定性差、变化大，含水量一般比较丰富；又因接近地表，直接承受井口构筑物的荷载，故施工较为困难。

4.2.1　锁口施工

在井筒进入正常施工之前，不论采用哪一种施工方法，都应先砌筑锁口，用以固定井筒位置、铺设井盖、封严井口和吊挂临时支架或井壁。

根据使用期限，锁口分临时锁口和永久锁口两类。临时锁口由井口临时井壁（锁口圈）和封口框架所组成。由于临时锁口在后期砌筑永久井壁时还将拆除，故常用砖石或砌块砌筑而成，大型井筒多用混凝土构筑。永久锁口是完全按照井筒设计构筑井口段永久井壁，再根据施工需要安装临时封口框架。临时锁口的深度一般为2～3 m，永久锁口视井筒设计而定。锁口框可用钢梁（?20～?45）铺设于锁口圈上，或独立架于井口附近的基础上。

整个临时锁口除要求有足够的强度外，还应注意下列几点：

①临时锁口的标高尽量与永久井口标高一致，以防洪水进入井内。

②锁口框架的位置，应避开井内测量中、边线位置。

③锁口梁下面采用方木或砖石铺垫时，其铺设面积应根据表土抗压强度确定。

④锁口应尽量避开雨季施工，为防止地表水进入井内，除要求锁口圈能防水封闭外，可在井口周围砌筑排水沟或挡水墙。

⑤需采用冻结法施工表土或需采用大型井架施工时，锁口设计与布置应注意与冻结沟槽及井架基础的位置统筹考虑。

4.2.2　掘砌方法

1）井帮围护方法

在井筒所穿过的土层稳定、含水量小、井筒挖掘井帮能够自立时，可不专门采取其他围护方法，只要缩小挖掘段高，及时进行衬砌即可。否则，应采取下列措施，保证施工安全。

（1）降低水位法

在工程开挖时，采用工作面超前小井或降水钻孔来降低水位。即在小井中用水泵抽水，使周围形成降水漏斗，使开挖区变为水位下降的疏干区，以增加开挖土层的稳定性。

（2）板桩法

对于厚度不大的表土层，在开挖之前，可先用人工或打桩机在工作面或地面沿井筒荒径依次打入一圈板桩，形成一个四周密封圆筒，用以支承井壁，并在其保护下进行井筒掘进。

板桩材料有木材和金属两种。金属板桩常用槽钢相互正反扣合相接；木板桩是用坚韧的松木或柞木制成，彼此采用尖形接榫。根据板桩入土的难易程度可逐次单块打入，也可多块并成一组，分组打入。板桩的桩尖做成一边带圆弧的尖形，这样易于插入土中，又使其互相紧密靠拢。为防止劈裂，桩尖与桩顶可包铁皮保护。根据板桩插入土层的方向不同，板桩法又分直板桩和斜板桩两种，如图4.2和图4.3所示。

图4.2　地面直板桩
1—外导圈；2—内导圈；3—板桩；4—打桩机；5—轨道

图4.3　斜板桩
1—导向圈；2—中间导向圈；
3—副导向圈；4—斜板桩

（3）井圈背板法

该法类似于斜板桩法，只是它不需打入，而是先在工作面架好槽钢井圈，然后向井圈后插入木板（又叫背板）作临时支护。每掘进一段井筒（1～1.5 m），便架设一道井圈和背板。掘进一定高度后（一般不超过30 m），再由下向上拆除井圈、背板，砌筑永久井壁。这种方法适用于较稳定的土层。

（4）冻结法

在井筒开挖范围之外，沿井筒四周布置冻结管，对地层进行冻结，待冻土形成一定厚度时再进行开挖。这种方法在矿山立井表土施工中广泛使用，近年来，在我国市政工程中也得到了较多的推广应用。冻结法具体内容见本书第9章。

（5）其他方法

其他围护方法还有混凝土帷幕（地下连续墙）法、注浆法、搅拌桩法等，它们在城市地下工程的立井中得到较多应用。注浆法的详细内容见本书第9章。

2）井筒挖掘方法

设置有井盖（封口盘）的立井，一般用人工使用铁铲挖掘和装土，土质较硬时用风镐挖掘、人工装土，土质较松软时也可用抓岩机挖掘和装土。

表土施工一般采用短段掘砌施工方法。为保持土的稳定性，减少土壁裸露时间，段高一般取0.5～1.5 m。按土层条件，分别采用台阶式或分段分块，并配以超前小井降低水位的挖掘方法（图4.4）。

图4.4　表土施工挖土方法
1—水窝；2，3—开挖顺序；4—环形集水沟槽

3）井壁砌筑方法

表土段一般采用短段掘砌法，即挖掘一定高度便进行砌筑井壁。施工时，首先将工作面整平，然后绑扎钢筋，架立模板和浇筑混凝土。当采用素混凝土井壁时，在上段井壁砌好后，下部土被挖去，井壁就会处于悬空状态，为防止因混凝土强度不够或混凝土与井帮间的摩擦力不够而使井壁发生环向拉开裂缝或沿井帮下滑，应采用吊挂井壁法施工（图4.5），即在井壁中专门设置用于吊挂井壁的钢筋，钢筋的下端为圆环，上端为钩子。井壁砌筑时将钢筋的钩子挂到上段井壁预埋的钢筋环上，下端插入刃脚模板下方，然后浇筑混凝土。

吊挂井壁法使用的设备简单，施工安全。但它的工序转换频繁，井壁接茬多，封水性差。在表土层较厚、采用冻结法施工时，通常在整个表土层外层井壁砌筑完成后，需再由下向上套砌第二层井壁，形成双层井壁结构。

4.2.3　提升方法

按表土性质、埋深和设备条件，表土施工的提升方法有下列几种：

（1）汽车起重机提升

汽车起重机是移动式的提升设备，机动灵活，不必另立井架，井口布置简单。但它提升能力小，只能用于浅部的表土施工，常配以0.5～1 m3的小吊桶或小土斗，适用于深度不超过30 m的井筒施工。

图4.5　吊挂井壁全断面一次施工
1—接茬板；2—井圈；3—金属模板；4—钢筋棒；5—吊挂钢筋；6—托盘

（2）简易龙门架提升

龙门架是由立柱和横梁组成的门式框架（图4.6），由于它的跨度可加大，对不同的井筒直径有较大的适应性。它结构简单，组装拆卸方便，配以凿井绞车和1.5～2 m3的吊桶，可用于深度不超过40 m的表土施工以及城市市政工程的浅井施工。

图4.6　龙门架
1—槽钢；2—工字钢横梁；3—连接钢板；4—钢管立柱；5—开式索具螺丝扣；6—锚注桩；7—天轮；8—连接板

（3）矩形框架式井架提升

地铁隧道采用矿山法施工时，一般需专门设置提升竖井。由于竖井的断面为矩形，故多用矩形框架式井架。南京地铁某区间隧道施工的立井净尺寸为6.0×4.6 m，使用的井架形式如图4.7所示。井架立柱为φ325×10mm钢管，横梁及行车梁为?45工字钢，纵梁为?25工字钢，斜撑为?16槽钢。提升用3只10 t的电动葫芦，其中2只用于提土，1只用于辅助提升。土斗容积为1.5～2.0 m3。

（4）直接利用标准凿井井架和凿井专用设备提升

这种方式所选用的提升设备与基岩施工相同。虽然开始安装所需时间较长，但可直接用于基岩施工，不必再更换提升设备。这种提升方法的提升悬吊能力大、安全，有利于快速施工，矿山、山岭隧道多使用这种提升方式。

（5）先用简易设备、后改用凿井专用设备的提升

当土层稳定性差，井筒施工时可能会出现地表沉陷；又因土层较厚，简易提升设备无法施工全深；或因设备到货及安装滞后，均可采用本方法。

图4.7　矩形框架式井架

（6）直接利用永久井架及永久提升设备提升

这种情况仅适用于矿山施工。当井口土层条件允许、永久设备又能及时到货时，可一次安装永久井架，利用永久提升机进行表土施工。它可省去临时设备、设施改装时间，缩短施工期。

4.3　基岩钻眼爆破施工

当井筒穿过坚硬土层及岩层时，一般采用钻眼爆破方法。为提高爆破效果，应根据岩层的具体条件，正确选择钻眼设备和爆破器材，合理确定爆破参数，以及采用先进的操作技术。

4.3.1　钻眼工作

1）钻眼机具的选择

（1）手持式凿岩机

手持式凿岩机没有气腿支撑，装备简单，易于操作，小型立井中较多采用。用它钻凿孔径39～46 mm、孔深2 m左右的炮眼效果较好，如加大加深眼孔，钻速将显著降低。为缩短每循环的钻眼时间，可增加凿岩机同时作业台数，一般工作面每2～4 m2布置一台。手持式凿岩机打眼速度慢，劳动强度大，硬岩中打深眼困难，故只适用于断面较小、岩石不很坚硬的浅眼施工。

（2）伞形钻架

伞形钻架是由钻架和重型高频凿岩机组成的风液联动导轨式凿岩机具（图4.8）。利用伞钻打眼，机械化程度高、钻速快、一次行程大，钻眼工序的总时间可缩短，对深度3 m以上的中深孔及深孔爆破尤为适用。钻架由中央立柱、支撑臂、动臂、推进器、操纵阀、液压与风动系统等组成。为适应不同直径的井筒，伞钻上装备有不同数量的钻臂，常用为4、5、6、9臂。

打眼时，用提升机将伞钻从井口送入井底工作面，垂直坐落工作面中心的钻座上，撑开支撑臂将伞钻撑紧于井壁上，接上风、水管，即可开始打眼。打眼结束后，先收拢动臂，然后收回、收拢支撑臂，关闭总风、水阀，拆下风水管路，捆牢后提至地面，吊挂在井口棚内的井架卸矸平台梁上。

2）供风、供水

立井施工时，压风和水是通过并列吊挂在井内的压风管（φ150 mm钢管）和供水管（φ50 mm钢管）由地面送至吊盘上方，然后经三通、高压软管、分风（水）器和胶皮软管将风、水引入各风动机具。工作面的软管与分风（水）器均用钢丝绳悬吊于吊盘上的气动绞车上，放炮时提至安全高度。

图4.8　FJD-6型伞形钻架
1—吊环；2—支撑臂轴缸；3—升降油缸；4—顶盘；5—立柱钢管；6—液压阀；7—调高器；8—调高器油缸；9—活顶尖；10—底座；11—操纵阀组；12—风马达、油缸；13—滑轮；14—YGZ-70型凿岩机；15—滑道；16—推进风马达；17—动臂油缸；18—升降油缸；19—动臂

4.3.2　爆破工作

1）爆破参数

目前，对爆破各参数还没有确切的理论计算方法，设计时可根据具体条件采用工程类比法，并辅以一定的经验计算公式，初选各爆破参数值，然后在施工中不断改进，逐步完善。

（1）炮眼深度

炮眼按深度分为浅眼（<2 m）、中深眼（2～3.5 m）和深眼（> 3.5 m）。采用手持式凿岩机时，一般眼深以2 m左右为宜；若采用伞钻，能顺利钻凿3.5～4 m的深眼，如接钎钻进，改进排粉能力，炮眼还可以加深至5 m。

（2）炮眼直径

用手持式凿岩机钻眼，采用标准直径φ32～35 mm药卷时，炮眼直径常为38～43 mm。近年来，随着钻眼机械化程度的提高，眼深的加大，小直径炮眼已不能适应需要，必须采用更大直径的药卷和眼孔。目前，在深眼中已采用55 mm的眼径，并取得了良好的爆破效果。

（3）炸药的选择

炸药主要根据岩石坚固性、涌水量、瓦斯和眼深等因素来选定。目前多使用岩石铵梯炸药和水胶炸药。岩石铵梯炸药属中威力炸药，由于密度小，常用于浅孔无瓦斯岩层或光面爆破的周边眼中。水胶炸药抗水性好、密度大、威力高，用雷管直接起爆，效果良好，比较适用于中深孔爆破和硬岩爆破。

（4）单位炸药消耗量

单位炸药消耗量是指爆破每立方米实体岩石所需的炸药量。它是决定爆破效果的重要参数。装药过少，爆破后岩石块度大、井筒成型差、炮眼利用率低；药量过大，既浪费炸药，又有可能崩坏设备，破坏围岩稳定性，造成大量超挖。

目前尚无计算单位炸药消耗量的理论公式，不同行业都有各自的炸药消耗指标，煤矿立井预算定额消耗量指标见表4.1。

表4.1　煤矿立井基岩掘进炸药消耗量定额　　　　单位：kg／m3原岩

注：①根据2000年颁发《煤炭建设井巷工程基础定额》（99统一基价）整理；
②炸药为水胶炸药；
③涌水量调整系数：≤5 m3／h时不调整，≤10 m3／h时为1.05，≤20 m3／h时为1.14。

2）炮眼布置

井筒通常多为圆形断面，炮眼采用同心圆布置。与巷（隧）道相同，立井的炮眼也分为掏槽眼、崩落眼和周边眼三类。

（1）掏槽眼

掏槽眼是在一个自由面条件下起爆的，是整个爆破的难点，应布置在最易钻眼爆破的位置上。在均匀岩层中，可布置在井筒中心；在急倾斜岩层中，应布置在靠井中心岩层倾斜的下方。常用的掏槽方式有斜眼和直眼两种，如图4.9所示。

在斜眼掏槽情况下，掏槽眼倾角（与工作面的夹角）一般为70°～80°，眼孔比其他眼深200～300mm，各眼底间的距离不得小于200mm，各炮眼严禁相交。这种掏槽方式，因打斜眼而受井筒断面大小的限制，炮眼的角度不易控制，但它破碎和抛掷岩石较易。为防止崩坏井内设备，常常增加中心空眼，其眼深为掏槽眼的1／2～1／3，用以增加岩体碎胀补偿空间，集聚和导向爆破应力。

在直眼掏槽情况下，炮眼布置圈径一般为1.2～1.8 m，眼数为4～7个，由于打直眼，易实现机械化，岩石抛掷高度也小，如要改变循环进尺，只需变化眼深，不必重新设计掏槽方式。但在中硬以上岩层中进行深孔爆破时，往往受岩石的夹制，难于保证良好效果。为此，除选用高威力炸药和加大药量外，可采用二阶或三阶掏槽，即布置多圈掏槽，并按圈分次爆破，相邻每圈间距为200～300 mm，由里向外逐圈扩大加深。由于分阶掏槽圈距较小，炮眼中的装药顶端应低于先爆眼底位置，并要填塞较长的炮泥，以提高爆破效果。

图4.9　掏槽方式

（2）周边眼

周边眼要按照光面爆破要求布置，孔口位于井筒设计掘进轮廓线上，眼距为400～600 mm。为便于打眼，眼孔略向外倾斜，眼底偏出轮廓线50～100 mm，爆破后井帮沿纵向略呈锯齿形。

（3）崩落眼

崩落眼介入掏槽眼与周边眼之间，可多圈布置，其最外圈与周边眼的距离要满足光爆层要求，一般以500～700 mm为宜，炮眼密集系数为0.8～1。其余崩落眼圈距取0.6～1 m，按同心圆布置，眼距为800～1200 mm。

3）装药结构与起爆技术

合理的装药结构和可靠的起爆技术，应使药卷按时序准确无误起爆，爆轰稳定，完全传爆，不产生瞎炮和残炮，并要求装药连线操作简单、迅速和可靠。

（1）传爆方向和炮泥封口

在普通小直径浅眼爆破中，常采用将雷管及炸药的聚能穴向上、引药置于眼底（或倒数第二个）的反向爆破，以增强爆炸应力，增加应力作用时间和底部岩石的作用力，提高爆破效果。眼口要用黄泥卷或黄沙封堵。

为加快装药速度和防水，可将药卷两端各套一乳胶防水套，并装在长塑料防水袋中，一次装入炮眼；也可用薄壁塑料管，装入炸药和雷管，做成爆炸缆，一次装入炮眼。

（2）起爆方法和时序

在深度小的炮眼中，药卷均采用电雷管起爆。对于深孔爆破，现多采用导爆索雷管起爆。

立井爆破由里向外、逐圈分次起爆，它们的时差应有利于获得最佳爆破效果和最少的有害作用。对于掏槽眼和崩落眼，间隔时间一般为25～50 ms；对周边眼，间隔时间取100～150 ms。有沼气的工作面，总起爆延期时间不得超过130 ms。

（3）电爆网路

电爆网路指由起爆电源、放炮母线、连接线和电雷管所组成的电力起爆系统。

由于井筒断面较大，炮眼多，工作条件较差，为保证稳定起爆，连线方式一般不用串联，而用并联或串并联。并联网路需要大的电能，故一般采用220 V或380 V的交流电源起爆。

立井使用的爆破网路如图4.10所示，其中闭合反向并联方式可使各雷管的电流分配较为均匀，故采用较多。

图4.10　并联爆破网络图

放炮母线的断面采用10～16 mm2，吊盘下的一段母线断面不小于3～6 mm2。连接线可采用裸露铝线或铁线，并用木桩架高，防止水浸，以保证每个雷管均能获得必要的准爆电流。

4）爆破图表

立井爆破图表的形式和内容与平巷相同，典型的爆破实例如图4.11、表4.2和表4.3所示。

图4.11　立井炮眼布置图

表4.2　爆破参数表

表4.3　爆破条件与技术经济指标表

4.4　装岩与排矸

装岩排矸是立井掘进循环中最重要的一项工作，消耗工时最长，通常要占掘进循环时间的50%左右。因此要合理选择装岩设备，并与其他设备合理配套，形成机械化作业线。

4.4.1　抓岩机械

立井使用的抓岩机有中心回转式、环行轨道式、钢丝绳悬吊式等。在操作方式上抓岩机有机械化操作和人力操作两种，抓斗容积为0.11～0.6 m3，国外有的达到1.0 m3。所有抓岩机均以压缩空气作为动力。目前使用最多的是中心回转式抓岩机。

1）中心回转抓岩机（HZ型）

中心回转抓岩机有HZ-4（抓斗容积为0.4 m3）和HZ-6（抓斗容积为0.6 m3）两种型号，直接固定在凿井吊盘上，机组由一名司机操纵。全机由抓斗、提升机构、回转机构、变幅机构、固定装置和机架等部件组成，如图4.12所示。

装岩时靠抓斗上的抓片张合抓取岩石。悬吊抓斗的钢丝绳一端固定在臂杆上，另一端经动滑轮引入臂杆两端的定滑轮，并通过机架导向轮缠至卷筒。司机室设在下部机架上，司机在司机室控制抓斗的升降和张合。回转机构固定在吊盘的钢梁上，整机可作360°回转，使抓斗在工作面任意角度工作。径向不同位置的抓岩靠臂杆的升降实现。这种抓岩机机械化程度高、生产能力大、动力单一、操作灵便、结构合理、运转可靠。一般适用井径为4～6m，与2～3m3吊桶配套使用较为适宜。

2）环行轨道抓岩机（HH型）

环行轨道抓岩机是一种斗容为0.6 m3的大抓岩机，有单抓斗和双抓斗两种，型号为HH-6 和2HH-6。抓岩机直接固定在凿井吊盘下层盘的底面上，掘进过程中随吊盘一起升降。机器由一名（双抓斗两名）司机操作，抓斗能作径向和环行运动。全机由抓斗、提升机构、径向移动机构、环行机构、中心回转装置、撑紧装置和司机室组成，如图4.13所示。

图4.12　中心回转抓岩机
1—抓斗；2—钢丝绳；3—臂杆；4—吊盘；5—提升机构；6—回转机构；7—变幅机构；8—机架；9—司机室；10—变幅推力油缸

图4.13　环行轨道抓岩机
1—钢丝绳；2—行走小车；3—中心回转机构；4—下层吊盘；5—吊桶通过孔；6—环形轨道行走机构；7—环形小车；8—行车横梁；9—司机室；10—供压气胶管；11—抓斗

抓岩机的径向移动由悬梁上的行走小车实现，环向移动由环行轨道和环行小车实现。环行轨道用螺栓固定在凿井吊盘下层盘的圈梁上。中心回转轴固定在通过吊盘中心的主梁上，用于连接抓岩机和吊盘。回转轴下端嵌挂悬梁，为悬梁的回转中心。回转中心留有直径为160 mm的空腔作为测量孔。

环行轨道抓岩机一般适用于大型井筒，当井筒净直径为5～6.5 m时，可选用单斗HH-6型抓岩机；井筒净直径大于7 m时，宜选用双斗2HH-6型抓岩机，与3～4 m3吊桶配套。

3）钢丝绳悬吊式抓岩机（HS型）

根据抓岩机悬吊装置的位置不同，有长绳悬吊和短绳悬吊两种。前者由地面小绞车悬吊，以HS-6型（抓斗容积0.6 m3）使用较多；后者由设置在吊盘上的小绞车悬吊，有HS-2型（抓斗容积0.2 m3）和NZQ2-0.11型（抓斗容积0.11 m3）两种，比较适合于深度不大或直径较小的井筒。悬吊式抓岩机需要人工在工作面牵制抓斗的运行，故劳动强度较大。

4.4.2　排矸

立井掘进时，矸石吊桶提至卸矸台后，通过翻矸装置将矸石卸出，矸石经过溜矸槽或矸石仓卸入自翻汽车或矿车上，然后运往排矸场。

1）翻矸方式

翻矸方式有人工翻矸和自动翻矸两种。自动翻矸多用座钩式。

人工翻矸方式如图4.14所示。吊桶提至翻矸水平，关闭卸矸门，人工将翻矸吊钩挂住桶底铁环，下放提升钢丝绳，吊桶随之倾倒卸矸。这种翻矸方式提升休止时间长，速度慢，效率低，用人多，吊桶摆动大，矸石易倒在平台上，不安全。

座钩式翻矸方式如图4.15所示。它由钩子、托梁、支架和底部带有中心圆孔的吊桶组成。其工作原理是：矸石吊桶提过卸矸台后，关上卸矸门，这时，由于钩子和托梁系统的重力作用，钩尖保持铅垂状态，并处在提升中心线上，钩身向上翘起与水平呈20°角；吊桶下落时，首先碰到尾架并将尾架下压，使钩尖进入桶底中心孔内。由于托梁的转轴中心偏离提升中心线200 mm，放松提升钢丝绳时，吊桶借偏心作用开始倾倒并稍微向前滑动，直到钩头钩住桶底中心孔边缘钢圈为止，继续松绳，吊桶翻转卸矸；提起吊桶，钩子借自重复位。这种翻矸方式具有操作时间短、构造简单、加工安装方便、工作安全可靠等优点，故使用广泛。

图4.14　挂钩式翻矸方式
1—溜矸槽；2—提升绳；3—吊桶；4—吊钩；5—卸矸门；6—卸矸平台

图4.15　座钩式自动翻矸装置
1—吊桶；2—座钩；3—托梁；4—支架；5—卸矸门

2）储矸与运矸

矸石的运输方式有矿车和自卸汽车两种，现在多采用自卸汽车运矸。采用矿车运矸时，一般以井架的溜矸槽作为贮矸仓。随着立井施工机械化程度的不断提高，吊桶容积不断增大，装岩出矸能力明显增加，溜矸槽的容量已满足不了快速排矸的要求。因此，现在较普遍地采用落地式卸矸，即将矸石直接溜放到地面上，然后用铲车装自卸汽车运到弃矸（渣）场。

4.5　提升与悬吊

开凿立井时，为了排除井筒工作面的积矸、下放器材、设备以及提放作业人员，应在井内设置提升与悬吊系统。提升系统包括提升容器、钩头连接装置、钢丝绳、天轮、提升机以及提升所必备的导向稳绳和滑架等。悬吊系统用于悬挂吊盘、砌壁模板、安全梯、吊泵和一系列管路缆线，由钢丝绳、天轮及凿井绞车等组成。

立井开凿时的基本提升方式有单钩和双钩两种。单钩提升时，提升机使用一个工作卷筒和一个终端荷载；而双钩提升时，提升机的主轴上使用两个工作卷筒，并各设一个终端荷载，只是两荷载的提升方向相反。根据单、双钩的不同配置，又有一套单钩提升、一套双钩提升、两套单钩提升、一套单钩提升加一套双钩提升等多种具体的提升方式。

4.5.1　凿井井架

凿井井架是专为凿井提升及悬吊掘进设备而设立的。我国凿井时大都采用亭式钢管井架（图4.16），这种井架的四面具有相同的稳定性，天轮及地面提绞设备可以在井架四周布置。这种井架已有标准型号产品，目前分有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅲg、Ⅳ、Ⅳg、Ⅴ等5种型号7个品种（表4.4），使用时需根据井筒的直径、深度以及是否采用伞形钻架钻眼等情况选择。

图4.16　亭式凿井井架

表4.4　凿井井架技术特征及适用条件

4.5.2　矸石吊桶

矸石吊桶是立井施工提升矸石、升降人员和提放

物料的容器，井内涌水量小于6 m3／h时，还可用于排水。根据卸矸方式不同，矸石吊桶分挂钩式和座钩式两种。按其容积大小，挂钩式有0.5、1.0、1.5、2.0 m3等几种，座钩式（参见图4.15）有2、3、4、5 m3等几种。吊桶的容积按下式选择：

根据计算的V T选择标准吊桶容积V TB，并使V TB≥V T。

计算初选的吊桶容积只有在井筒断面布置校核后方可确认。当井内布置困难时，应重新选择。在确定吊桶的容积及数量时应与提升方式结合考虑。

4.5.3　钢丝绳

钢丝绳是凿井提升及悬吊系统的主要组成部分。钢丝绳由若干股绳股围绕绳芯捻制而成，绳股又用一定数量的细钢丝捻成。钢丝的抗拉强度分为1 372、1 519、1 666、1 813、1 960 MPa等多种。钢丝绳按绳股捻制方向分右捻和左捻两种。绳股中钢丝的捻向可与绳股捻向一致，也可相反。当捻向一致时称为同向捻（顺捻）钢丝绳，反之称为交互捻（逆捻）钢丝绳。由于同向捻容易松捻和打转，提升和悬吊绳应采用交互捻钢丝绳。当交互捻钢丝绳用于双绳悬吊设备时，选用的两根钢丝绳其捻向必须相反。

凿井用钢丝绳多选用6×7（6股，每股7丝）、6×19、6×37型。6×7型与6×19型两种钢丝绳相比，前者钢丝粗且耐磨，往往用作稳绳；后者比较柔软，可用作提升和悬吊设备，有时也用做稳绳。当需用较大直径的钢丝绳作提升绳时，应选用6×37型钢丝绳。为消除钢丝绳负载后的绕轴线旋转问题，提升和单绳悬吊设备的钢丝绳应选用多层股（不旋转）钢丝绳，常用的有18×7型和34×7型两种规格。

钢丝绳直径根据提升或悬吊的最大终端荷载，按下式计算：

根据计算的P s值，从钢丝绳规格表中选取与计算值接近且稍大的标准钢丝绳每米质量P sb，由P sb查出标准钢丝绳直径d s和钢丝直径δ。

4.5.4　提升机

提升机主要用于施工时提升人员、设备和材料等。用于立井施工的提升机为缠绕式滚筒提升绞车，如图4.17所示。提升机的类型分为普通矿用提升机（JK系列）和凿井矿用提升机（JKZ系列）。

图4.17　JK型双卷筒提升机
1—电动机；2—减速器；3—主轴轴承；4—主轴；5—固定卷筒；6—活动卷筒；7—操纵台；8—液压站；9—盘式闸；10—润滑油站；11—深度指示器传动装置；12—深度指示盘

提升机按卷筒的数量分单卷筒和双卷筒，单钩提升时可选用单卷筒或双卷筒提升机，双钩提升时需选用双卷筒提升机。对于拟将服务于水平坑道施工的井筒，由于水平坑道施工时一般需换用罐笼提升，故在开凿井筒时不论是单钩还是双钩提升，都应配置一台双滚筒提升机。

滚筒直径根据提升钢丝绳直径d s（单位为mm）、钢丝绳中最粗钢丝直径δ（单位为mm）计算，即：

D T≥60d s　　　D T≥900δ　（4.3）

计算后按其中较大者确定提升机滚筒的最小直径。根据所需要的提升高度、提升机卷筒数和最小卷筒直径，可初步选出提升机的型号。凿井用提升机的型号很多，可从有关手册中查阅或通过网络查询获得。

为保证提升机有足够的强度，还应校核提升机主轴和滚筒所能承受的最大静张力F J和提升机减速器所能承受的最大静张力差F Jc：

当上列不等式成立时，提升机满足要求。采用单滚筒提升机作单钩提升时，可不检验最大静张力差；当采用双卷筒提升机作单钩提升时，应视提升机的最大静张力差为最大静张力。

4.5.5　凿井绞车

凿井绞车用于悬吊井内的设备和拉紧稳绳，分单卷筒和双卷筒两种，前者用于单绳悬吊，后者用于双绳悬吊。采用双绳悬吊的设备也可用两台单卷筒凿井绞车悬吊。绞车能力是根据允许的钢丝绳最大静张力来标定的，因此在选凿井绞车时，除了考虑设备的悬吊方式外，应使悬吊的终端荷载与钢丝绳自重之和不超过凿井绞车的最大静张力值。选用的凿井绞车的容绳量应大于井筒内悬吊高度的要求。例如JZ2-10／600型凿井绞车，其最大悬吊能力为10 t（最大静张力98 kN），卷筒容绳量为600 m；2JZ2-10／600型为双卷筒，总悬吊能力为20 t。

4.5.6　天轮

天轮分为提升天轮和悬吊天轮。悬吊天轮有单槽（一根轴上一个天轮）和双槽（一个轴上两只天轮）两类，当悬吊设备由双绳悬挂且绳距很近时，应尽可能选用双槽天轮。天轮的直径按下式计算（单位为mm），并按较大值选取标准直径的天轮：

提升天轮　D T≥60d s，　　　D T≥900δ　（4.6）

悬吊天轮　D T≥20d s，　　　D T≥300δ　（4.7）

4.6　井筒衬砌

井筒向下掘进一定深度后，便应及时进行永久支护工作（衬砌）。有时为了减少掘砌两大工序的转换次数和增强井壁的整体性，往往向下掘进一长段后（如掘砌单行作业方式），再进行砌壁，必要时还须进行临时支护。如采用短段掘砌混合作业则不需临时支护。

4.6.1　临时支护

立井施工时，一般临时支护与掘进工作面的空帮高度不超过2～4 m。由于它是一种临时性的防护措施，除要求结构牢固和稳定外，还应力求拆装迅速简便。

目前广泛采用锚喷作为临时支护，仅在无喷射设备的井筒、小型井筒或者围岩破碎作为局部处理措施时，才使用传统的井圈背板支护形式，如图4.18（a）所示。

立井使用锚喷作临时支护所使用的设备和操作程序与平洞基本相似，但喷层较薄（一般为50～70 mm）。同时，根据岩层的不同条件，还可采用喷砂浆或加锚杆和金属网等综合支护形式。喷射混凝土时，喷射机可安置在井内吊盘上，如图4.18（b）所示，也可安置在地面井口附近，拌和好的干料由压气经钢管送至井下，喷射在井帮上，如图4.18（c）所示。输送管路直径采用75～150 mm厚壁钢管。

图4.18　立井临时支护

对于节理裂隙发育会产生局部岩块掉落，或夹杂较多的松软填充物，或易风化潮解的松软岩层，以及其他各类破碎岩层，均可采用锚喷或锚喷网联合支护。锚杆直径一般为14～20 mm，长度一般为1.5～1.8 m，可呈梅花形布置，间距一般为0.5～1.5 m。

4.6.2　永久支护

基岩段永久支护主要为现浇素混凝土和锚喷支护两种形式。整体现浇混凝土井壁是较普遍采用的支护方式，锚喷支护一般在风井或者措施井等无提升设备的井筒中应用。

现浇混凝土井壁施工时先按井筒设计的内径立好模板，然后将地面搅拌好的混凝土通过管路或材料吊桶送至井下灌注入模。

1）混凝土模板

浇筑混凝土井壁的模板有多种。采用长段掘砌单行作业和平行作业时，多采用液压滑升模板或装配式金属模板；采用掘砌混合作业时，都采用金属整体移动式模板，它具有受力合理、结构刚度大、立模速度快、脱模方便、易于实现机械化等优点，故广泛应用。

（1）装配式金属模板

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。每圈模板由基本模板、斜口模板（2块）和楔形模板（1块）组成，如图4.19所示。斜口和楔形模板的作用是为了便于拆卸模板。每圈模板的块数根据井筒直径而定，但每块模板不宜过重（一般为60 kg左右），以便人工搬运安装，模板高一般为1 m。

这种模板可在掘进工作面爆破后的岩石堆上或空中吊盘上架设，不受砌壁段高的限制；可连续施工，且段高越大，整个井筒掘砌工序的倒换次数和井壁接茬越少。由于它使用可靠，易于操作，井壁成型好，使用较广泛。但它存在着立模、拆模费时，劳动强度大以及材料用量多等缺点。

图4.19　拆卸式金属模板
1—基本模板；2—斜口模板；3—楔形模板；4—接茬模板；5—底模板；6—接茬三角木板；7—连接螺钉

（2）伸缩式金属整体移动模板

伸缩式模板根据伸缩缝的数量，又分为单缝式、双缝式和三缝式模板。目前使用最为普遍的YJM型金属伸缩式模板结构，如图4.20所示。它由模板主体、刃脚、缩口模板和液压脱模装置等组成，其结构整体性好、几何变形小、径向收缩量均匀，采用同步增力单缝式脱模机构，使脱模、立模工作轻而易举。这种金属整体移动式模板用三根钢丝绳在地面用凿井绞车悬吊，立模时先将工作面整平，然后将模板从上段高井壁上放到预定位置，用伸缩装置将其撑开到设计尺寸并找正。浇筑混凝土时将混凝土直接通过浇筑口注入并进行振捣。模板的高度根据井筒围岩的稳定性和施工段高来决定，一般为3～4 m。

图4.20　伸缩式金属整体移动模板
1—模板主体；2—缩口模板；3—刃脚；4—液压脱模装置；5—悬吊装置；6—浇灌口；7—工作台板

为增加模板刚度，弧形模板环向用槽钢做骨架，纵向焊以加强肋。为改善井壁接茬质量，每块模板下部做成高200～300 mm的刃角，使上下相邻两段井壁间形成斜面接茬。上部设若干个浇灌门（间距为2 m左右），以便浇筑混凝土。利用这种模板可在工作面随掘随砌，不需要临时支护。

（3）整体液压滑升模板

液压滑模由模板、操作平台和提升机具三部分组成。滑升机具可为液压千斤顶、凿井绞车、丝杠千斤顶和电动葫芦等，用得较多的是液压千斤顶。施工时，在操作平台上不断地灌注混凝土，通过安设在提升架上的液压千斤顶，带动模板及操作平台一起沿爬杆（支承杆）向上爬升，如图4.21所示。

为便于捣固和滑升，砌筑开始先浇灌100 mm厚的砂浆或者骨料减半的混凝土，并按厚200～300 mm分层浇灌2～3层，总厚达700 mm左右时，开始试滑1～2个行程。然后浇灌一层，滑升150～200mm。正常施工时，必须严格分层对称灌筑，每层以300mm为宜，滑升间隔时间不超过1 h，并连续作业。如要停止灌筑混凝土，须每隔0.5～1 h滑升1～2个行程，直至模板脱离混凝土为止。

2）混凝土输送

现浇混凝土施工应尽可能实现储料、筛选、上料、计量和搅拌等工艺流程的机械化作业线。最好采用综合搅拌站，实现上料计量和搅拌机械一体化，生产率可达15 m3／h以上。

混凝土输送方式有溜灰管输送和底卸式材料吊桶输送两种。溜灰管输送如图4.22所示。图中缓冲器用于改变混凝土的运动方向，承受部分冲击力，以降低混凝土的出口速度。活节管是用薄铁板围焊成的锥形短管挂接而成，可弯曲，能随时摘挂短节调整长度，既方便又耐磨。溜灰管一般选用φ159 mm的无缝钢管。

图4.21　液压滑升模板示意图
1—液压千斤顶；2—爬杆（内爬式）；3—模板；4—提升架；5—操作平台

图4.22　溜灰管输送混凝土

为减少和防止堵管现象的发生，应严格按规定配比拌制混凝土；骨料粒径不宜超过40 mm；水灰比控制在0.6左右；坍落度不少于10～15 cm；尽量连续供料，满管输送。输送前，除用清水湿润管壁外，须先送砂浆，下料间隙超过15 min应用清水冲洗。此外，管路吊挂要垂直，连接处要对齐规整，井上下要加强信号联系，一旦发现堵管，应立即停止供料，迅速处理。

使用溜灰管输送时，井筒较浅时可直接入模，井筒较深（一般在300～400 m以上）时混凝土容易产生离析现象，此时应在吊盘上进行二次搅拌后再入模。

采用材料吊桶输送混凝土，能改善拌和料的离析现象，但它不能一次入模，必须把混凝土卸在吊盘上的分灰器内，经二次搅拌后入模，故其输送速度慢，并要占用井内提升设备，增加了施工的复杂性。但若采用两套提升设备同时下放混凝土，速度也较快。

为保证混凝土输送顺利、保证混凝土质量，现在一般采用高性能大流动性混凝土，在混凝土中掺入减水剂等外加剂，使坍落度达到18～20 cm。

3）砌壁作业

（1）砌壁吊盘

井筒砌壁不论在井底还是在高空作业，都需要利用吊盘。通常掘进吊盘多为两层盘，当采用掘砌混合作业时，可在上层或下层盘放置分灰器，立模、浇捣混凝土及拆模均在工作面进行，它常与移动式金属模板配套作业。采用掘砌单行作业时，吊盘作为砌筑工作平台，随着砌筑高度的增加而上升。掘砌平行作业时，砌筑在高空进行，需单独设置砌壁双层盘。

（2）浇筑作业

浇筑永久井壁的质量是保证整个井筒施工质量的重要一环，必须保证达到设计强度和规格，并且不漏水。为此，施工时要注意下列几点：

①立模。模板要严格按中、边线对中操平，保证井壁的垂直度、圆度和净直径。在掘进工作面砌壁时，先将矸石整平，铺上托盘或砂子，立好模板后，用撑木固定于井帮。采用高空灌筑时，在砌壁底盘上架设承托结构。为防止浇灌时模板微量错动，模板外径应比井筒设计净径大50 mm。

②浇灌和捣固。浇捣要对称分层连续进行，每层厚250～350 mm为宜，随浇随捣。用振捣器振捣时，振捣器要插入下层50～100 mm。浇捣时，对于上部已砌筑好的永久井壁段的淋水，如水量较大，可采用壁后注浆；淋水较小时，用截水槽拦截，然后排至地面或导至井底。

③井壁接茬。井段间的接缝质量直接影响井壁的整体性及防水性。接缝位置应尽量避开含水层。为增大接缝处的面积以及施工方便，接茬一般为斜面（也有双斜面）。常用的为全断面斜口和窗口接茬法。斜口法用于拆卸式模扳施工；窗口法用于活动模板施工，窗口间距—般为2 m左右。接茬时，应将上段井壁凿毛冲刷，并使模板上端压住上段井壁100 mm左右。

4.7　凿井设备布置

凿井设备布置包括天轮平台的布置、井内布置和地面提绞布置三个方面。井内布置包括平面布置和纵向的盘台布置。不同直径和深度井筒的凿井设备布置方式可查阅《凿井工程图册》。

4.7.1　天轮平台布置

天轮平台的布置主要是将井内各提升、悬吊设备的天轮妥善布置在天轮平台上，充分发挥凿井井架的承载能力，合理使用井架结构物。天轮平台的平面布置形式如图4.23所示。

图4.23　天轮平台平面布置形式
A—边梁；B—中梁；C—天轮梁；1，2—提升机天轮；3—吊盘天轮；4—稳绳天轮；5—安全梯天轮；6—吊泵天轮；7—压风管天轮；8—混凝土输送管天轮；9—风筒天轮

天轮梁和支承梁通常选用工字钢。天轮平台布置的原则如下：

①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能力方向一致，并通过主梁直接将提升荷载传递给井架基础。

②如需利用井筒开凿水平坑道时，天轮平台中梁轴线应离开与之平行的井筒中心线一段距离，并向提升吊桶反向一侧错动，以便设置吊盘悬吊天轮以及进行罐笼提升改装。

③天轮平台另一个中心线和另一个井筒中心线可以重合，也可错开布置，视提升设备布置需要确定。

④天轮的位置及出绳方向，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平台设置天轮梁的可能性等因素综合考虑选定。

⑤用两台凿井绞车悬吊同一设备（除吊盘外）时，两个天轮应布置在同一侧，使出绳方向—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。

⑥悬吊绳与梁构件的间隙应不小于50 mm，天轮与各构件间的距离应不小于60 mm。

4.7.2　井内设备布置

1）井内工作盘布置

（1）封口盘

封口盘是设置在井口处的工作平台，又称井盖，是作为升降人员、设备、物料和装拆管路的工作平台；同时也是防止从井口向下掉落工具杂物，保护井上下工作人员安全的结构物。

封口盘一般采用钢木混合结构。封口盘由钢梁、盘面铺板、井盖门和管道通过孔口盖门等组成。钢梁分为主梁和次梁，主梁采用工字钢并支承在临时锁口上，次梁可采用工字钢、槽钢或木梁。封口盘的梁格布置和各种凿井设备通过孔口的位置，都必须与井上下凿井设备相对应。盘面铺板采用木板。盘面上的各种孔口，应设置盖板或以软质材料密封。

（2）固定盘

固定盘是设置在井筒内邻近井口的第二个工作平台，一般位于封口盘以下4～8 m处。固定盘采用钢木混合结构，构造与封口盘大致相同，主要用来保护井下安全施工，同时还用作测量和接长管路的工作平台。

（3）吊盘

吊盘用钢丝绳悬吊，为井筒内的主要工作平台。它主要用作浇筑井壁的工作平台，同时还用来保护井下安全施工，在未设置稳绳盘的情况下，吊盘还用来拉紧稳绳。在吊盘上有时还安装抓岩机的气动绞车或大抓斗的吊挂和操纵设备以及其他设备。

吊盘必须是2层及以上。当采用单行作业或短段掘砌混合作业时，一般采用双层吊盘，吊盘层间距为4～6 m；当采用平行作业时，可采用多层吊盘，多层吊盘层数一般为3～5层，吊盘由梁格、盘面铺板、吊桶通过的喇叭口、管线通过孔口、扇形活页、立柱、固定和悬吊装置等部分组成，吊盘的梁格由主梁、次梁和圈梁组成，如图4.24所示。两根主梁是吊盘悬吊钢丝绳的生根梁，必须为一根完整的钢梁，一般对称布置并与提升中心线平行，通常采用工字钢；次梁需根据盘上设备及凿井设备通过的孔口以及构造要求布置，通常采用工字钢或槽钢；圈梁一般采用槽钢。各梁之间采用角钢、连接板和螺栓连接。

图4.24　吊盘钢梁结构
1—工字钢主梁；2—槽钢圈梁；3—槽钢或工字钢副梁

吊盘绳的悬吊点一般布置在通过井筒中心的连线上，吊盘、稳绳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的安全间距，严禁悬吊设备的钢丝绳在各盘、台受荷载的梁上穿孔通过。

吊盘上的各种安全间隙必须符合相关行业的安全规程规定。吊泵、安全梯及测量孔口，采用盖门封闭。

立柱是连接上下盘并传递荷载的构件，一般采用φ100 mm无缝钢管或18号槽钢，其数量应根据下层盘的荷载和吊盘空间框架结构的刚度确定，一般为4～8根。

吊盘一般用为双绳双叉双绞车方式悬吊，即用两根钢丝绳，每根悬吊钢丝绳下端在上层吊盘之上分叉，由分叉绳与吊盘的主梁连接。

2）吊桶布置

提升吊桶是全部凿井设备的核心，吊桶位置一经确定，井架的位置就基本确定，井内其他设备也将围绕吊桶分别布置。提升吊桶可按下列要点布置：

①凿井期间配用一套单钩或一套双钩提升时，矸石吊桶要偏离井筒中心位置，靠近提升机一侧布置；采用两套提升设备时，吊桶布置在井筒相对的两侧，使井架受力均衡。

②两套相邻提升的吊桶间的距离应不小于450 mm；当井筒深度小于300 m时，上述间隙不得小于300 mm。

③吊桶应尽量靠近地面卸矸方向一侧布置。稳绳与提升钢丝绳应布置在一个垂直平面内，且与地面卸矸方向垂直。

④吊桶外缘与永久井壁之间的最小距离应不小于450 mm。

⑤吊桶位置一般应离开井筒中心。采用普通锤球测中时，吊桶外缘距井筒中心应大于100 mm；采用激光指向仪测中时，应大于500 mm。

⑥为使吊桶顺利通过喇叭口，吊桶最突出部分与孔口的安全间隙应大于或等于200 mm，滑架与其他盘台孔口的安全间隙应等于或大于100 mm。

3）井内其他凿井设备的布置

①井内悬吊设备（除吊桶、吊盘、模板外）宜沿井筒周边布置，保持井架受力均衡，使盘台结构合理，并保证永久支护工作的安全和操作方便。

②抓岩机的位置要与吊桶位置协调配合，保证工作面不出现抓岩死角。当采用中心回转抓岩机和一套单钩提升时，吊桶中心和抓岩机中心各置于井筒中心相对应的两侧；当采用两套单钩提升时，两个吊桶中心应分别布置在抓岩机中心的两侧。布置两台抓岩机使用一个吊桶时，两台抓岩机的悬吊点在井筒一条直径上，而与吊桶中心约呈等边三角形；布置两台抓岩机使用两个吊桶提升时，两台抓岩机的悬吊点连线与两个吊桶中心连线相互垂直或近似垂直。

③吊泵应靠近井帮布置，但与井壁的间隙应不小于300 mm，并使吊泵避开环行轨道抓岩机的环形轨道；吊泵与吊桶外缘的间隙不小于500 mm，井深超过400 m时不小于800 mm；吊泵与吊盘孔口的间隙不小于50 mm。吊泵一般与吊桶对称布置，置于卸矸台溜矸槽的对侧或两侧，以使井架受力均衡。

④管路、缆线以及悬吊钢丝绳均不得妨碍提升、卸矸和封口盘上轨道运输线路的通行，井门通过车辆及货载最突出部分与悬吊钢丝绳之间距不应小于100 mm。

⑤风筒、压风管和混凝土输送管应适当靠近吊桶布置，以便于检修，但管路突出部分至桶缘的距离，应不小于500 mm；风筒、压风管、混凝土输送管应分别靠近通风机房、压风机房、混凝土搅拌站布置，以简化井口和地面管线布置。

⑥安全梯应靠近井壁悬吊，与井壁最大间距不超过500 mm，要避开吊盘圈梁。通过的孔口其周围间隙不得小于150 mm。

⑦照明、动力电缆和信号、通讯、放炮电缆的间距不得小于300 mm，信号与放炮电缆应远离压风管路，其间距不小于1.0 m，放炮电缆须单独悬吊。

某矿山主井净直径7.0 m，深786 m，井筒设备布置平面图如图4.25所示。

图4.25　某矿井井筒断面布置图
1—3 m3吊桶（提伞钻）；2—2 m3吊桶；3—1.5 m3吊桶；4—风筒；5—中心回转抓岩机；6—吊泵；7—压风管；8—输料管；9—供水管；10—转水管；11—输料管；12—通信电缆；13—信号电缆；14—吊盘绳；15—照明电缆；16—放炮电缆；17—安全梯

4.7.3　地面提绞设备布置

1）提升机布置

提升机布置主要是提升机位置（方位）选择和离井筒距离的计算。提升机位置（方位）应根据地面的地形、井内吊桶的方位、井筒底部巷道或隧道的方位确定。提升机体积较大且需建造提升机房，应布置在较为平坦的地面上，要易于设备的搬运和人员进出。提升机的方位应与吊桶的方位一致，提升中心线应与井底隧道的纵向轴线方向一致。

提升机离井筒中心的距离应根据计算确定，使钢丝绳的弦长、绳偏角、出绳仰角三项技术参数值符合规定（表4.5）。其布置方法是：根据最大绳偏角时的允许绳弦长度和最大绳弦长度时的最小允许出绳仰角算出提绞设备与井筒间的最近和最远距离，画出布置的界限范围，对照工业场地布置图及地面运输线路等条件，选定提升机的具体位置。

表4.5　提绞设备布置技术参数规定值

矿山立井临时提升机的位置应能适应凿井和开巷两个施工阶段的需要，尽量不要占用永久提升机的位置，不能影响地面永久生产系统的施工。为此，罐笼井的临时提升机多半布置在永久提升机的对侧，同侧布置时也应布置在永久提升机房的前面；对于箕斗井，与永久提升机多半呈90°布置，根据井下车场的出车方向，有时也可呈180°布置（对侧布置）。

2）凿井绞车的位置

凿井绞车位置的确定方法与提升机类似，也应满足钢丝绳弦长、绳偏角和出绳仰角规定值，见表4.5。在此条件下，凿井绞车布置于井架四面（或两面），使井架受力均衡。同侧凿井绞车应集中布置，以利管理和多台共用一绞车房。

初步确定凿井绞车位置后，可用作图法检验钢丝绳是否与天轮平台边梁相碰。如果相碰，则应采取架设导向轮，增加垫梁太高天轮位置，以及钢丝绳由天轮平台下面出绳等措施来调整。采取上述措施仍不能奏效时，可重新调整井内设备布置，移动天轮位置，直至井内、天轮平台、地面提绞布置达到合理为止。

某矿山立井施工提绞设备布置立面图如图4.26所示。

图4.26　提绞设备布置立面图

本章小结

（1）立井施工的基本工艺为：立井正式掘进之前，需先在井口安装凿井井架，在井架上安装天轮平台和卸矸平台。同时进行井筒锁口施工，安设封口盘、固定盘和吊盘。另外，在井口四周安装凿井提升机、凿井绞车，建造压风机房、通风机房和混凝土搅拌站等辅助生产车间。待一切准备工作完成后，自上而下进行立井掘进施工，当井筒掘够一定深度（一个段高）后，再由下向上砌壁，掘进和砌壁交替进行。当该段井筒砌好后，再转入下段井筒的掘进作业，依此循环直至井筒最终深度。

（2）与平洞相比，立井施工要复杂得多，既要考虑平面关系，又要考虑空间关系，还要考虑时间关系，故在井筒开始前必须编制详尽的施工组织设计，对有关问题进行认真考虑、全盘部署，不能出现差错。本章介绍了立井施工各个工序的基本施工工艺、技术与设备，在选用时要注意各个工序设备的相互配套，形成有效的机械化作业线，这样才能提高凿井的速度；在布置时要防止相互干扰影响，符合相关安全规程要求，做到安全生产。

（3）掘进和支护是立井井筒施工的两大基本工序。表土稳定时可采用普通的人工挖掘施工，表土松软、稳定性较差时须采用特殊凿井方法（钻井、沉井）或特殊工法（注浆、冻结、帷幕）。基岩部分目前仍以钻眼爆破法施工为主，条件许可时，钻眼设备尽量选用伞形钻架，实行中深孔或深孔爆破。爆破图表的编制是现场施工技术人员必须掌握的基本技术，它包括炮眼布置图、爆破参数表和技术指标表。

（4）井筒衬砌混凝土输送方式有溜灰管和底卸式吊桶两种方式，各有利弊，实践中都有采用。立井装岩与排矸、提升与悬吊等保证快速施工的关键，所用设备选择和布置应进行严密的计算和设计，并保证相互配套，不能相互产生干扰，具体计算方法可查《建井工程手册》。

习　题

4.1　简述立井施工的基本工艺。

4.2　叙述立井表土施工方法及其选择要点。

4.3　叙述立井爆破炮眼的分类及其布置参数要求。

4.4　立井砌壁的模板有哪几种?如何使用?

4.5　简述现浇混凝土支护的工艺。

4.6　立井施工时一般需要哪些设备、设施（按井内和井外分别叙述）?

4.7　抓岩机有哪几种?如何安装、操作和使用?

4.8　矸石吊桶有哪几种?如何选择矸石吊桶的容积?

4.9　如何选择和布置提升机?

4.10　试述吊盘的结构、作用、悬吊方式及悬吊系统。