立井施工

内容介绍

本书讲述如何立井施工。

中文名称

立井施工测量

英文名称

construction surveyfor shaft sinking

定　　义

为保证立井竖直度和断面按设计要求施工的测量工作。包括：普通凿井法施工测量和特殊凿井法（冻结法、钻井法、沉井法、注浆法等）施工测量。

应用学科

煤炭科技（一级学科），煤炭矿山测量（二级学科），矿山工程测量（三级学科）

立井施工硬岩爆破液压伞钻凿岩施工工法适用范围

《立井施工硬岩爆破液压伞钻凿岩施工工法》适用于煤炭、有色金属和其他非金属等硬岩矿山立井井筒的施工。适用于井筒净直径5米及以上，岩石的硬度越大效果越明显。

立井施工硬岩爆破液压伞钻凿岩施工工法工艺原理

《立井施工硬岩爆破液压伞钻凿岩施工工法》的工艺原理叙述如下：

为满足硬岩钻孔的要求，液压凿岩机的扭矩、冲击等参数必须满足使用要求。

为满足通过吊盘喇叭口的要求，伞钻收拢后的外形尺寸和液压站的外形尺寸必须能安全通过吊盘喇叭口。

为满足井筒直径的使用要求，液压伞钻支撑臂外接圆的最小直径不得设计井筒直径。

为满足最小炮眼圈径和最大炮眼圈径的要求，液压伞钻所能造孔的最小圈径不得大于设计炮眼的最小圈径，最大圈径应大于井筒荒径。

为实现快速推进，推进器的推进方式采用油缸一钢丝绳式，类型为导轨式，推进行程满足钻孔5米深的要求。

为满足液压伞钻的液压凿岩机等各种液压动作实现的需要，所配液压站的能力应满足液压伞钻所有动作的速度和压力要求。

为满足操作要求，辅助系统和操作方式应和原气动伞钻的操作习惯和使用要求基本相同。

• 液压凿岩机的选择

凿岩机（钻机）是立井施工中不可缺少的主要施工设备之一。

HYD200型液压凿岩机与传统风动凿岩机械相比极大的提高了生产效率，降低了采掘成本，与中国之外同类机型相比具有极高的性价比。由于液压凿岩机具有钻凿速度快、效率高、安全可靠、污染小、操作方便等优点，使其与传统风动凿岩机械和动辄上几十、上百万的进口凿岩机械相比更符合中国国情，也是截至2009年各矿山提高生产效率、降低采掘成本的首选。

HYD200型液压凿岩机为冲击回转式凿岩机，冲击机构的冲击能为200焦，冲击频率大于33赫兹，工作压力14~16兆帕，工作流量小于45升/分钟，回转机构的额定转矩220牛·米，额定转速200转/分钟，工作压力15兆帕，工作流量小于45升/分钟。经过计算和调研比较，确定在研制的液压伞钻中采用HYD200型液压凿岩机，液压伞钻结构见图1。

• 推进系统

根据HYD200型液压凿岩机的选型，结合井筒技术参数，液压伞钻的钻臂确定为4个，因此推进系统的滑架也为4个。

推进系统由焊接而成的滑架以及导轨构成，上面的两个导轨用作凿岩机导向，下面的两个导轨用于整个滑架与补偿架连成一体的定向或摆动的滑架。滑架的前端设有圆形顶皮，使其在凿岩时始终顶着掌子面，以避免钻孔时移动。

在滑架上安装中扶钎器和前扶钎器，作用是避免打眼时钎杆弯曲，增强钎杆的抗弯强度。

滑架上固定推进油缸的活塞杆，当压力油通过进油口进入油缸的无杆腔，在压力油的作用下产生推力，将推进油缸的缸体向前推进，同时带动凿岩机向前推进。通过油缸一钢丝绳结构的组合，实现凿岩机的推进速度为推进油缸的推进速度的2倍。

• 动臂

液压伞钻的钻臂确定为4个，因此动臂也为4个。

四组动臂均匀分布在立柱周围，每组动臂由动臂体、支臂油缸、倾斜油缸、销轴等主要部件组成。动臂用于把推进器平行移动至井筒底面所需炮眼的极坐标位置，并在各油缸锁死后实现推进器空间位置的固定。

动臂的左右摆动靠立柱部分的摆动架、摆动油缸、安装架、动臂体及液压操纵阀组成的动臂左右摆动机构来实现，左右摆角各60°。

• 立柱

立柱由吊环、上立柱、下立柱和调高器等组成，上立柱上安装摆动架、支撑臂、下立柱等。顶盘位于立柱顶端，其上安装辅助系统油箱、泵站、液压凿岩机的高压滤油器、气水路接头以及支撑臂等部分。上立柱中部的转臂支架作为安装摆动架的支持体，下立柱安装中央操纵多路阀，气动马达多路阀、气动马达开关阀。调高器在立柱的最下端，与立柱采用螺栓连接。调高器由导向筒、底座、调高油缸组成。

• 支撑臂

支撑臂均匀分布在顶盘上，装有伸缩油缸和升降油缸，撑臂时油缸上斜，收拢时垂直向下或向内倾斜。

• 液压系统

一、辅助动作液压系统

辅助动作液压系统由油箱、油泵装置、操纵台、支撑臂升降油路、支撑臂伸缩油路、摆动油缸油路、动臂支臂缸油路、平动油路、补偿油路、推进器倾斜油路、推进油缸油路、调高缸油路等主要部分组成。操纵台下部四联阀直接控制实现推进器平行移动和倾斜，补偿进给顶紧井底工作面，实现动臂左右摆动。下立柱上六联多路阀直接控制支撑臂的升降和支撑井壁以及调高器的升降，实现立柱在井筒位置的固定，各油路都有液压锁，实现油路自锁定位。

二、凿岩液压系统

凿岩液压系统由动力供应系统即电源（包括高压电缆、变压器、低压电缆和电气开关箱）通过两套四联泵把电能转化成液压能，控制液压凿岩机的推进、冲击和回转。

液压凿岩机的液压系统为开式系统，由防爆电机、齿轮泵、油箱、换向阀、逐步打眼阀、推进油缸和其他液压附件组成，其中泵站安装在吊盘上，通过快速接头、胶管与钻架连接。

凿岩冲击液压回路由主泵、多路换向阀、凿岩机、高压滤油器组成。

钎杆旋转液压回路由主泵、换向阀、转钎马达组成。

凿岩机的推进液压回路由主泵、多路阀、调压阀、逐步打眼阀、推进油缸组成。

立井施工硬岩爆破液压伞钻凿岩施工工法施工工艺

《立井施工硬岩爆破液压伞钻凿岩施工工法》的施工工艺流程及操作要点叙述如下：

• 工艺流程

液压伞钻下井前的准备——下井及工作面固定——启动——钻孔——收尾工作。

• 操作要点

一、下井前的准备

1.下井前将各油雾器加满油之后将油盖拧紧。

2.检査各管路部分是否渗漏，发现问题及时处理。

3.操纵推进油缸使凿岩机上下滑动，看其运行是否正常。

4.检査水路是否畅通，钎杆是否直、钻头是否正常。

5.检査吊环部分是否可靠，有无松动现象。

6.检查各操纵手柄是否在“停止”位置，检查机器收拢位置是否正确，注意软管外露部分以及顶盘快速接头处是否符合下井尺寸，以免吊盘喇叭口碰坏管路系统。

7.检査各快速接头是否清洁，必要时清洗后用干净的棉布或塑料将油管口包扎好，以免污物进入管路。

8.用两根钢丝绳分别在推进器上部和下部位置捆紧，防止意外松动。

9.在井底面中心，打一深度400毫米左右的定钻架中心孔，孔径40毫米左右，安放钻座。

10.接通液压站的电源进行空载试验，以确定油泵的旋转方向是否正确。方向不正确时调整接线，正常后方可下井。

二、下井及工作面固定

1-事先同提升机司机、井口、吊盘和工作面信号工联系好，讲明伞钻下落各深度应注意的事项，以便很好配合，确保安全操作。

2.伞钻上下井转换挂钩时，井盖门必须关上。

3.伞钻通过吊盘喇叭口时，应停下由信号工连接快速接头，并仔细检查是否有突岀部分碰吊盘后继续下放，注意伞钻与吊盘间距离应小于9米，以免拉断管路。

4.下放伞钻离井底300毫米时，停止下放，放好底座。应将伞钻移至井筒中央，坐于底座上，此时用夺钩绳将伞钻吊正，随后由信号工接通吊盘上的总风管（先用小风吹净管口内污物）。

5.接通球阀，启动气动马达使油泵工作，供给压力油。操作立柱油路阀升起支撑臂，伸出支撑爪，撑住井筒壁，整个伞钻垂直固定后放松稳绳少许使之拉住伞钻，确保安全。

6.支撑臂支撑位置要避开升降人员、吊桶及吊泵等设备位置，以免碰坏。同时，在支撑臂撑住井壁后不可开动调高油缸，以免折断支撑臂。

7.立柱固定时要求垂直井底面，以避免炮眼偏斜和产生卡钎现象。

三、启动

1.启动前先接通电源。

2.吊盘信号工启动电动机时，先点动数次，一是观察电动机的旋转方向是否按箭头指示方向（或面向电动机后端盖排风扇顺时针旋转），二是给液压系统充满液压油。

3.钻机启动前先检查各手柄，应均处于中间位置上。

4.水泵电机接通前应检查水路是否接通，打开泵头上的螺堵直到稳定的水流流出。点动数次，观察电动机的旋转方向是否按箭头指示方向旋转。

四、钻孔

1.操纵三联换向阀动作，将钻臂推进器放到要钻孔的位置的轴线方向。

2.操纵定位补偿阀，将滑架与工作面定好位置。

3.打开注水节门给凿岩机供水冲洗炮孔。

4.操纵转钎阀，使钎杆回转（逆时针为凿岩作业，顺时针为卸钎杆）。

5.操纵凿岩推进手柄，使凿岩作业前进或后退。

6.推动逐步打眼阀手柄，先慢速小冲击凿岩，当钎头进入岩石后推进力升高，冲击阀自动换向工作。

7.当钎头充分进入岩石，确定不会有偏斜危险时，将逐步打眼阀手柄推到底，正式进行凿岩工作。

8.当推进行程达到终点时，拉回冲击与回转手柄，停止冲击与回转。

9.拉回逐步打眼阀手柄，回到原位。

10.拉回凿岩推进手柄使凿岩机向上退回原位。

11.将推进器移到下一个孔位继续凿岩作业。

12.钻孔时注意事项：打眼过程中，辅助提升上下人和输送工具时，信号工应特别注意，防止碰伤支撑臂、动臂或挤压伤人；动臂移动开新眼位，补偿油缸动作，使顶尖缓缓顶紧井筒底面。凿岩过程中，推进器必须在工作面上，不能离地吊打；摆动动臂回转角度时，应注意防止互相碰撞。如一臂遇故障不能工作时，可由相邻臂帮助继续完成；钻孔时水冲洗炮孔应正常流出，如发现水不流出时，应立即退钻检查处理；钻进时严禁反转（从上向下看为顺时针）凿岩机蓄能器充氮气压力正常为6兆帕；钻进速度一经调定合适后，一般不应变动，如需变动时应按要求进行调整。

五、收尾工作

1-所有炮眼打完后，先将各动臂收拢，停在专一的位置上，卸下钎杆，将凿岩机放到最低位置，确保收拢尺寸。

2.适当地提紧夺钩绳，收拢4个支撑臂后再收回调高油缸，使夺钩绳受力，防止伞钻倾倒，用钢丝绳上下捆紧。

3.停止供气供水，打开吊盘上的快速接头并封堵好，准备提升到井口安全放置。

4.提升打钻人员到地面，然后提升伞钻到地面，并用电动葫芦倒到伞钻放置处。

六、钎杆和钻头的试验和改进

冲击旋转凿岩是最常用的钻眼方法，根据炮孔的深度可分为两种，深孔凿岩和浅孔凿岩。炮孔深度小于5米的一般为浅孔，常用单支钎杆，而炮孔深度大于5米的一般划为深孔，在国外发达国家，浅孔凿岩一般采用台车钎杆或整体钎杆，而在中国绝大部分采用锥形连接钎具。

螺纹连接钎杆是指钎杆的两头具有螺纹的钎杆，根据螺纹的直径与杆体外径的关系，钎杆包括接杆钎杆、轻型接杆钎杆、钻车钎杆和MF钎杆等。这类钎杆的特点是通过杆体上的螺纹将钎尾、钎杆、套管、钎头连接成一个凿岩钎具组。钎具组对连接螺纹的基本要求是：连接紧密、能量传递效果好、耐磨性强及拆卸方便等。截至2009年，常用的螺纹形式有波形螺纹和梯形螺纹两种。

钎头是凿岩钎具组中直接对岩石作功的部件。根据冲击碎岩原理，对合金钎头的要求是：破岩有效、排粉效果好、几何形状稳定、坚固耐磨、凿岩速度快、钻孔圆直以及连接可靠和拆卸方便七而钎头的几何结构、使用寿命、凿岩速率和生产成本，则是钎头生产中主要的技术、质量和经济指标。

钎头从头部的合金分布形式主要分为_字形钎头、十字形钎头和球齿形钎头三类，一字形钎头由于价廉物美而应用广泛，十字形和球齿形钎头用于一些特定的如片状页岩、岩石特硬、岩石磨蚀性强等场所。

钎杆和钎头是凿岩机的配套消耗品，因此选择钎杆和钎头必须与所使用的凿岩机相匹配，同时还必须与所凿岩石的软硬及磨蚀性相匹配，这样才能减少消耗品的消耗，提高工作效率。实践证明，钎具的使用寿命是由钎具的内在质量、科学的选择、正确的使用三方面决定的。

一般的选择匹配原则为：大功率的凿岩机选用横面积大的钎杆，选用优质的单位面积抗冲击力强的钎杆，选用厚片、高片的硬质合金钎头或十字形钎头（增加硬质合金的体积，降低单位体积承受的冲击力），软岩选择高硬度硬质合金提高工作效率，硬岩选择高强度的硬质合金减少碎片的可能性，磨蚀性强的岩石应选择抗磨性好的硬质合金。

根据液压伞钻所选配的HYD-200液压凿岩机的性能，结合岩石完整性好、硬度大的地层特点，钎杆选用波形螺纹连接的六方钎杆，型号为B35，螺纹直径为32毫米，长度为5.5米；选用直径为51毫米和57毫米（应用于岩石破碎地层）的钻头。在使用时，钻孔深度5米，炮眼数为67个，采用段高为3.6米整体下行金属模板，每次爆破进尺为3.8~4.0米，爆破率达到80%，B35钎杆不仅可以满足使用要求，而且不会像B25钎杆那样易于变形和折断。根据岩石的特性，在钻头的使用中根据岩石的变化，及时改变钻头规格型号可使造孔速度提高50%，爆破效率提高50%。

井筒正式掘进之前，需先在井口安装凿井井架，在井架上安装天轮平台和卸渣平台。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，建造空压机房、通风机房和混凝土搅拌站等辅助生产车间与设施。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下放或接长。为了满足提升、卸矸、砌壁、悬吊及安全的需要，必须设置一系列的结构物：井架、天轮平台、卸矸台、封口盘、固定盘和吊盘，简称“一架、两台、三盘”。

立井普通法施工的一般顺序是：自上而下掘进，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。每一段高内的工艺顺序为先打眼放炮、再装岩出矸，最后进行砌壁。

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。