鑿井

鑿井

鑿井是指在岩、土中挖掘井筒的工作。又稱井筒掘進。井筒是礦井的咽喉,加快其施工速度,對加快礦井建設具有重要意義。 根據岩層穩定程度和湧水量大小,採用普通鑿井法和特殊鑿井法。 新的煤礦開鑿,首先要從地面垂直向下鑿洞,此洞為圓口,直徑5-6尺,俗稱“立井”、“豎井”。開鑿過程中,如遇滲水層,舊時多用皂角樹板堵塞,此板俗稱“打河石板”,板厚3寸,稍寬於滲水層,兩端鑿有榫齒。使用時,利用板上榫齒咬接,縫隙用矸子泥夯糊結實,繼續下挖。如遇砂石散碎地層,要用荊條梢子填塞,並以坑木打圈,固定井壁。鑿挖至煤層時,俗稱“揭頂”。舊時因大都採用“巷采法”或“房柱式採煤法”,揭頂後,還要趁山坡地勢,開挖斜井,亦稱“步井”、“井筒”。井筒開挖一邊進尺,一邊立柱架設井壁頂板 。 鑿井也叫“井筒掘進”。在岩石、土層中用人力、機械等方法挖掘井筒。包括破碎岩石、裝運、井筒支護等工作 。

基本信息

普通鑿井法

鑿井 鑿井

普通鑿井法適用於井筒湧水量小於30立方米/小時(m /h),穿過的岩層或表土層比較穩定,採用鑿岩爆破開鑿立井井筒的施工方法。普通鑿井法施工時,在井口地面安裝井架,其頂端架設天輪台,用於懸吊各種鑿井設備。整個井筒按所穿岩層的情況分段掘進,可選取長段單行作業、長段平行作業、短段單行作業和掘、砌、安一次成井作業。單行作業所需掘砌設備較少,組織管理較簡單,適用性較廣;平行作業設備較多,組織管理較複雜,但成井速度快。特殊鑿井法是在不穩定的含水地層或在含水量大的穩定地層中,為加固井筒圍岩或隔絕水流等而採用的鑿井法。

特殊鑿井法

特殊鑿井技術作為深厚表土不穩定含水地層的井筒施工方法,數十年來在我國得到了很大的發展,目前我國的凍結法鑿井套用之廣在世界上已名列前茅;鑽井法鑿井所竣工的淮南謝橋西風井等深大井筒,更是世界上所罕見的,綜合技術達到國際先進水平 。

凍結法及鑽井法由於其安全可靠,加之近年科技進步不斷降低成本,故在新井建設中多採用該兩種方法通過不穩定地層。注漿法由於對加快建井速度、降低建井成本意義重大,故在基岩中也多採用 。

板樁鑿井法

在鬆散不穩定地層中,預先在掘進斷面的外圍依次打入特製的板樁,形成一個超前於工作面的臨時支護,然後在其保護下進行掘砌工作的施工方法。本法受樁長和打樁能力限制,使用範圍有限,多作為處理局部工程事故的措施。

板樁法是將預製的板樁先於井筒掘進工作,預先置入井筒本身設計位置外層,通過板樁穩定地層中不穩定的含水層,流沙層等。在掘進過程中可以形成臨時支護,保護內部作業人員安全。此方法具有操作簡便、施工準備工序少、成本較低、作業周期短等特點,適用於地表與流沙層相距較近的特殊地理情況 。

降低水位鑿井法

在不穩定含水層中鑿井前,在井筒周圍鑽若干排水用鑽孔,孔內裝有帶過濾裝置的排水管,用潛水泵或壓氣泵向外抽水,以降低地下水位,減少湧水量,增強地層穩定性的施工方法。

混凝土帷幕鑿井法

在井筒周圍鑽挖槽孔,槽孔達到設計深度並互相連通後,再用垂直導管法在泥漿下灌注混凝土,置換槽孔內的泥漿,並使各槽孔內的混凝土相互銜接,形成一個封閉的、具有一定厚度和強度的圓形混凝土帷幕結構,在其保護下掘砌井筒,可順利通過不穩定表土層。本法具有工藝和設備簡單,鋼、木消耗少,準備期短等優點。

又稱滲透牆技術通過前期施工作業的方式,在目標井筒外澆築一個混凝土構成的人工帷幕,以此為掩護進行正常的掘進作業。此方法對於施工的深度有明確限制,一般在80m以內的底層中適用程度較好 。

凍結鑿井法

在開鑿井筒前,將井筒周圍含水層用人工製冷方法,凍結成封閉的圓筒形凍結壁,以抵抗地壓並隔絕地下水與井筒的聯繫,在凍結壁的保護下進行掘砌作業。此法雖然需用設備較多,工期長,工作條件較差,成本較高,但安全可靠,施工技術較成熟。也可用於其他地下工程。

深井凍結由於凍結孔的過大偏斜或孔距超近,將影響凍結壁的交圈效果或造成凍結管斷裂,因此需有較高的垂直度要求 。

保持凍結管在施工全過程的完好,關係到工程的成敗,它主要取決於凍結壁的變形和所使用的凍結管對此變形的適應能力。前者的影響因素有凍結壁的厚度及其平均溫度、地壓值大小、施工段高和段高暴露時間等,需要通過採用合理的設計理論和方法來解決。後者可採取改善鋼材的低溫性能、降低冷脆溫度轉化點,提高管材強度和韌性來防止斷管發生,也可採用提高對變形的適應能力來選擇材料和合理的接頭形式以達到防止斷管的目的。這些研究成果已分別在深井工程上套用,取得了良好的效果 。

凍結法主要針對底層含水量較大的區域。在施工開始前,先使用人工製冷的方式對預定井筒的位置進行冷凍處理,使地層水分凍結成相應強度的凍結層,在凍結層在力學基礎上達到平衡狀態後,再對其進行掘進工作,完成對於礦井井筒的開鑿。此方法安全簡單,適應性強,缺點是凍結工作具有較強的專業性,需要相關人員協同才能進行操作,同時成本較高 。

注漿鑿井法

適用於在裂隙含水岩層或較薄含水粗砂層中,用注漿機具經鑽孔注入一種或幾種膠結性漿液,堵塞裂隙或固結砂層,在井筒周圍形成一個隔水的和有足夠強度的帷幕,在其保護下進行井筒掘砌的施工方法。此法施工簡便、對治理礦井水害、加固岩體、防滲抗漏等快速有效,有利於實現打幹井。

注漿法是將漿液等穩定性材料用泵注的形式加入到需要加固的位置區域。在含水量較多的地層中能用以阻斷含水層,起到防止地層水進入工作區域的作用。通過漿液達到對目標區域壁後的穩定作用,能夠用人工的手段在工作區域外層形成一個固定面,阻斷複雜地層對於掘進過程的影響。但是地層流沙含量豐富且位置較淺時,對注漿法的使用會產生一定的影響。同時由於漿液的配比與灌注的過程中產生的費用較大,因此注漿法在礦井建設中的採用受到影響 。

礦山鑽井法

用鑽井機鑽鑿立井井筒。本法在掘進和支護兩個工序上實現了鑿井綜合機械化和一定程度的自動化,工人不用下井操作,作業安全,勞動生產率高。

鑽井法鑽鑿煤礦豎井工藝流程方面有些相似於石油鑽井,但又不同於石油鑽井,西方一些國家主要用來鑽鑿直徑較小並以岩石為主的深井,採用鋼板井壁支護。而我們開發鑽井法鑿井技術,是用於深厚表土不穩定含水地層的井筒施工,根據我國的具體條件、採用以“轉盤拖動,減壓鑽進;一次超前,分級擴孔,泥漿護壁,反循環洗井,懸浮下沉井場預製井壁,壁後充填水泥漿固井”為基本內容的施工工藝,經長期實踐證明是合理的。近30年來,鑽井法鑿井在技術上有了很大的發展和提高 。

井法鑿井

在井口位置,預製好沉井刃腳和一段井壁,邊掘邊沉,再在地面澆築,接長井壁,繼續下沉。施工時沉井利用鋼刃腳插入土層,工作面不斷破土排渣,依靠井壁自重不斷下沉,當沉井刃腳達到基岩後,即行封底與壁,後注漿固井。

沉井法與板樁法的操作過程大體相同。區別在於沉井法是將一個事先制好的有相應穩定結構的護具整體下沉到預定位置,形成對於整個區域的保護作用。施工人員可根據自身情況靈活選擇施工位置。沉井法對於底層性質與深度有一定的要求,特點是整體造價較低、操作便利、工藝簡單,工人不下井即可完成施工。缺點在於下沉過程中,護具姿態和井筒本身的偏斜不易控制 。

展望

特殊鑿井法要想在礦井建設中取得更好的發展,還需要自身不斷進步。如:凍結法鑿井,關鍵還是“一鑽兩壁”。首先需要改善凍結孔鑽機的性能,實現定向鑽進技術工藝參數顯示電腦化和智慧型化,快速高效地提供符合凍結工藝要求的鑽孔;研製採用適合於超深凍結套用的凍結器和相應的工藝設備,確保凍結壁的成形和維護;總結分析現有深井井壁的結構形式和設計理論,開展抗地層變形的井壁結構研究。鑽井法鑿井則需著重研究解決滾刀、測井儀等井下設備的密封性能,使其達到適應於設計深度使用的要求;進一步開發研究在500m深井中已取得成效,套用約束混凝土理論設計的鋼板混凝土複合井壁和壁後充填技術;研究探討滿足特深井筒鑽進臨時護壁要求的新型泥漿,以及減少地層造漿、提高廢漿處理水平等技術關鍵。隨著國家經濟的發展,對於地下資源的需求不斷加大,我國複雜的地質環境,需要特殊鑿井法的不斷進步才能更好地進行資源的開發利用 。

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