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1、天天 井井 施施 工工天井，是用于连接上下两个中段、下放矿石或废石、提升或下放设备工具和材料，或供通风、行人及勘探矿体等用的巷道。天井的名称是根据天井的用途而命名，如人行天井、材料天井、切割天井、通风天井、探矿天井、充填天井、溜井(专门做放矿用的天井称溜井)等。天井工程(包括溜井)是矿山基建、采准和生产探矿的重要工程之一。天井工程量一般约占矿山井巷工程量的1015；占采准切割工程量的4050。因此，加快天井掘进速度(由于溜井除下部施工稍有不同外，其它均大体与天井相同，故也包括在天井掘进里)，对确保基建矿山早日投产和生产矿山三级矿量平衡，实现持续均衡高产，具有重要的意义。1天井一般是从下往上掘进
2、。天井掘进时，工作的空间狭小，是高空作业，工作条件较差，工人经常受到掉石块、淋水、粉尘和炮烟的危害，工作不太安全。随着开采深度的不断增加，地压和地温的影响逐渐加大，使作业条件更加恶化，安全问题也更为突出。随着采矿技术的发展，阶段高度不断增大，天井也相应增长。由于以上原因，各国都很重视天井掘进技术的发展。近十多年来，除普遍采用吊罐法外，深孔分段爆破掘进法已大力推广，天井钻机钻进法也发展很快。这些方法各有所长，相互补充，使天井掘进技术日趋完善。2天井断面形状选择天井断面形状选择天井断面形状有矩形（或方形）与圆形两种，主要是根据用途来确定天井断面的大小及格间数目，根据所用的支护材料、围岩性质、施工方
3、法和施工设备等来确定断面形状。由于采区回采时间都较短，故一般天井的服务年限都不长（主要回风天井除外），又因金属矿山大多数围岩较好，所以一般不支护或仅用局部支护，或采用薄煤层的喷射混凝土支护即可。过去有的天井兼作多种用途，如三格间的矩形断面，有溜矿、行人和运料及管路三个格间，几乎无异于一个小方井的结构。为满足三个格间的要求，支护结构很复杂，因此目前已基本不用了。溜矿间一般单独由采区溜井承担溜矿，行人天井兼作通风天井，而通风天井和运料设备天井兼用。再者由于施工方法的发展，断面形状由过去以矩形为多，而变为当前以圆形和方形为主了。确定断面形状的依据也变了。如用天井钻机的钻进，只能是圆形断面。若围岩稳定
4、性较差也以用圆形断面为好。在围岩较稳定、坚硬的条件下，可采用方形或接近方形的矩形断面。3天井断面尺寸确定天井断面尺寸确定天井的断面尺寸主要按天井用途决定。4行人天井行人天井需设置人员通行的梯子及平台，并常兼设风水管路、电缆等。梯子间设置按安全规程规定与竖井梯子间要求一样。通常梯子间断面尺寸不小于12001300mm。5通风天井用于进风或回风的天井断面，可按采区生产中提出的风量要求及该井允许的风速来确定。一般采区进、回风井允许风速为6m/s，由此可反算出通风天井的最小断面尺寸。SminQ/KV允，m2式中Q通过该天井的风量，m3/s；K增加装备后天井净断面的折减系数，K0.61；V允安全规程规定
5、允许的最大风速V允6m/s；但最小风速不得低于1.5m/s。6放矿天井用于溜放矿石的天井，通常称为采区溜井，断面尺寸根据最大矿石块度含量系数，矿石允许最大块度和溜井的畅流通过系数等来决定。净断面尺寸确定后加上支护断面，可得天井的掘进断面。实践中确定天井断面尺寸时，要考虑天井施工方法与所用施工机械设备。如已选用某种天井钻机或某种天井吊罐，则天井断面已被规格化、统一化了。目前国内矿山天井尺寸常用的有1.51.5m2、1.81.8m2、2.02.0m2；D1.2m、D1.5m等。过去常用的矩形断面尺寸有：1.31.5m2、1.51.9m2、1.61.9m2等。7天天 井井 掘掘 进进 方方 法法天、
6、溜井掘进可分为井内施工方法和井外施工方法两大类。井内施工方法有普通法、吊罐法和爬罐法；井外施工方法有深孔法和钻孔法。采用井内施工法时，工人进入井筒内作业。普通法有被淘汰的势头，吊罐法正得到推广应用，而爬罐法、深孔法和钻井法试验性地得到应用。8普通法掘进天井普通法掘进天井普通法是沿用已久的老方法。为了免除繁重的装岩工作和排水工作，采用普通法掘进天井时，一般都是自下而上掘进。它不受岩石条件和天井倾角的限制，只要天井的高度不太大都可使用。如“图2-2-1”所示，天井划分为两间，一间供人员上下的梯子间；另一间专供积存爆下来的石碴用，其下部装有漏斗闸门，以便装车。凿岩爆破工作在距工作面2m左右处临时搭设
7、的工作台上进行。每循环需架设一次工作台。为了便于人员上下和设备材料与工具的搬运，需要随着工作面的推进而向上架梯子。爆破下来的岩石，为了利用自重下溜装车，必须修筑岩石间并随着工作面的推进而逐步加高。为了保护梯子间不被爆破下来的岩石打坏，在凿岩工作台之下梯子间之上方，必须搭设安全棚。910漏斗口的掘进掘进天井时，首先根据所给的漏斗口底板的标高和天井的中心线，以50左右的倾角向上掘12茬炮，形成架设漏斗口所需的坡度。然后按照设计的倾角继续向上掘进，直至掘进到架设漏斗后能容纳一茬炮的岩碴高度，即停止向上掘进，架设漏斗口、岩石间、梯子间，并在梯子间上部架设安全棚。在此期间爆下来的岩石，直接落入平巷底板上
8、，用装岩机装岩。11凿岩工作台的架设当漏斗口掘进完毕并安装好漏斗与梯子间、安全棚等之后，在继续向上掘进之前，必须首先在安全棚之上距工作面2.02.2m处搭架凿岩工作台。凿岩、装药、联线都是在此台上进行的。凿岩工作台一般由三根直径1213cm的圆木横撑在天井顶底板之间，并在其上铺以厚度45cm的木板所构成。架设横撑时应先在井壁上凿好梁窝，并以木楔楔紧横撑的一端，以防横撑移动。凿岩工作台在垂直或倾角80的天井中呈水平位置。当天井倾角小于80时，为了便于打眼，工作台必须迎着工作面与水平面成37的倾角。放炮时，必须将工作台上的木板拆除，以便放炮后岩石落入岩石间，同时木板不致损坏以便重复使用。12由于架
9、设和拆除工作台较费时，特别是在硬岩中梁窝难凿，为此，有的矿山采用简易法搭工作台。吊挂双层工作台情况如“图2-2-2”所示。工作台由上下两层组成，两层间的距离一般等于一个循环的进尺。上层为凿岩工作台，距工作面2m左右，下层为安全台以防止人员物料坠落。每层工作台由两根钢管或圆木铺上木板做成。每根钢管用两根铁链悬挂在插入岩壁炮眼中的两根直径为3035mm的圆钢上。工作台的高低可以通过铁链的环数进行调节。为了防止圆钢和铁链滑落，插圆钢的炮眼应向上倾斜1015，圆钢插入岩壁的深度应小于500mm，露出长度应为100mm。在工作面上打眼时，就将安装圆钢的炮眼一道打好。为使爆下来的岩石能落入岩石间，爆破前需
10、把下层平台全部木板和上层平台靠岩石间部份的木板拆除，集中放在上层平台对应梯子间的部位，并使其向岩石间倾斜。放炮通风后，工人进入工作面，首先把上层工作台的木板铺好，然后在上一班打好的四个炮眼中插入圆钢，挂上铁链，安装钢管或圆木，铺好木板。于是原来的上层工作台成了下层工作台，新架设的为上层凿岩工作台，工人站在刚好安好的上层工作台上进行打眼工作。13生产实践表明，采用以上简易方法架设工作台，可以缩短工作台的架设时间和节约坑木。但使用这种方法要求围岩坚固，能有效地固定悬挂铁链的圆钢。此外，这种方法需要专门配备一套打安装工作台所用的炮眼的凿岩设备，因此，在推广使用中受到一定的影响。1415凿岩爆破工作凿
11、岩工作台架设好之后，即可开始凿岩工作。凿岩设备选用YSP45向上式凿岩机。由于天井横断面不大，为了便于凿岩和加深炮眼，广泛采用直眼掏槽。掏槽眼与空心眼之间距离视岩石硬度、空心眼数目与起爆顺序等而定。掏槽眼布置的位置以布置在岩石间上方为宜，这样可减弱对安全棚及梯子间的冲击。其它炮眼布置原则基本上与平巷相同。炮眼深度一般在1.41.8m。起爆方法多采用激发器和非电导爆管。对于用电点火的起爆方法，由于采用的点火器材不同，可分为用电桥点火与电阻丝点火两种（详见吊罐法掘进天井部份）。如采用普通电雷管起爆时，则要求采取驱散杂散电流的措施才允许装药联线，并且由专人亲自管理起爆电源箱闸。16通风由于天井是自下
12、往上掘进的，爆破后产生的有害气体比空气轻，一般积聚在上部工作面附近不易排出，因此，为了加速吹走工作面的有害气体，一般多采用压入式通风。通风机大多安装在天井下部附近的平巷内。风筒应随着安全棚往上移动，及时地接上去。17支护工作当有害气体排除后，即可进行支护工作。首先检查工作面的安全情况，清理浮石，修理被打坏的横撑等，然后才开始支护工作。在不架设安全棚的情况时，支柱工的主要任务是在距离工作面2m左右的位置，架设凿岩工作台。当工作面向上推进68m时，则安全棚需要向上移动一次。移动时首先拆除旧安全棚，然后在上面架设新安全棚。安全棚由圆木横撑上铺木板而成，并使其向岩石间倾斜。安全棚的宽度以能遮盖梯子间或
13、梯子间和提升间为准。安全棚架设好后，就开始自下而上地安装梯子平台和梯子。梯子平台间距根据实际情况决定，一般为34m。安全台下第一个梯子平台往往兼作放置凿岩机、风水管等之用，因此又称工具台。此外，在安装梯子间的同时，需将岩石间的隔板钉好。18出碴出碴是利用漏斗装车。为安全起见，应严禁人员正对漏斗闸门操作，以免岩流冲下飞出矿车外发生事故。同时为了保护岩石间隔板和横撑不被打坏，岩石间中应经常贮有岩石，严禁放空。一般要求每次放出的岩石所腾出的空间以能容纳爆破一次所崩下来的岩碴为准。19工作组织此法由于支护和通风所需时间较长，一般两班一循环，一班打眼放炮通风，另一班进行支护和出碴。为了加快天井掘进速度，
14、缩短采准工作时间，我国广泛采用多工作面作业法，即凿岩工在第一个天井工作面打完眼后，随即转入第二个天井工作面打眼。与此同时，支柱工在另外的几个天井工作面进行支护，做好打眼前的准备工作。20普通法掘天井的适用条件采用普通法掘进天井，每个循环都要搭、拆工作台，都要搬运设备和器材，每隔几个循环又要搭、拆安全棚，延长管线，装配梯子间和岩石间，因此劳动强度较大，掘进速度慢、工效低、材料消耗大，根据部份矿山统计，采用普通法掘进天井的掘进速度平均每月只有2030m，工班工效只达0.2m，每m天井消耗木材达0.140.20m3。而且容易发生天井炮烟中毒和坠井事故。显然采用这种方法不能适应我国采矿事业日益发展的需
15、要。应迅速推广使用吊罐法，并试验使用深孔法；同时，还应抓紧对爬罐的试验改进，以及天井钻机的研制工作。以促进天井掘进工作的发展。21但是，普通法在下述条件下仍可考虑采用：（1）不适宜采用吊罐、爬罐掘进的短天井，其中特别是盲天井，如切割天井等；（2）在软岩或地质构造发育的破碎带中掘进需要支护的天井；（3）倾角常变的探矿天井，以及掘进溜井时，其下部一段特殊形状的井筒不宜采用其它先进方法掘进时，可采用普通法掘进。22吊罐法掘天井吊罐法掘天井普通法掘进天井存在着许多缺点，严重地阻碍冶金矿山生产的发展。吊罐法掘进天井，实现了凿岩、装岩、运输、提升等机械设备的配套使用，形成了一条完整的机械化作业线，不但改善
16、了作业条件，减轻了劳动强度，而且使掘进速度与工效有了大幅度的提高，为矿山持续均衡生产提供了有利条件。近几年来，我国有些矿山成功地使用吊罐法一次掘进高达100186m的通风井，成功地应用吊罐掘进联络道、采矿凿岩硐室以及进行竖井延深，大大地扩大了吊罐法的使用范围。23吊罐法掘进天井的实质如“图2-2-3”所示。它的特点就是以吊罐代替普通法中的凿岩工作台，同时又作为提升人员、设备、工具和爆破器材的容器。为此，在采用此法掘进天井时，首先要在天井断面中央打一个直径100300mm的中心孔9，以贯通上下两个中段。然后在上中段安装提升绞车l(游动或固定)。借此绞车和通过中心孔的钢丝绳3升降吊罐2。在吊罐的作
17、业平台上完成凿岩、装岩和联线等作业。放炮前把吊罐下放到天井下部平巷中去避炮。放炮通风后，将吊罐提升至工作面进行打眼，同时，在下部平巷用装岩机装岩。2425吊罐法掘进天井所用的设备吊罐法掘进天井所用的主要设备有：吊罐(直、斜)和提升绞车，以及配套使用的深孔钻机、凿岩机、信号联系装置、局部扇风机、装岩机和电机车等。为了缩短出碴时间，尚可使用斗式转载车或其它转载设备。现仅对施工中的主要设备吊罐和提升绞车加以介绍。26吊罐吊罐是凿岩、装药和联线的工作台，又是运载人员、设备和器材上下的装置器。因此要求它必须坚固耐用、轻便灵活、使用方便；在工作时要占满天井断面，避免人员和设备坠井；升降时要体积变小不易卡帮
18、；搬运时能随轨道移动而不需拆卸。吊罐按其控制方式有普通吊罐和自控吊罐；按其适用的天井的倾角有直吊罐和斜吊罐；按其结构有笼式吊罐和折叠式吊罐；按吊罐的层数有单层吊罐和双层吊罐；按吊罐下部的行走结构有轨轮式吊罐和雪撬式吊罐。下面仅就常用的几种吊罐加以介绍。27华一1型直吊罐华一1型直吊罐的结构如“图2-2-4”所示，主要由折叠平台（1）伸缩支架（2）保护盖板（3）风动横撑（4）稳定钢丝绳（5）行走车轮和（6）风水系统(本图未示出)等七部分组成，其主要技术性能为：2829折叠平台折叠平台由角钢和铁板焊接组成。因折页和挡架均能折叠，故称此平台为折叠平台。吊罐升降时将全部折页竖起，形成900900730
19、mm的升降容器，用以提升人员、设备、工具和爆破器材。吊罐提到工作面时，将各折页铺开，形成14001700mm的工作台，工人便可站在平台上进行打眼、装药等工作。为了盛放爆破器材，在工作平台上设有特制的炸药箱(图上未示出)。30伸缩支架伸缩支架是由两条可以伸缩的立柱与吊架焊接而成。立柱采用1005048和120605两种槽钢套接，用直径18mm的锁销定位。每根立柱下端分别用4个M16的螺栓与平台底座连接。吊架由角钢和铁板焊接组成，其上的圆孔借销轴与提升钢丝绳的V形吊钩和桃形环相连。在吊罐升降和作业时，将立柱拉长，使支架升高，便于人员站立和作业；当吊罐需要运搬时，将立柱缩短，使支架降低，便于吊罐在巷
20、道内运行。31保护盖板保护盖板是吊罐用以防止松石掉下伤人的安全保护装置。它是由两块7704005的铁板通过铰链与吊架连接，靠两个长185mm，直径27mm内装缓冲弹簧的支撑支于吊架两侧。吊罐升降过程中，支起盖板，罐内人员可受其保护而不致被下落松石打伤；作业时，放下盖板，以便进行工作。32风动横撑风动横撑是吊罐作业时，为防止其摆动而设置的稳定装置。横撑共有4个，反向对置，平行安装在平台底座下部。吊罐作业时，打开进气阀门，就可以将四个横撑分别支于天井两侧岩壁上。这样，不仅可以保护平台稳定，还可以减轻提升钢丝绳的负荷。吊罐运行时，将横撑缩回。33稳定钢丝绳在吊罐底座的四个角上对称地安装有四条长600
21、mm，直径28mm的钢丝绳。吊罐升降时，这些钢丝绳沿井壁滑动，以防止吊罐转动或摆动。34行走车轮吊罐底座上装有两对直径150mm、轨距600mm、轴距320mm的车轮，以保证吊罐在轨道上运行方便。35华一2型斜吊罐这种吊罐是掘进斜天井用的。它由罐体、吊架、保护盖板三大部分组成，如“图2-2-5”所示。其主要技术性能为：36罐体罐体是华一2型斜吊罐的主要部分，其结构性能与华一1型吊罐相同。它由折叠平台l、伸缩支架2、风动横撑3三个部分组成如“图2-2-5”。由于有吊架的关系，平台在靠吊架的一侧没有设置折页和挡架。伸缩支架通过插入吊架上的自位销孔a内的销轴与吊架铰接，可使作业平台在掘进不同倾角的天
22、井时保持水平位置。37吊架吊架是带动罐体升降和运行的部分，它由悬吊耳环4，行走车轮5和滑动撬板6三个部分组成。悬吊耳环上有四个并列的环孔b，可用销轴、V形吊钩与桃形环和提升钢丝绳连结；另有两个自位销孔a是连接罐体的。当掘进不同倾角的天井时，可选用适当的环孔与销孔，以保证吊罐升降时平稳。吊架底部装有两对车轮，除在轨道上运行之外，可在吊罐升降时，沿天井底板滚动，这样，就可以减少吊罐与天井底板岩壁之间的碰撞、摩擦，便于吊罐上下稳定运行。因此，在吊罐升降时，它可以起导向和减少摩擦的作用。为了减少震动，在车轮轴上安有减震弹簧。3839吊架下面还装有两条滑动撬板，是为了在吊罐升降时能协同车轮共同起导向和减
23、少摩擦作用的。40保护盖板保护盖板7借支撑8安在吊架上端，以保护罐内人员的安全。41提升绞车提升绞车是吊罐法掘进天井中升降吊罐的配套设备之一。用吊罐法掘进天井时，提升设备需要经常搬迁；提升时，因无导向装置，且往往因中心孔偏斜或天井四帮局部凹凸不平，则吊罐在运行中易发生碰壁卡帮，以及被落石冲击等情况。根据以上这些特点，对提升绞车除要求刹车可靠，有足够的容绳量外，还必须要求：提升速度慢，便于吊罐在上下运行遇到卡帮时进行处理，同时，也便于人员跟随吊罐下放的同时敷设爆破母线。绞车的提升能力不仅要求能承担吊罐本身及其所提升的人员、设备等全部重量，同时，还要考虑吊罐卡帮、落石冲击及过卷等情况产生时突然增大
24、的负荷，这样，电动机才不致烧坏。根据多年的实践证明，吊罐绞车的提升速度不得超过57mmin，提升能力应为其所提升的全部总重量的12倍。同时，还要求绞车搬迁方便，安装容易。42在吊罐法掘进天井中，我国采用的提升绞车有两大类型：固定式绞车和游动式绞车(简称游动绞车)。前者就是通用的慢速电动绞车，它提升能力大，但与游动绞车相比，安装复杂，运搬不方便，要求绞车硐室大(一般比采用游动绞车时大一倍以上)，故它仅与大型吊罐配套使用，一般矿山多使用游动绞车。游动绞车的最大特点是，它本身装有两对行走车轮，在吊罐升降时，绞车是不固定的。它靠钢丝绳缠绕卷筒时产生的横向推力使绞车在轨道上自行来往游动，这样，就保证了钢
25、丝绳在提放过程中始终对准天井中心孔，并使钢丝绳在卷筒上依次均匀地缠绕而不紊乱，从而就减少了钢丝绳与孔壁问的摩擦，以及吊罐在提放过程中因钢丝绳乱叠而造成的冲击动载荷，因而可以延长钢丝绳的寿命和使电动机不受到损坏。正是由于上述特点，也就将此种绞车取名为游动绞车。此外，游动绞车还具有体积小，搬运方便，安装容易，要求绞车硐室体积小等优点。43游动绞车是吊罐法掘进直、斜天井用得最广泛的专用提升设备。除少数矿山自制一部分外，绝大部分是由我国重庆矿山机械厂生产。该厂除生产功率为2.8千瓦的华一1型游动绞车外，为适应掘进高天井的需要，还生产了功率为4.5千瓦的提升能力较大的天井吊罐卷扬机(也可称游动绞车)，其
26、技术性能见“表2-2-1”。该两种绞车均系行星齿轮传动。4.5千瓦绞车由电力驱动，华一1型游动绞车为风电两用的设备。采用风马达驱动，虽然具有过载保护，可以控制风量实现无级调速，不必经常用刹车来控制速度，可以减轻操作者的劳动强度等优点；但是开动风马达时，噪音较大，影响司机与罐上人员的联系，同时，用压风作动力的成本比电力高，当风压不够高时，绞车的提升还受到风压的影响。因此，生产中很少使用风动的。此类提升设备主要与华一1型直吊罐、华一2型斜吊罐等轻型吊罐配套使用。4445提升钢丝绳是提升设备的主要部件，它不仅要负担吊罐本身以及所提升的人员、设备等全部重量，同时还要考虑卡帮、过卷时不被提升绞车拉断，因
27、此，必须要求钢丝绳的最大牵引力大干绞车的提升能力，才能确保人员与设备的绝对安全。为了适应上述要求，根据生产实践经验，应将钢丝绳的安全系数增大至十三倍以上才为安全可靠。此外，为了减少钢丝绳弯曲应力，在选择钢丝绳时，钢丝绳直径还必须与卷筒直径相适应。钢丝绳与吊罐的联接，我国除少数矿山采用绳卡外，大多数矿山都采用钢丝绳编插结构。采用绳卡的最大缺点是，上下空绳时，绳卡不易通过中心孔。此外，绳卡受震动容易松动，需要经常检查与拧紧。钢丝绳编插结构是将编插的钢丝绳段破成单股，用专用的编插工具将每股钢丝绳按顺序均匀地编插在主体钢丝绳内，这样，就形成了一个编插的钢丝绳环。编插长度不应小于800mm。这种编插结构
28、无接头，既牢靠，又易通过中心孔。因此，已被很多矿山推广使用。46吊罐法掘进天井前的准备工作开凿必要的硐室和钻凿中心孔是吊罐法掘进前的两项主要准备工作。其它准备工作有安装绞车和信号设施以及掘进前用普通法先开凿两茬炮的天井等等。47上下硐室的开凿在吊罐法掘进天井之前，为了安装设备、准备作业地点和放炮时便于吊罐避炮，必须在上下中段开凿硐室。（1）上部硐室上部硐室的规格尺寸主要根据中心孔钻凿的方向而定。若中心孔自下而上钻凿，上部硐室只是为了安装绞车，此时硐室规格只需考虑绞车的尺寸及操作方便即可。例如用华一1型游动绞车提升时，硐室规格为长宽高=3.02.22.0m。若中心孔选用地质钻自上而下钻凿，上部硐
29、室尺寸还应满足打中心孔时安装钻机和便于钻机操作的需要，具体尺寸视所用钻机而定。为了节省辅助工程量，上部硐室尽量利用原有坑道；如不足时，可据具体情况扩大。（2）下部硐室当采用装岩机装岩和中心孔自上而下钻凿时，下部硐室主要是为装岩和吊罐出入井筒用的，其尺寸以保证装岩和吊罐出入方便为原则。一般只需将连接天井处的长约45m的一段平巷适当加高即可。48如果用装岩机装岩和潜孔钻机(YQ一100或FQ一100)自下向上钻凿时，则需在天井下部开凿打中心孔的钻机硐室。其规格在打倾斜孔时：32.53m；打垂直孔时：2.52.53.0m。如果底部采用漏斗装岩，除进行上述准备工作外，还应在下中段开凿人行道、联络道和出
30、碴井，其布置如“图2-2-6”。如果是掘进大型主溜井，必须在下中段开凿放矿闸门硐室，以便在硐室内安装装岩用的临时漏斗，以及在硐室内安设板台，作为放炮时吊罐避炮的地方，其布置见“图2-2-7”。如果中心孔自下向上钻凿，此板台还可用来进行钻孔。495051天井下部用普通方法先掘进两茬炮。之后，通过中心孔放下提升钢丝绳系上吊罐，此后便可采用吊罐法掘进天井。52钻凿中心孔（1）钻孔设备的选择天井中心孔的钻凿可以采用地质钻机或潜孔钻机。当使用地质钻机钻凿天井中心孔时，都是自上而下进行的。地质钻机的优点是钻孔偏斜率比潜孔钻机小，作业条件好。但穿孔速度慢，工效低，同时必须开凿较大的硐室。采用潜孔钻机自下而上
31、钻凿时，下部安放钻机的硐室就可以作为天井下部的一段，同时穿孔速度比地质钻机快，工效也高。因此，除钻进深度大干60m的中心孔需要使用地质钻机外，其它情况均宜采用潜孔钻机钻凿中心孔。但是，必须指出，潜孔钻机钻孔时的偏斜率还是较大的，同时，穿孔效率还不能适应生产发展的需要。因此，研制一种效率高，偏斜率小，同时又能钻较深的钻孔的新型钻孔设备，对吊罐法的推广和应用将起着重要的作用。中心孔直径一般采用100130mm。53（2）中心孔钻进的偏斜问题无论用地质钻机自上而下钻进或用潜孔钻机自下而上钻进，中心孔的偏斜都是经常发生的。中心孔钻进深度越大，其偏斜越严重。钻孔偏斜较大，则不便于吊罐的上下和安全施工。尤
32、其是中心孔偏出了天井断面之后，为了找孔，还必须增加为找孔而开凿的工程量。偏斜很严重时，必须重新钻凿新的中心孔，因而会拖延施工的期限，增大掘进成本。从这里我们便可以看到吊罐法掘进天井的关键工程是中心孔的钻凿质量。为此，除了研制一种效率高，偏斜小，同时又能钻凿更深的中心孔的钻机外，在目前应在生产实践中仔细观察分析中心孔发生偏斜的原因，找出行之有效的措施，做到及时纠偏，确保钻孔的偏斜率不超过2(指偏离中心孔的距离与天井长度之比)。54潜孔钻机钻凿中心孔产生偏斜的原因是多方面的，有客观因素，也有主观因素：1）钻机安装不正，不牢，校正工作不严，造成起始偏斜和钻进过程中的的连续偏斜。2）当钻孔穿过软硬不均
33、的岩层时，因岩石的可钻性不一，易发生有规律的偏斜，例如，当钻头由软岩层进入硬岩层时，如钻孔方向与岩层层面倾角相接近，钻孔将沿层面偏向软岩层一方如“图2-2-8”。当钻头通过断层节理裂隙发育地带，而断层面和裂隙方向与钻孔方向相近时，钻孔通常是沿断层面或裂隙面偏斜。在其它情况下钻孔多向断层面或裂隙面的下盘方向偏斜。3）打倾斜孔时，因钻杆重量的影响，钻孔易向下偏斜。一般钻孔倾角越大，岩石较硬，钻孔较短，偏斜越小；相反，倾角越小，岩石较软，钻孔较长，则偏斜越大。554）操作不熟练。比如开孔时，孔口不平就开钻；又如什么时候推进要快，什么时候推进要慢，没有根据岩石的变化情况来调整；开钻后，哪些部件易松动，
34、哪些部件已经磨损，不甚了解等，都可能导致钻孔偏斜。其它，如钻杆在钻进中发生摆动，钻杆本身已经弯曲，某些钻孔事故处理不当等等，也是引起钻孔偏斜的原因。从以上分析可以看出，主观上的因素是主要的，某些客观因素，经人们发现之后，采取了相应的措施，问题也可以得到解决。根据孔斜原因，采取以下措施可以适当地防止或减少潜孔钻机钻孔的偏斜：561）首先要了解天井中心孔穿过岩层的情况及其变化的情况，了解断层、破碎带、岩层变换等的确切位置，以便提前采取相应的措施；另一方面在钻进过程中，要经常注意钻孔内淌出的泥浆颜色的变化，注意推进速度是否发生突变，注意卡钻情况的发生，做到及时地调整推进压力和采取相应的措施。5758
35、2）打倾斜孔时，为了克服钻杆重量影响所造成的钻孔偏斜，在安装钻机时，可根据钻孔的偏斜方向和偏角大小，朝相反的方向偏一个校正角，如“图2-2-9”所示。也就是说，要求钻机的开孔角度比钻孔设计倾角要大一个校正角，这样就可以使钻孔上口最后仍落入设计位置。校正角的大小，需视岩石性质、钻孔倾角和天井高度来确定。一般说来，在岩软、钻孔倾角较小、井高时，所用的校正角要大一些；在岩硬、钻孔倾角较大、井浅时，校正角要小些。3）开孔时，为了使孔口处的岩石平整，为钻孔创造较好的条件，开钻时不应给压太大，待钻头将岩面磨平，最好钻进300400mm经校正无误以后，再给足全压进行钻进。切不可急于求成，以免起钻之初就发生偏
36、斜。594）为了减少钻杆在钻进时的摆动，可以在冲击器后面，接一导向钻杆，以协助冲击器定向。导向钻杆是由一节钻杆外面焊有34根长500700mm的圆钢做成。它直接与冲击器相连，其构造如“图2-2-10”所示。605）确保钻机的安装质量，也是防止钻孔偏斜的重要措施。一般在安装钻机时，必须使钻机位置对准孔口的位置、方向和倾角，并应适当加一校正角。钻机的安装位置必须用半圆仪和垂球校正。立柱的上下端岩面最好要平整些，上下两端都要垫上木板。立柱上下端的岩石应力求坚固稳定，并注意立柱上下端是否抵紧。在钻进中要经常注意钻机的某些部件是否松动，以便及时拧紧。6）经常检查钻杆是否发生弯曲；对已经弯曲的钻杆，必须经
37、过矫正之后才能使用。7）注意钻工的技术培训，提高其责任感和技术水平；相应地还要制定一些必要的操作规程，以切实保证提高钻凿中心孔的质量。61设备及管线安装(1)在上部铺设轨道轨道的铺设必须要求水平，同时轨道的中心线应与中心孔的中心相适应，以便保证绞车在钢丝绳的横推力作用下自行地在轨道上来往游动，使钢丝绳始终自动对准中心孔。铺轨后，即将游动绞车推入硐内。为了防止杂散电流造成爆破事故，绞车硐室内的轨道切忌与电机车轨道相连。(2)安装风水管、爆破及照明线路和专用讯号联络装置绞车硐室和下部中段与天井工作面之间的讯号联络，通常要用敷设的专用电铃和电话线路来保证的。这些线路是通过附近天井或钻孔敷设的，应当及
38、时检查讯号是否畅通。此外，在掘进天井之前，还要在下中段敷设专用的爆破线路。采用普通电雷管起爆耐，为了保证爆破作业的安全，在装药前切断作业地点的一切电源，还必须在上下中段距离作业地点50m处，在各种电源线路上安装断源开关。62掘进工作在完成上述准备工作之后，便可开始天井上掘工作。在每个循环开始之前，首先从上中段由绞车工经中心孔往下放钢丝绳，井底由装岩工对上一循环爆下来的岩石进行洒水。此时，凿岩工把作业时所需的凿岩机、钎杆及爆破器材等装入吊罐内(爆破器材需放在特制的炸药箱内)。等钢丝绳放到井底后，打停铃，凿岩工取下重锤，用销轴将吊罐挂在钢丝绳上，并撑开保护盖板，然后发出提罐信号。当吊罐提至离井底岩
39、碴面后，凿岩工发出停罐信号。待吊罐停稳后，两名凿岩工迅速进入罐内各站一方，再发出提罐信号。在提罐过程中，应根据情况发出落罐或停罐信号，以处理卡帮或松石，然后继续提升。当吊罐提至距工作面约2m时便停罐。这时，凿岩工站在保护盖板的下面处理工作面松石，待认为安全后方可放下保护盖板，用信号通知下部人员开风水门，打开风动横撑，稳定吊罐，展开工作平台的折页，开始凿岩工作。63如果是采用凿岩与出碴平行作业，在工作面凿岩的同时，装岩工便可以在井底装运上一循环爆下来的岩碴。凿岩结束后，凿岩工收拾凿岩工具，用高压水冲洗吊罐，缩回风动横撑，用信号通知下部人员关闭风水门，然后，凿岩工进行装药联线工作。装药联线完毕，将
40、平台折页竖起，撑开保护盖板，然后通知绞车司机落罐。在落罐过程中，同时下放爆破母线。当吊罐落至离井底05m时停罐，待凿岩工出罐后继续落罐，直至拖到井底轨道以后，摘下钢丝绳，挂上重锤，通知绞车司机提升空绳。同时，用人力或装岩机将吊罐拉到距天井口34m的安全处(吊罐避炮硐室或平巷)避炮。待空绳提至上中段后，绞车司机将绞车推离中心孔。上下经联系好后，接好母线，合闸起爆，同时开动下部局部扇风机。响炮后绞车司机立即把高压风水胶皮管插入中心孔，由上而下吹走炮烟。当炮烟被排除之后，便开始下放钢丝绳进行下一作业循环。如果是采用凿岩与出碴顺序作业，此时便可以开始出碴。当岩碴出净以后，就开始下一次作业循环。下面介绍
41、吊罐法掘进天井的主要施工工艺要点。64凿岩爆破用吊罐法掘进天井时，由于吊罐需要沿井筒升降，钢丝绳需要通过中心孔上下，因此，保证井筒规格质量和中心孔不被堵塞，就成为凿岩爆破工作中十分重要而突出的问题。如果这一工作没搞好，将直接影响吊罐施工的安全和掘进速度，因此，必须严肃认真对待。采用吊罐法掘进天井时，打眼采用YSP-45型凿岩机。一般有两名凿岩工上罐负责凿岩、装药和联线。凿岩时，两名凿岩工各站在工作平台的一侧，对称进行打眼，这样有利于吊罐保持受力均衡，不致因打眼而发生摇摆。65天井掘进的炮眼排列很重要，炮眼排列的好坏直接关系到一茬炮的爆破效果，特特是在天井的断面小，围岩对炮眼的夹制性大的情况。因
42、此，过去采用普通法掘进时的爆破效果不好，炮眼利用率低。吊罐法掘进天井由于有中心孔可以作为人工自由面，而改善了爆破条件，故在排眼时都要考虑如何利用中心孔作爆破自由面，并使眼深不受天井断面小的限制。施工中一般采用直线掏槽，其掏槽眼必须与中心孔保持平行。掏槽眼距中心孔的间距，应根据岩石性质来确定，一般在硬岩中采用的间距较小，软岩中较大。66掏槽眼是最先起爆的炮眼，它的爆破条件最差，它的装药量自然较其它炮眼多。一些矿山掘进天井的实践证明，掏槽眼多装药不仅可以保证掏槽效果，而且可以使中心孔不被挤死。在硬岩中其装药系数一般控制在8085，l号掏槽眼甚至可达90，软岩中一般应控制在7080左右。在斜天井掘进
43、中，为了保证底板比较光滑平整，有利于吊罐沿底板上下滑行，天井底板要求采用多打眼少装药的光面爆破法进行爆破，这样，有利于保证底板在爆破时获得平整轮廓。必须看到，当用斜吊罐掘进斜天井时，由于天井的底板不平整光滑，修整底板的时问和吊罐上下滑行所花的时问比较多，显著地影响天井掘进的速度，故在掘进斜天井时，对怎样保证底板平整应给予足够的重视。67起爆方法有激发器起爆非电导爆管和电雷管起爆。为避免杂散电流的威胁，一般多采用激发器起爆非电导爆管的起爆方法。在电力点火的方法中，各矿山又用了多种不同的方法。例如有用高电阻丝直接引燃炮眼中起爆导火线的点火方法；有用点火电桥通过引火导火线和铁皮三通再引燃起爆导火线的
44、点火方法。6869（1）利用点火电桥、引火导火线和铁皮三通通电点火的方法其网路联结如“2-2-11”图所示。图中l为点火电桥，系采用迟发普通电雷管的引火头部分做成，用于通电后点燃引火导火线2。铁皮三通3分别与各炮眼的起爆导火线4相接。接通电源以后，点火电桥产生爆炸，点燃引火导火线，再由引火导火线依次点燃各炮眼中的起爆导火线，这样就引起各炮眼中的雷管爆炸，而达到起爆炸药的目的。各炮眼的爆破顺序可由三通的置放先后顺序或每一炮眼中导火线的长度来控制。起爆电源可用井下的36伏照明电。在听到点火电桥爆炸时发出的响声后，应立即从天井内拉出爆破母线5，放在安全地点，使其不被爆下来的岩石打坏，这样，可以节省母
45、线的消耗量。70利用上法起爆时，为防止爆破时发生故障，必须采取以下措施：1）三通一定要夹紧，以使引火导火线在外力作用下，仍然与起爆导火线保持良好的接触。2）工作面有滴水时，三通联接处必须用防水胶布包扎，或用黄油涂抹，并且要将三通口朝下。3）必须注意不使引火导火线切口受潮。4）在引火导火线上安装三通时，必须使引火切口对正三通口，夹紧后应再检查一次。7172(2)利用高电阻丝通电直接点燃导火线的起爆方法其爆破网路如“图2-2-12”。高电阻丝系采用31号铁铬铝电热合金丝(即电炉的电阻丝，规格为220伏，12千瓦)。此法是将长约20cm的电阻丝横穿导火线药芯。从装药联线方便考虑，一根电阻丝穿过的导火
46、线数，以四、五根为宜。在电阻丝穿过的地方和导火线的端部，都要用防水胶布包扎，以防水浸入导火线药芯。电源接通后，由高电阻丝所产生的热能点燃导火线，最后导致炸药爆炸。为了从天井内及时拉下爆破母线，使其不被爆下来的岩石打坏，在网路中安有一个信号雷管用来告知通电后导火线点燃与否。等信号雷管一响，马上就从天井内拉出母线。每个炮眼的爆破顺序由导火线的长度来控制。根据施工实践证明，使用高电阻丝点火，要用380伏的交流电源，这就更有利于保证在有杂散电流威胁的情况下爆破工作的安全。73以上两种起爆方法，都可以保证在有杂散电流情况下安全作业，特别是第二种方法受杂散电流的威胁更小，操作更简单。采用普通电雷管起爆时，
47、在装药之前，必须测定杂散电流。为确保作业的安全，要求杂散电流不超过50毫安，电压不得超过3伏。如已超过，必须将上下中段50m以内的各种电源切断，待杂散电流和电压降低后，才允许装药。联线时应注意避免脚线接点与大地接触，以免因杂散电流而造成早爆事故。采用吊罐法掘进天井时，爆破网路必须要求接牢，并应用木桩将网路固定在天井周帮一角处(如系倾斜天井应固定在天井顶帮一角处)，使线路尽可能远离中心孔，以免下罐或收钢丝绳时将线路拉脱。爆破母线与脚线联结时，必须将母线的另一端短路并用胶布包好。落罐时由一人专放母线，并设法分段固定在井帮一角处(这种固定应以不妨碍起爆后将母线拉出为原则)。待罐下至井底，人员出罐，上
48、下中段的人员和作业设备撤到安全地点，上下取得联系后，才允许合闸起爆。74通风防尘用普通法掘进天井时，通风所占的时间较多，特别是在高天井掘进时。采用吊罐掘进天井，就可以利用中心孔加强通风，有利于缩短通风时间。常用的方法是，在上中段通过中心孔下放胶皮风、水管(下放深度约10m左右)，通以高压风和高压水，将炮烟自上向下吹洗，同时于下中段天井口附近安设局部扇风机将炮烟向外抽出。这种方法效果较好，大约在1015分钟内就可将炮烟自井筒内全部排出。此外，为了缩短通风时间，有的矿采用了在上中段中心孔上端安装高压离心式风机(8185号)利用中心孔进行抽风的方法，如“图2-2-13”所示。一般放炮后1015分钟也
49、可以将天井内的炮烟排净。此法的主要特点是节省了高压风和高压水的消耗，但安装工作较复杂。采用此法时，在风机进风口风筒中应加设铁丝网，以防止抽出的碎石打坏风机叶轮。同时，在进风口一侧，风筒各联接处都要加装橡皮垫圈，以防止漏风，否则，将严重影响通风效果。风机的出风口应接风筒，以便将炮烟送至巷道外。7576在下中段安设的轴流式风机，仍需保留，这对于抽出下部因装岩而产生的粉尘和放炮后由天井溢出到平巷的炮烟仍起一定作用。为了防止二次扬尘，该矿在吊罐上安装了清洗井壁用的喷雾洒水装置。由于中心孔的存在，应用以上各法都可以在15分钟左右将炮烟排除干净，但防尘的方法仍停留在喷雾洒水和湿式凿岩的水平上，工作面附近的
50、粉尘浓度仍然较高，有待进一步改进。77出碴为了缩短出碴时间，出碴可与凿岩平行作业。装岩方法目前广泛应用装岩机装岩，其次还有采用漏斗装岩的见“图2-2-6”。漏斗装岩方法的效率虽高，但只适用于天井下部结构可以作为生产中的人行井和联络道，或者在缺乏装岩机的情况下。78劳动组织与作业方式采用吊罐法掘进天井，虽然解决了掘进工作中的机械化问题，但如果不采用合理的劳动组织与作业方式，要发挥设备的作用来提高掘进速度与工效也是不可能的。根据我国各矿山组织快速掘进的经验，采用吊罐法掘进天井，最好成立专门吊罐掘进队，下设准备小组和掘进小组，由掘进队统一进行领导。其中准备小组主要负责打天井中心孔，开凿天井上下硐室，
51、以及运搬与安装设备(主要指吊罐与绞车)等，其人数可根据实际情况配备。掘进小组主要负责天井的上掘工作。一般采取三班作业制，每班配备凿岩工2人，负责打眼放炮，检查吊罐，清洗吊罐与装岩机及准备工具、材料等；绞车工1人，负责开绞车，放炮后，由中心孔用胶皮管向下输送高压风和高压水吹洗炮烟，还负责信号联络及处理中心孔堵塞等；装运工主要负责完成出碴工作，其人数可视实际情况确定，但其中应有人兼管信号联络，并在吊罐升降时，负责风水绳和电缆线缠放工作，以及协助凿岩工做好工具、材料的准备工作。此外，每个班或每个圆班还应配备一名机修工，负责设备的维护检修工作。各工种虽有具体分工，但又应紧密协作，互相配合。79采用吊罐
52、法掘进天井，为了加快掘进速度，一般都是将作业循环中费时最多的凿岩与出碴两个工序组织平行作业。此时，并应注意把眼深选择适宜，以便使出碴和打眼能同时结束。采用单工作面作业，根据多数矿山实践，每班可完成23个作业循环，其循环图表如“表2-2-2”所示。8081为了进一步提高掘进速度与工效，一些矿还采取了多工作面作业法，即给一个掘进队配备几套设备，在几个天井中交替地进行循环作业，也就是以吊罐群围歼灭井群的方法。实践证明，采用这种作业方式，有利于发挥人的主观能动性，提高工时利用率，缩短辅助作业时间，使掘进速度与工效得到较大幅度的提高，是一种较好的作业方式。兹将国内吊罐法掘进天井的指标、采用的作业方式和劳
53、动组织列于表2-2-3中。8283对吊罐法掘天井的评价与普通法掘进天井比较，吊罐法掘进天井有如下的一些优点：（1）用普通法掘进天井，在作业前，工人需要架设凿岩工作台、安全棚和梯子；作业时，工人要携带机器和爆破器材爬梯子，劳动强度甚大。而吊罐法掘进天井，由于以吊罐代替了凿岩工作台，同时又兼作人员、设备、工具、材料等的提升容器，因而在掘进时不需要架设凿岩工作台、安全棚和梯子，人员、设备等由吊罐直接提放，故使工人劳动强度大大减轻。（2）普通法掘进天井，爆破后炮烟不易迅速排出，工人常有炮烟中毒的危险；而吊罐法掘进天井，由于可以利用中心孔进行混合式通风，因而可以迅速地排除炮烟，从根本上杜绝了炮烟中毒事故
54、，使作业条件大为改善。84(3)吊罐法掘进天井比普通法机械化程度高，工序简单，辅助作业时问短，爆破效率高(由于有中心孔做爆破自由面)，因而大大地提高了天井掘进速度和工效。如用普通法掘进天井，每天只能完成一个作业循环，月进尺通常只有2030m左右，其工作面工效一般只有0.150.2m工班。而用吊罐法掘进天井，大大地缩短了作业循环时问，每天三班作业，每班可完成24个循环，因而，掘进速度比普通法可以提高510倍，工效可以提高25倍。(4)由于吊罐法不需要架设凿岩工作台、安全棚和梯子，因此与普通法相比，可以节省木材90以上。(5)由于以上一些原因，使掘进成本大为降低。85(6)设备轻便灵活，使用方便，
55、结构简单，制造维护容易，有利于推广使用。从上所述，可见吊罐法是一种多、快、好、省掘进天井的方法。但是，该法只适用于中等以上硬度(f8)，不需要支护的稳定岩层中，在松软、破碎的不稳定岩层中不宜采用。同时要求天井倾角不应小于650，否则，将给吊罐运行带来极大困难，甚至还可能产生翻罐事故。吊罐法虽然可用于掘进高达200m的高天井，但生产实践表明，随着天井高度的增大，吊罐法的优点显著降低，特别是掘进高天井时，中心孔的偏斜率不易控制，使井筒位置难以达到设计要求。所以，从控制天井方向和改善掘进技术经济指标出发，采用吊罐法掘进天井的高度，一般以3060m为宜。86采用吊罐法掘进天井，也存在以下一些缺点和问题
56、：(1)掘进斜天井时，风水绳和电缆线易被落石打坏，影响掘进工作的正常进行。(2)采用吊罐法掘进天井，虽然通风条件比普通法有较大改善，但凿岩时，工作面粉尘浓度依然较大，对工人健康有一定影响。(3)不适于高天井、盲天井和倾角小于650的斜天井的掘进，因此，其使用范围受到限制。(4)在薄矿脉中，沿脉掘进斜天井时，由于中心孔的偏斜难以控制，一般容易使天井脱脉掘进，不但对探矿不利，还给采矿贫化率和损失率带来影响。87为使吊罐法进一步完善，今后应着重研究解决以下几方面问题：(1)进一步改进斜吊罐的结构，以保证吊罐升降的稳定性。(2)研究降低工作面粉尘浓度的综合措施，进一步改善作业条件。(3)研究简易可靠的
57、信号联系装置，进一步保证吊罐作业安全。(4)研制一种重量轻、效率高、偏斜率小的钻凿中心孔用的新型钻孔设备，以提高穿孔效率和吊罐法的适用高度。88深孔爆破法掘天井深孔爆破法掘天井深孔爆破法掘进天井，就是用深孔钻机按天井断面尺寸，沿天井全高自上向下或自下向上钻凿一组平行深孔，然后分段爆破，形成所需要的天井，见“图2-2-14”。这种方法施工时的最大特点是：工人不进入井筒内作业，一般不受岩层破碎与否的限制，所需的设备较少，人员的作业条件和安全获得了显著改善。深孔爆破法掘进天井，适用范围较广，在技术上是可行的，其工艺基本上是成功的。89深孔爆破法掘天井工艺钻孔设备钻孔的质量和速度是决定深孔爆破法掘进天
58、井能否成功，能否迅速发展的一大关。钻孔的质量标准是：钻孔偏斜率要小，孔与孔之间要保持平行。保证钻孔的质量和速度的关键是解决钻机和配套的钻架问题。当前，我国多采用YQ一100、反修一100潜孔钻机和YZ一90，及FJl700深孔钻机进行钻孔。从便于控制深孔方向，减少深孔的偏斜出发，采用YQ一100型等潜孔钻机时，以打下向孔为好。但打下向孔时，深度不能过大，否则，排粉困难，容易发生卡钎事故。实践表明，采用YQ一100型钻机打40m以内的深孔是可以的，同时，在打下向孔中，断钻头，掉合金片时，处理困难，因此要求钻头质量较高，操作更需留意。9091FJl700型深孔钻机是天津风动工具厂仿照瑞典辛巴一5型
59、制造的，由YZ一100外回转凿岩机、螺旋推进器、钻架组成。FJl700型深孔钻架的优点是：(1)钻架的立柱仅需一次安装和定向，不必移动便可钻凿整个天井的全部平行深孔。(2)由于只需一次定向，钻孑L的偏斜也会减少。(3)钻架采用液压操纵，凿岩时换孔移位时间短。(4)工人劳动强度小，操作条件好。FJl700深孔钻机曾进行过生产试验，其主要问题是：钻机的总重量较大，对钎钢的质量要求高，用普通钎钢易断钎，钎杆折断时，不易打捞。92在国外，瑞典使用辛巴一5型钻机。它是一种天井专用钻机，配有BBE57型外回转凿岩机，可以钻凿直径为5176mm的深孔，凿岩机可在内径为860mm和外径为3400mm的范围内钻
60、凿与立柱平行的深孔；深孔在3040m以内时，深孔的偏斜一般不超过0.51.0。苏联、日本多采用HKP一100型潜孔钻机，它可以钻凿直径为85105mm的深孔，它的穿孔速度快，钻凿的深孔可达50m，在正常情况下，深孔的偏斜不超过0.51.0。深孔爆破法凿岩工作的关键是解决钻机问题。要有适合深孔法使用的钻机，它应首先满足钻孔准确度的要求，保证钻凿出偏斜小的平行炮孔；其次是钻速要高，以加快天井掘进速度。目前我国有关厂矿和科研单位，除对上述钻机继续进行研究改进外，正在研制效率高的牙轮钻机和使平行炮孔偏斜小的钻架，以提高深孔的钻凿速度和准确性。93钻孔爆破工作正确地选择钻孔爆破参数和进行装药放炮工作是深
61、孔爆破法掘进天井的另一个关键问题。a、钻孔爆破参数钻孔爆破参数，系指深孔直径、个数、孔距和分段爆破高度等。这些参数应根据所用钻机、掏槽方式、炸药种类和天井断面的大小来决定。由于影响因素很多，目前还没有统一的计算公式，只有根据所在矿山的具体条件，经过反复实践才能求得正确的钻孔爆破参数。下面介绍一些经验数据，供参考。94深孔直径主要决定于所选钻机的类型、穿孔速度、岩石的性质、天井断面大小、天井周界要求的规整程度。我国采用潜孔钻机时，深孔直径多为90105mm，少数的空眼直径为100130mm；采用FJ1一700深孔钻机时，深孔直径多为5176mm。从国内外深爆破法掘进天井的实践来看，由于天井断面较
62、小，爆破时的夹制性大，在岩石较硬的情况下，用少数几个大直径深孔崩落天井，要想获得较整齐的断面是不易的，更何况大直径深孔的穿孔速度要慢得多。因此，近来深孔法中装药的深孔有减少直径的趋势；而中心孔则相反，都要求增大直径，以利于提高爆破效果。比如某矿在试验中认为，采用直径110mm空心孔掏槽，效果比直径70mm空心孔掏槽要好。瑞典波达斯矿在硬岩中掘进断面为4m2的天井，装药孔直径为51mm，空心孔直径为110150mm。日本的丰羽铅锌矿，在掘进直径为26m、高21m的天井，空心孔直径105mm，装药孔直径为50mm。苏联古布肯矿为了打直径为300mm的空心孔，使用了HKP一100型潜孔钻机和专门制造
63、的PC一300扩孔器。95深孔的个数和深孔的间距要根据岩石性质、深孔的直径、天井的横断面尺寸和掏槽方式来确定。某铁矿在节理发育、爆破性好的岩石中开凿断面为0.54m2的天井时，炮眼直径为105mm左右，其深孔数目为13个，深孔间距在1.2m以内。有的矿在f=814的灰岩、砂岩中开凿2.254m2断面的天井时，采用直径为95120mm的深孔79个。瑞典波达斯矿在硬岩中开掘4m2断面的天井，采用一个直径为110150mm不装药的中心孔，和1520个直径为51mm的其它深孔。苏联塔什塔哥尔矿在f=1216的岩石中，开凿断面为4m2的天井，深孔直径110mm，深孔数目采用7个。深孔法掘进的掏槽方式可分
64、为以空炮孔为自由面的掏槽和以天井工作面为自由面的掏槽如“图2-2-15”。下面分别介绍两种掏槽方式的原理及钻孔爆破参数。9697空炮孔掏槽是在孔内连续装药，以空炮孔为自由面，各掏槽孔向中心孔自由面爆破，形成掏槽空问，其作用原理与浅眼爆破法中的直线掏槽完全相同。我国以空炮孔为自由面的掏槽方式使用较多，如某矿的深孔排列如“图2-2-16”所示。空炮孔掏槽时，爆破效果的好坏，取决于空炮孔的直径和装药孔与空炮孔的距离。空心孔越大，即自由面越大，爆破效果越好。掏槽孔之间的距离，目前可根据岩石性质、深孔直径的大小，按经验数值选取。某铅锌矿在中硬以上岩石中，装药掏槽孔与空心孔之间的距离一般采用350500m
65、m左右。9899国外有的研究认为，掏槽孔与不装药的中心孔之问的距离应为掏槽孔直径的2.64倍。因此他们建议：在f=610的岩石中，深孔直径为75100mm，间距为孔径的3.083.5倍；在f=12以上的岩石中，孔径为150200mm时，间距为孔径的4.34.5倍。瑞典在采用中心孔掏槽时推荐采用“表2-2-4”、“表2-2-5”中的参数。100101102以天井工作面为自由面的漏斗掏槽法的特点是：不留空孔，中心孔也装药，各掏槽孔采用集中装药，装在各掏槽孔中的炸药与天井底部自由面的距离不一样。爆破时，中心孔以天井工作面为自由面爆破，其余掏槽孔均以前一深孔爆破后所形成的爆破漏斗为自由面进行爆破，从而
66、形成一段掏槽空间。所有外围周边炮孔采用一次爆破。漏斗掏槽的优点，是不需要大直径的空心孔，而且所需的炮孔直径较小，炮孔的精确度也不像空心孔掏槽要求那样高，炮孔堵塞事故也少。但漏斗掏槽的装药深度必须严格控制，每次的爆破分段高度也较低。漏斗掏槽的方式在瑞典应用较多。漏斗掏槽的炮孔布置通常是钻5个直径为64或76mm的炮孔，其中一个在中间，四个在边角。为了爆出整个天井断面，对4m2或8m2的天井，应再分别钻58个64mm的周边孔，钻孔布置如“图2-2-17”。103104图2-2-17瑞典波立登矿山公司采用的漏斗掏槽炮孔布置图(a)4m2天井，5个76mm掏槽孔和5个64mm周边孔；(b)8m2天井，
67、5个76mm掏槽孔8个64mm周边孔瑞典漏斗掏槽有关参数计算如下：在掏槽过程中，中心孔爆破时，能否准确地形成圆锥形自由面极为重要，因而必须求出中心孔的装药量和最佳装药深度，才能在爆破时形成必要的自由面和确定四个边角炮孔的距离。（1）第一个掏槽深孔集中装药长度第一个掏槽深孔集中装药长度为深孔直径的6倍时，爆破效果最好，即：Lo=6d(mm)-（2）第一个掏槽孔的最佳装药深度在中心孔内进行装药，如果装药量和装药深度(中心孔药包中心至天井工作面的距离)适宜，就能形成以药包中心为顶点的圆锥形漏斗如“图2-2-18”。其最佳装药深度为：Lzj=13.7d(mm)105（3）整个掏槽深孔组的掏槽深度其余掏
68、槽孔的装药深度，可依次增加100200mm如“图2-2-19”。因而整个深孔组的掏槽深度为：Lxh=13.7d+4(100200)(mm)（4）中心孔至四个边角孔的距离a=(0.580.7)Lzj(mm)以Lzj=13.7d代入上式，则得：a=(7.99.6)d(mm)106107108深孔法掘进天井时，全部深孔一次钻成，但爆破时多数不是一次同时起爆崩成的，往往是把整个天井分成若干个爆破分段自下向上顺序爆破来实现的。爆破分段大，能节省爆破材料，节省辅助作业时间。但分段高度过大难以保证好的爆破效果。因此，在确定爆破分段高度时，必须根据岩石的性质、天井断面大小、深孔的直径、掏槽形式、炸药的性质等诸
69、因素综合考虑。某铁矿，由于岩石节理发育，爆破性好，15m以内的天井一次起爆；1525m的天井分两段起爆；25m以上的天井分三段起爆，均能保证好的爆破效果。109某铅锌矿，通过试验研究认为，当采用平行空心孔掏槽的分段高度以34m为宜，而采用漏斗掏槽时，分段高度以23m为宜。瑞典矿山采用平行空心孔掏槽，空心孔直径150mm时，爆破分段高度不大干4m；空心孔直径为114127mm时，爆破分段高度不大于2m。采用集中装药漏斗掏槽时，爆破分段高度为13.7d+600mm。110装药爆破工艺(1)装药方法及起爆顺序深孔分段爆破法掘进天井时，爆破是从下而上一段一段分次爆破的。对于第一分段爆破的装药方式，通常
70、采用自下往上的方式进行，其装药工艺与采场中深孔装药基本相同。从第二分段开始，一般均采用自上往下装药的方式，这种装药方式如“图2-2-20”所示。111112装药前孔底的堵塞是否良好对爆破效果很有影响。如孔底堵塞不好，则很可能由于其他炮孔先爆，将孔内炸药震落。这样，不仅该炮孔失去作用，而且也严重影响其他炮孔的爆破效果。当采用平行空炮孔掏槽时，由于装药掏槽孔与空炮孔间距不大，爆破时岩石主要是沿着空炮孔方向破坏，故此时炮孑L底部的堵塞高度不宜过高，否则将产生带“眼镜”的恶果，一般孔底堵塞以0.30.5m为限。进行孔底堵塞时，首先在一小圆木(长约0.25m左右，直径以能顺利通过炮孔为准)长度的中间位置
71、钻一小孔，以细铁丝穿过小孔并绑紧悬吊于孔底外，使它横着堵住孔口。再以木楔丢入孔内。为使木楔与孔底孔壁之间楔紧，自上部悬吊一小锤下放至孔底冲击木楔。当木楔楔紧后，丢入23个炮泥。如果孔壁淋水较大，此时切勿加堵炮泥，否则，孔底会大量蓄水，影响装药或爆破效果。113此后即向孔内装药。国内一般采用柱状药包。装药时用细麻绳和小钩将药卷一个一个挂着装入炮孔。绝不允许将药卷往炮孔里扔，这样容易卡住而装不到底，影响爆破效果，处理也很麻烦。装药时，必须使各孔的装药高度保持在同一水平。如果参差不齐，则装药较高的炮孔，会将装药低的炮孔挤死。如果采用漏斗掏槽时，每个深孔内的装药长度和位置，必须按设计进行。为了保证预期
72、的爆破效果，特别要加强装药堵塞时的测量工作。装完药后，上部充填0.30.5m高的炮泥。起爆方法可采用秒差或毫秒电雷管，也可用火雷管；为使药包起爆可靠，一般多采用双雷管，有时还加入导爆线。爆破顺序是掏槽孔先爆，其次是辅助孔，最后是周边孔。114采用雷管起爆时，导火线可拖出孔外点火，这样比较安全。但由于导火线本身的燃速。误差，导火线过长时很难保证起爆顺序。也可以使起爆药包的导火线长34m，点火后再吊着送入孔内。采用此法引爆时，应将所有炮孔装药后，顺序点火吊着下放，最后襄入一覆盖药包，此覆盖药包可直接送入孔内自重下落，再在其上丢入34个炮泥堵塞。为了缩短整个天井下放起爆药包所需的时间，可以采取将整个
73、工作面炮孔分区，由多人同时进行，但每人负责下放起爆药包的炮孔数以不超过23个为限。115集中装药漏斗掏槽的起爆顺序是：先将天井全长的掏槽孔分段爆破，一直进行到距天井上端4m的地方为止，以防掏槽孔外面的周边孔受损失和保证周边孔装药时有个安全的站脚台。以后，如果天井下面有足够的空问能容纳崩落的岩石，就用周边炮孔将天井全长一次爆破。否则，就得先将天井上端4m处以下的周边孔崩落，把岩石装走，再将天井上部4m的掏槽孔、周边孔一次起爆。为了防止天井口形成大喇叭口，在放天井最后一茬炮时，采取孔口少装药，增长堵塞长度，使井口规格达到设计要求。116(2)爆破效果的检查每次爆破和通风之后，应对爆破效果进行检查。
74、检查的内容有：爆破进尽、各孔深度和是否堵塞、掌子面情况和深孔位置变化情况等。检查的方法：1)可用绳子悬一重物放入深孔中，在天井下部由人观察，见重物至孔El后，量绳子长度即可知孔深和爆破进尺。2)若天井下部不能去人观察时，可在天井上端用一长0.30.4m细木棍，用两根绳子分别拴住细木棍的中间和一端。在深孔中下放时，拉住拴着细木棍一端的那根绳子，另一根绳子放松，估计木棍已超过下部孔口后，拉紧拴在细木棍中间的那根绳子，当细木棍横抵住孔口不能上提时，量绳子长度即知孔深和爆破进尺。1173)在天井上部用一带罩的电灯泡放入深孔中，当在其他孔中看到了灯光，量电线的长度可知孔深和爆破进尺。后一种方法简便、安全
75、。若天井下端能去人还可观察到掌子面是否平整和深孔位置变化的情况。如果深孔堵塞，可用第一种方法量被堵塞孔的可通长度，即知深孔的堵塞长度。(3)深孔堵塞的预防和处理预防深孔堵塞注意事项如下：1)平行空炮孔掏槽的各孔的装药高度应尽可能在同一个水平，以防装药高的孔将装药低的孔炸坏；2)爆破通风后，如果掌子面已经不整齐，应将拉下部分的深孔单独放炮，爆齐后再按正常循环爆破；1183)注意装药质量，不能使药包在深孔中卡住产生间隔，或起爆药包加工质量不好产生拒爆等；4)提药包的铁丝及导火线在一般情况下都能在爆破后冲出孔口，个别情况会有堵塞，应立即处理，畅通后再继续爆破；5)要保护好孔口，孔口周围的松石要清除干
76、净，防止爆破震落松石堵塞孔口；6)不可急于求成，有时一两次爆破顺利，便企图加大分段高度，以致造成深孔堵塞；119若爆破后检查发现深孔堵塞，根据堵塞的具体情况可采用以下的处理方法：1)通孔。如果深孔中间堵塞，而且堵塞长度不大，可用绳子拴上重钢条插穿。如系石块卡在炮孔中间，可用悬吊的圆钢钎砸通。若深孔下部堵塞或挤死的长度在500mm以下，可以不必处理正好当炮泥。若下部堵塞或挤死的长度过大，就得用钻机将它重新打通，或者用漏斗掏槽法处理。2)用漏斗掏槽法处理堵孔。爆破后，如果有一部分深孔堵塞或挤死过长，而另一部分深孔没有被堵塞(或者堵塞长度不大，相当于炮泥长)时，可以按漏斗掏槽爆破的原理，在一个没有堵
77、塞的深孔中装药，使其向天井底部自由面爆破，以削减邻近的那个被堵塞或挤死过长深孔的堵塞长度。处理时一般采用短段爆破，每次装药高度约lm，通过数次爆破，逐渐地削减堵塞的长度，直至堵塞的长度削减到相当于炮泥长度时，才可同时在原来被堵塞或挤死过长的深孔中装药爆破，使被堵孔炸通，工作面炸平。120对深孔爆破法掘天井的评价根据国内外一些矿山采用深孔爆破法掘进天井的经验可以看到，这种方法掘进天井的显著优点是作业的工人可以不进入工作面，作业安全，劳动强度低，作业条件好，这是普通法、吊罐法所不能比拟的。另外，深孔法和吊罐法一样不需要术材；它与吊罐法、。爬罐法、钻进法相比，设备的投资低。掘进速度则很不一致，一般说
78、来，在易爆的短天井中掘进速度快，而在坚硬难爆的高天井中较慢。深孔法掘进天井的费用，多数矿山认为是低的。此法目前国内外矿山已逐步推广用于高度在50m以内，倾角在450900的天井掘进；或下部用普通法掘进，上部用深孔爆破法掘进，以提高掘进速度。121这种方法的主要问题是难于在高天井中使用，这是因为天井高穿孔速度慢，钻孔的偏斜更大，很难使各个深孔平行。一般在深孔底部不是相离很远，就是太近，有的甚至贯通，给深孔法的使用带来了很大的困难。个别情况下，不得不改用其它方法来完成这个天井的掘进。再就是在爆破工艺上，由于使用不多，好多规律没有弄清，因此爆破效果不够好。针对深孔法掘进天井存在的上述问题，今后应着重
79、研制钻孔精度高、速度快的深孔钻机；进一步研究由于岩石性质的变化、炮孔直径不同，深孔的合理排列方式、合理的孔数和孔距，研究合理的爆破分段高度、装填堵塞的质量、长度和起爆顺序，使深孔法掘进天井的工艺日趋完善。随着上述问题的合理解决，深孔爆破法无疑是天井掘进的一种既安全，又经济，速度又快的方法。122爬罐法掘天井爬罐法掘天井利用爬罐法掘进天井是国内外掘进天井的又一种方式。其特点是：爬罐在井筒内升降，不是借助上中段安装的绞车来实现，而是用自身的驱动装置沿着天井顶板铺设的导轨升降，因此可以用来掘进倾角大干450的各种弯度的高天井。由于它不必钻凿中心孔，所以还能掘进盲天井。用爬罐法掘进天井的概况如“图2-
80、2-21”所示。它是用爬罐本身的驱动装置沿着天井顶板铺设的导轨5升降。主爬罐1上到工作面上，人可立于主爬罐上进行凿岩爆破工作。利用辅助爬罐2可以使天井工作面与井下取得联系，以缩短掘进过程中的辅助作业时间。123掘进天井之前，首先在下中段开凿设备安装硐室(或叫避炮硐室)10，以及用普通法将天井上掘35m。然后在设备安装硐室和天井顶板围岩上安装导轨5，作为爬罐在天井内上下升降的轨道。同时，还可借导轨中的管路向工作面供应凿岩用的高压风、高压水。与此同时，在导轨上装好爬罐。而后在设备安装硐室中，安装供爬罐升降使用的软管绞车3，以及信号联络装置等。124在上述准备工作完成后，即可开始天井的上掘工作。在每
81、个作业循环中，首先将主爬罐1由设备安装硐室沿导轨开至工作面进行接轨工作，然后将主爬罐开到新接的导轨上去进行打眼、装药和联线工作。放炮之前将主爬罐开到设备安装硐室中避炮。放炮后，打开风水门，借导轨顶端保护盖板上的喷孔所形成的风水混合物对工作面进行通风。爆下来的岩碴用装岩机装入矿车运走。装岩和凿岩可根据具体情况依次或平行进行。爬罐法掘进天井于1957年首创于瑞典阿利马克公司。瑞典早期生产的STH一5L型爬罐采用风力驱动。当供风软管过长时，由于风压下降，风马达的驱动能力也将大大降低，因此掘进天井的长度多为300m以内。为此阿利马克公司又生产了STH一5E型电动爬罐，不仅运行速度快，掘进长度可达100
82、0m。最近该公司又生产了STH一5DD型爬罐，采用柴油机压驱动，据称掘进长度可达1500m以上。125126爬罐法掘进天井的适应性强，它不仅可以用于小断面的天井，也可用于倾角较小的天井，又可用于掘进盲天井。它不仅能用于较稳定的岩层中掘进天井，而耳也可以用于不稳定岩层中需要支护的天井；正因为这样，爬罐法在国外应用较广。我国曾从瑞典引进STH一5L型风动爬罐，先后在几个矿山进行了试验，并取得了一定的成效。重庆矿山机器厂为了适应矿山发展的需要，结合我国的具体情况对该设备进行了改进设计，制成了由风力驱动的PG-I型爬罐。兹将国内外采用爬罐法掘进天井的指标、作业方式与劳动组织列于表2-2-7。12712
83、8爬罐法掘进天井工艺设备简介主爬罐主爬罐由工作平台l、罐笼5、驱动装置11和导向装置13四大部分组成。如图“2-2-22”。(1)工作平台工作平台在罐上面，既是接轨、打眼、装药联线时的工作平台，又是在爬罐运行时，用来作保护罐笼内乘坐人员安全的盖板。工作平台由固定部分和活动折16组成，彼此之间用铰链联接。爬罐升降时，将折页叠起。平台上由铰链安装的安全15，是为人员上下设置的。当爬罐用于倾斜天井时，工作平台可以通过调整支撑杆8的长度，使其保持水平位置。工作平台上的安全伞3，采用两根支撑杆2支撑，其高度和角度可以分别调整支撑杆的长度和安全伞的插销来实现。129(2)罐笼它是用来乘坐人员和运送器材的。
84、为了保证安全，罐笼用金属网封闭了三边。用两个螺栓铰链式地悬吊在工作平台下面。这样，可使罐笼经常保持垂直位置。罐笼内设有梯子，以便人员上下于罐笼和工作平台。(3)驱动装置主爬罐的驱动装置由风马达l、离合器2、蜗轮减速箱3、链式联轴器4、制动器5、制动轮6、离心限速器7、飞轮8和行走齿轮9等所组成如“图2-2-23”。其中风马达为主爬罐的行走动力设备；离合器、蜗轮减速箱和链式联接器为主爬罐的传动机构；制动器、离心限速器和在驱动系统上的自动铺轨器(图2-2-23中未表示，可参见图2-2-23之18)为主爬罐的安全装置。由图2-2-23可知，主爬罐的传动原理是：当风马达转动时，其运动通过离合器，经蜗轮
85、减速箱传至行走齿轮，使行走齿轮转动。由于上下两蜗轮减速箱蜗杆借链式联轴器联结，从而就使上下两行走齿轮获得同步并与导轨上的齿条啮合，沿导轨上下运行，这样就达到了升降爬罐的目的。130131(4)导向装置为了限制爬罐只能沿导轨上下运行，不发生出轨事故，则采用大小两种滚轮13作导向装置。滚轮的安装位置与方向如“图2-2-23”所示。132辅助爬罐辅助爬罐用来运送材料，检查导轨和软管，以及在换班时运送人员等。其结构与主爬罐基本相同，只是少了一个工作平台，用一台风马达驱动。133带齿条的导轨导轨由四根直径32mm的钢管、齿条和厚钢板焊接而成。凿岩所用的压缩空气通过其中的三根管子引至天井顶部，另一根管子供
86、给凿岩用水。每节导轨的长度有2m、1m和0.5m三种。用两根涨壳式锚杆固定在岩壁的炮眼内。导轨与导轨的联结处用圆环形衬胶密封，以防漏风漏水。134软管绞车主爬罐和辅助爬罐由压风软管(或电缆)供给动力。为了防止软管或电缆损坏，配有软管绞车，以便软管或电缆始终保持拉紧状态。软管绞车由钢管焊成。除此以外，还配有风水分配器、轻便绞车和起重葫芦(安装、拆卸导轨与爬罐用)、信号联络装置等。135136掘进施工简述当爬罐上升到天井工作面后，首先要撬掉工作面上的浮石，然后接长导轨，做好凿岩前的准备工作便可开始凿岩。在布置炮眼时，应把掏槽眼布置在导轨的对面，以免爆破时石碴打坏导轨。当凿岩和装药联线完毕后，卸下导
87、轨顶端的顶盖板，换上带孔的导轨保护盖板，以便放炮后，利用高压风水喷洒工作面，排除工作面的炮烟和粉尘。起爆可以采用火雷管电力一次点火的方式进行，也可以采用电雷管进行。只有在爬罐下降进入避炮硐室，人员撤至安全地点，然后才能合闸起爆。放炮后，打开高压风水门。高压风水通过导轨顶端带孔顶盖板呈雾状喷出，以排除炮烟和粉尘，从而完成一个作业循环。下部采用装岩机装岩。为了加快掘进速度，多采用装岩与凿岩平行作业。爬罐法掘进天井，一个小组一般由三人组成，两人上罐作业，负责完成凿岩爆破和接轨工作，一人在天井底部修磨钎头、运送材料和维修设备。在设备较多的矿山可组成爬罐掘进队。考虑到爬罐的安装和维修工程量大，队内可成立
88、专门的安装小组，这样更有利于爬罐法施工。137爬罐法掘进天井的适用条件爬罐法能掘进高天井、盲天井，也能掘进倾角较小的天井，又可用于掘进需要支护的天井，因此它的适应性强。不仅如此，采用此法作业较吊罐法安全，机械化程度高，人员的劳动强度不大。但是，这种方法的设备投资大，掘进前的准备工程量大，成本也高，设备的维护检修也较复杂，工作面的通风效果不及吊罐法，粉尘大，风动爬罐还受到风压的限制使其不能掘进高天井。尽管如此，这种方法由于它的适应性强，因而在国外得到了推广。138钻进法掘天井钻进法掘进天井，是用特制的回转钻机在天井的全深钻一个直径200300mm的导向孔，然后扩大到天井的全断面，这是一种真正使掘
89、进工作全面机械化，人员不进入天井内作业的新方法。利用天井钻机钻进天井的方式有两种如“图2-2-24”：一种是把钻机安在天井上部，先向下打导向孔，再自下向上扩大到天井全断面，即一般所称的上扩法；另一种方式是把钻机安装在天井底部，先向上打导向孔，而后向下扩大至全断面，即下扩法。与下扩法比较，上扩法具有以下优点：(1)上扩法的岩屑可基本上不受二次研磨，靠自重直接落下，而下扩法扩孔钻头边刀的岩屑进入导向孔之前，需经多次重复磨损，因而前一种方法的扩孔速度较后者为高，同时刀具磨损也较小。139(2)下扩法的导向孔除通过钻杆外，尚作排除岩屑之用，而上扩法导向孔仅作上下钻杆之用，因此，其导向孔直径较小。(3)
90、上扩法人员在天井上部硐室操作钻机，因而劳动条件较下扩法为好，设备也便于保护、维修，同时，也不需要设置溜放岩屑的漏斗。所以，无特殊原因(例如，不允许在天井上部开凿钻机硐室和运搬钻机；或在不稳固岩石中钻进，要求紧跟扩孔钻头支护井壁)，一般不采用下扩的工作方式。天井钻进中最常用的是上扩法。下面介绍这种方法的钻进过程。140在钻进之前，首先在上中段开凿钻机硐室，在下中段开凿用于安装扩孔钻头的小硐室。然后在钻机硐室中定好点，并铺设混凝土垫层，将钻机置于其上，用地脚螺栓与基础固定好。用斜撑油缸和定位螺杆把钻机机架调节到必要的钻进角度。钻机安好之后，接好动力设备，即可开始钻凿导向孔。在导向孔钻进中，为了防止
91、偏斜，要根据天井长度，在钻杆组中，安装适当的稳定器，并根据岩石性质控制好转速与钻压。钻进中的岩屑利用高压风、水排出孔外。当导向孔与下水平打通后，卸下导向孔钻头与底部稳定器，换上扩孔钻头，然后开始自下往上扩孔，孔中的岩屑借自重与高压水排离钻进工作面。当扩孔钻头钻通钻架底下的混凝土垫层后，用钢丝绳暂时将其吊在井口，待钻机撤离后再把扩孔钻头拔出，或是将扩孔钻头下放到天井底部，但是这需要重新接长钻杆，比较费事。141142143包括以上全部作业时间在内，钻进法掘进天井的月平均速度为150300m，最高达600m。工班工效平均lm左右，有的超过3m。以上两种钻进方式的钻机均属“全断面”钻进的天井钻机。此
92、外，还有一种“环状”钻进的上扩式天井钻机如“图2-2-25”，可在中硬及软岩中钻进1.0、1.25和1.5m直径的天井。该种钻机的特点是：采用环型扩孔钻头，在扩孔时，只在岩芯周围切出大约6.5cm宽的环形槽。等环形槽内面的岩芯到一定长度以后，就用液压断裂器将共切断，借自重下落。这种钻机虽有设备轻、耗电少、投资省的优点，但是由于只能在软的和中硬的岩石中钻进，则应用范围受到很大的限制。144钻进法是最近十多年才发展起来的一种掘进方法，但是发展很快。自1962年美国罗宾斯公司制成第一台31R型天井钻机(孔径1m，钻深60m)以来，由于设备和刀具的不断改进，使用单位不断增加。目前钻机的最大孔径已达3.
93、6m，钻深600m以上(8lR型)。国外钻进法掘进天井的技术指标见“表2-2-8”。145146近几年来，我国一些单位也很重视天井钻机的研制工作。曾试制出直径1.5m、直径1.2m的天井钻机和天井牙轮钻机钻凿直径500mm。147钻进法掘天井的适用条件钻进法掘进天井之所以发展快，是因为有如下一些优点：(1)采用钻进法掘进天井时，不需要凿岩爆破，工人不进入工作面，故作业安全，劳动条件好。(2)掘进天井的作业全部机械化，故掘进速度快、工效高。(3)天井是机械钻进，成井质量好，井壁规整稳定，通风阻力小。(4)不受天井倾角的限制，可以钻进高天井；在地温高、漏水较大的情况下，其它方法更无法与之相比。14
94、8钻进法掘进天井还存在着如下缺点：(1)刀具的磨损大，成本较高。(2)设备投资和动力消耗大。(3)钻机的重量大，不便于运搬，安装工作量也大。(4)需要开凿专门的硐室，天井上下都必须有通道。149天井钻进法在我国已经有了十几年的发展历史，钻井技术日趋完善，为我国天井施工法开辟了一条新的途径。实践证明，在中硬以下的岩石，钻井直径小于2m，钻井深度在60m左右的天井钻进中，不论在工效、成本和月成井速度等技术指标方面都取得了令人满意的效果。但是这种方法的设备投资在，维修费用高，辅助工程量大，刀具费用高，设备运转率不高，使使用范围受到了一定的限制。150天井施工现状与发展天井施工现状与发展近年来，随着采
95、矿向深部的发展，阶段高度有继续加大的趋势，特别是一些工业比较发达的国家，如瑞典的基富纳铁矿在无底柱分段崩落法中，新的主要运输水平的阶段高度已增至235m。国外采用充填采矿法的许多矿山，也把阶段高度提高到100m以上。我国某些金属矿山也采用了较大的阶段高度。随着天井高度的增加，要求的施工技术越来越高，因此施工方法的改进势在必行。151我国对天井掘进方法进行了大量的试验研究工作。1958年华铜铜矿试制成功了华型直吊罐和配套的游动绞车；1966年河北铜矿又在华型基础上，试制成功华2型斜吊罐；1966年国家组织专门工厂成批生产这两种吊罐和配套设备游动绞车，使吊罐法在我国冶金矿山天井掘进中普遍推广。我国
96、使用的吊罐设备与国外同类型相比，其特点是造价低、体积小、重量轻、使用灵活、结构简单、便于加工制造和辅助工程量小等优点。因此采用吊罐法掘进天井的矿山日益增多，使之成为我国天井掘进机械化的主体，国内纪录不断刷新，使我国天井掘进踽世界先进行列。152爬罐法是当前国外应用较多的一种天井掘进法，它能解决其他施工天井不能解决的沿矿体倾斜方向掘进弯曲天井的问题。1964年我国从瑞典引进STH5L风动爬罐，在某钢铁公司一矿、凤凰山铜矿、程潮铁矿均进行了试验，取得了一定效果。近年来，已在另一些矿山得到应用。在此基础上，我国试制了PG型风动爬罐。酒泉钢铁公司镜铁山铁矿从1968年以来，一直使用爬罐，既实现了安全生
97、产，又收到了较好的经济效益，到1982年底，已掘进天井7200m。但由于种种原因，爬罐法掘进天井在在国内尚未得到推广。在国外近年来却不断更新，已从风动、电动发展到内燃机驱动，适用范围越来越广。153深孔爆破法掘进天井，我国早在1958年开始试验，由于钻孔技术的不断改进，近年已在不少矿山得到了应用，至今有40多个矿山采用此种方法掘进天井，成井约10000m。但天井高度不大，一般在30m左右，且主要作为通风、充填天井。我国天井掘进机的研制工作近年来也获得了初步的成效。目前已试制成功几种新型钻机，通过现场试验已达到预期效果。到1983年底，全国已有16个冶金、煤炭和建材矿山，在天井掘进中使用了近20
98、台钻机，最小钻孔直径0.5m，最大直径2.0m，钻进总进尺7055m。154钻进法在天井掘进中的应用，虽然迟于平巷和竖井，但使用这种方法的较多的有利条件，因此发展很快。自1962年美国罗宾斯公司生产天井钻机以后，国外许多矿山相继引进与仿制。近年来，由于设备与刀具的不断改进，国外使用的矿山更日益增多。据统计，1970年以前，世界各国拥有的钻机总数仅50台，累计进尺只有2700030000m。而现在，仅在西方国家天井钻机就已增至数百台，累计进尺约几十万m，并在生产实践中取得了良好的效果。天井掘进方法较多，每种方法都有一定的适用条件和优缺点，施工时应根据具体情况按“表2-3-1”选择。155156157复习思考题1、常用天井的断面形状有哪些？如何确定天井的断面尺寸？2、普通法掘进天井工艺及适用条件?3、吊罐法掘进天井工艺及其优缺点？4、吊罐法掘进天井常用设备有哪些？5、深孔爆破法掘进天井工艺及适用条件？6、爬罐法掘进天井工艺及适用条件？7、钻进法掘进天井工艺及适用条件？158
