3.9豎井井筒延深

3.9.1概述

一般金屬礦山為多水平開采，特別是急傾斜礦床更是如此。豎井通常不是一次掘進到底即掘進到最終開采深度，而是先掘到上部某一水平，進行采區準備，并達到投產標準后，礦山即可投產使用。在上水平開采的后期，就要延深原有井筒，及時準備出新的生產水平，以保證礦井持續均衡生產。這種向下延長正在生產井筒的工作，叫作井筒延深。

3.9.2豎井延深的注意問題

(1)必須切實保障井筒工作面上工人的安全，即設保護巖柱。在延深井筒時，生產段和延深段之間，都必須有保護措施，即或萬一上面發生提升容器墜落或其他落物時，仍能確保下段延深工作人員的安全。

保護設施有兩種型式：

1) 自然巖柱。即在延深井段與生產井段之間留有6～10m高的保護巖柱。巖柱的巖石應是堅硬、不透水，無節理裂縫等。保護巖柱可以只占井筒部分斷面，如圖3-62a所示，也可以全斷面預留(圖3-62b)。前者適用于利用延深間或梯子間由上向下延深井筒時，后者適用于由下向上延深井筒及利用輔助水平延深井筒時。

圖3-62保護巖柱

(a)部分斷面巖柱；(b)全斷面巖柱

1-生產水平；2-井底水窩；3-保護巖柱；4-護頂盤

為增強巖柱的穩定性，在緊貼巖柱的下方應安設護頂盤。護頂盤由兩端插入井壁的數根鋼托梁和密背木板構成。

2) 人工構筑的水平保護盤。水平保護盤由盤粱、隔水層和緩沖層構成（圖3-63）。盤梁承受保護盤的自重和墜落物的沖擊力。盤梁由型鋼構成，兩端插入井壁200mm，鋼梁之上鋪設木梁、鋼板、混凝土、黏土等作隔水層，防止水及淤泥等流入延深工作面。

圖3-63水平保護盤

1-緩沖層；2一混凝土隔水層；3-黃泥隔水層；4-鋼板；5-木板；6-方木；7-工字鋼梁；8-泄水管

緩沖層是用縱橫交錯的木垛、柴束和鋸末組成，其作用在于吸收墜落物的部分沖擊能量，減緩作用于盤梁上的沖擊力。泄水管直徑50～75mm，上端穿過隔水層，下端設有閥門。

不論保護巖柱或AL保護盤，均必須承擔得起滿載的提升容器萬一從井口墜落下來時的沖擊力，以確保延深工作面工人的安全。

(2)盡量減少延深工作對礦井生產的干擾。

(3)由于井下和地面沒有足夠的空間用來布置掘進設備，必須掘進一些專用的巷道和硐室，但此種工程量應當減至最低的限度。

(4)由于井筒內和井筒附近地下韻空間特別窄小，使用的掘進設備體積要小，效率要高。

(5)要保證延深井筒的中心垂線與生產井筒的中心垂線相吻合，或者誤差在允許的規定范圍內。為此，必須加強延深井筒的施工測量工作。

3.9.3常用豎井延深方案

3.9.3.1 自下而上小斷面反掘，隨后刷大井筒

A利用反井自下而上延深

這種延深方案在金屬礦山使用最為廣泛，其施工程序如圖3-64所示。在需要延深的井筒附近，先下掘一條井筒1（稱為先行井）到新的水平。自該井掘進聯絡道2通到延深井筒的下部，再掘聯絡道3，留出保護巖柱4，做好延深的準備工作。在井筒范圍內自下而上掘進小斷面的反井5，用以貫通上下聯絡道，為通風、行人和供料創造有利條件。反井掘進的方法，依據條件有吊罐法、爬罐法、深孔爆破法、鉆進法和普通法。然后刷大反井至設計斷面，砌筑永久井壁，進行井筒安裝，最后清除保護巖柱，在此段井筒完成砌壁和安裝，井筒延深即告結束。

a先行井選擇

采用這種方法的必要條件是必須有一條先行井下掘到新的水平。為了減少臨時工程量，這條先行井應當盡可能地利用永久工程。例如，當采用中央一對豎井開拓時，可先自上向下延深其中一個井筒作為先行井，利用它自下向上延深另一個井筒。金屬礦的中央豎井常是一條混合井，其附近通常有溜礦井。這時可以光向下延深溜礦井在其中安裝施工用的提升設備，用它作為先行井，自下而上延深混合井。某礦混合井延深，就是利用離豎井12m的溜礦井作為先行井的。

b井筒刷大

按照井筒刷大的方向，可分為自下向上刷大和自上向下刷大兩種情況：

(l)自下向上刷大。自下向上刷大與淺眼留礦法頗為相似，如圖3-64所示。在反井5掘成以后，即可自下向上刷大井筒。為此，在井筒的底部拉底，留出底柱，擴出井筒反掘的開鑿空間，安好漏斗6。向上打垂直眼，爆下的巖石一部分從漏斗6放出，裝入礦車7，用臨時罐籠8提到生產水平。其余的巖石暫時留在井筒內，便于在碴面上進行鑿巖爆破工作，同時存留的巖碴還可維護井幫的穩定。人員、材料、設備的升降用吊桶9來完成。待整個井筒刷大到輔助水平3后，逐步放出井筒內的巖石，同時砌筑永久井壁。

圖3-64先上掘天井然后上行刷延深方法示意圖

l-盲井；2、3-聯絡道；4-保護巖柱；5-反井；6-漏斗；7-礦車；8-臨時罐籠；9-吊桶

此種井筒刷大方法的優點是：井筒不用臨時支護，下溜矸石很方便，用上向式鑿巖機打眼；速度快而省力。缺點是工人在頂板下作業，當巖石不十分堅固完整時，不夠安全；每遍炮后，要平整場地，費時費力；井筒刷大前，要做出臨時底柱；鑿巖工作不能與出碴裝車平行作業等。

(2)自上向下刷大。自上向下刷大，如圖3-65所示。開始刷大時，先自輔助水平向下劇砌4～5m井筒，安設封口盤，然后繼續向下刷大井筒。刷大過程中爆破下來的巖石，均由反井下溜到新水平4，用裝巖機裝車運走。刷大后的井幫，由于暴露的面積較大，需用臨時支護，如用錨桿、噴射混凝土或掛圈背板等維護。為了防止刷大工作面上工人和工具墜入反井，反井口上應加一個安全格篩2。放炮前將格篩提起，放炮后再蓋上。刷大井筒和砌壁工作常用短段掘砌方式，砌壁同刷大交替進行。

圖3-65先上掘小井然后下行刷大的延深方法示意圖

1-天井；2-安全格篩；3-鋼絲繩砂漿錨桿；4-下部新水平；5上部輔助水平

此種井筒刷大方法能使井筒刷大的鑿巖工作與井筒下部的裝巖工作同時進行，這樣可加快井筒的施工速度，縮短井筒工期。

c拆除保護巖柱

延深井筒裝備結束，井筒與井底車場連接處掘砌完成后，即可拆除保護巖柱（或人工保護盤），貫通井筒。此時為了保證掘進工人的安全，井內生產提升必須停止。因此事先要做好充分準備，制定嚴密的措施，確保安全而又如期地完成此項工作。

(1)拆除巖柱的準備工作：

1)清理井底水窩的積水淤泥。可以從生產水平用小吊桶或礦車清理，也可通過巖柱向下打鉆孔泄水、排泥。

2)在生產水平以下1～1. 5m處搭設臨時保護盤，在輔助延深水平處設封口盤。

3)拆除巖柱下提升間的天輪托梁及其他設施。

(2)拆除巖柱的方法。分普通法和深孔爆破法兩種。如果所留巖柱很厚．也可考慮使用吊罐法小井掘透然后刷砌。

1)普通法。利用延深間或梯子間延深時，可利用原有的延深通道自上向下進行刷砌，如圖3-66所示。當使用其他延深方法掘除全斷面巖柱時，應先打鉆孑L或以不大于4r12的小斷面反井，從下向上與大井鑿通，然后再按井筒設計斷面自上向下刷砌，如圖3-67所示。

圖3-66普通法掘除部分斷面巖柱

1-臨時保護盤；2-延深通道；3-延深輔助水平；4-封口盤；5-部分斷面巖柱；6-炮眼

圖3-67普通法掘除全斷面巖柱

1臨時保護盤；2臨時井圈；3-掘巖柱的臺階工作面；4-小斷面反井；5-封口盤；6-耙斗機；7-護頂盤

2)深孔爆破法。先在巖柱中打鉆孔，確定巖柱的實際厚度，泄除井底積水。在巖柱中反掘小斷面天井，形成爆破補償空間。然后自下向上按井筒全斷面打深孔，爆破后碴石由輔助延深水平裝車外運，(圖3-68)。

圖3-68深孔爆破法拆除巖柱

1-臨時保護盤；2-小斷面反井；3-深孔} 4-傾斜木垛溜矸臺；5-封口盤

這種施工方法可免除繁重的體力勞動，無須事先清理井底，井內生產停產時間較短，因打深孔和裝巖的大部分時間，生產仍可照常進行，且深孔爆破崩巖速度較快。

利用反井自下向上延深的優點較多。如碴石靠自重下溜裝車，因而省去了豎井延深中最費時費力的裝巖和提升工作；整個延深過程中無需排水；采用一般的設備即可獲得較高的延深速度；延深成本低。因此，凡巖層穩定，沒有瓦斯，涌水不大，有可利用的先行井時，均可使用這種延深方式。其不足之處是，準備時間較長，必須首先掘進先行井和聯絡道通至延深井筒的下部；如果先行井斷面小，用人工裝巖，小吊桶提升，則掘進速度往往受到限制。

B 自下向上多中段延深

金屬礦山尤其是中、小型有色金屬礦山，通常為多中段開采，由幾個中段形成一個集中出礦系統。所以豎井每延深一次需要一次延深幾個中段，準備出一個新的出礦系統。例如，．紅透山銅礦、河北銅礦的混合井都是一次下延三個中段，共180m。在此情況下，如果各中段依次廷深，采用通常的施工方法，勢必拖長施工工期。為了加快井筒延深速度，在條件許可時，應組織多中段延深平行作業。此種平行作業包括兩個內容：一是先行井下掘和各中段聯絡道掘進平行作業；二是豎井延深時采用反掘多中段平行作業。

a先行井下掘和聯絡道掘進平行作業

要確保兩者平行作業的關鍵，是解決先行井和聯絡道兩個工作面同時出碴的問題。圖3-69所示為某銅礦第三系統延深時，先行井（盲副井）下掘和聯絡道平行作業的情況。在先行井下掘過程中，采用兩段提升系統。一段用吊桶將先行井下掘的巖石提升至上一聯絡道水平，經溜槽卸人礦車，再由先行井內設置的另一套臨時罐籠，提升至上一聯絡道水平后運出。因此，需將先行井井筒斷面分為兩個格間，其中一個布置有0. 5rri3的吊桶提升，另一個布置有雙層臨時罐籠，罐籠內可裝0. 7n13的固定礦車。在下掘盲副井的同時，在中間水平掘進通向延深井底的聯絡道，掘進的巖石裝入礦車，也直接由臨時罐籠提到上水平。這樣就保證了盲副井與聯絡道的掘進作業同時進行。

b豎井反掘多中段平行作業

豎井采用反井延深的程序是：鉆鑿掛吊罐的中心大孔，用吊罐法掘進反井，然后反井刷大，刷大后的井筒砌壁等。多中段同時延深井筒的實質．就是在不同的中段內，由下向上按上述順序各進行一項延深程序，以達到各中段平行作業，縮短井筒施工工期的目的。某銅礦混合井第二系統延深時，采用此種方式的施工情況如圖3-70所示。該井凈直徑5.5m，延深前井深220m，豎井一次需延深四個中段共217m。井筒穿過黑云母片麻巖，巖石致密穩定，無涌水。利用混合井旁一條溜礦井作為先行井下掘，同時依次掘進各中段聯絡道，到達混合井井底后，即可組織豎井反掘多中段平行作業。由圖3-70可見，第工中段集中出碴，噴射混凝土井壁，第Ⅱ中段自下向上刷大井筒；第Ⅲ中段用吊罐法掘進天井；第Ⅳ中段鉆進掛吊罐的中心大孔。

圖3-69某銅礦盲副井兩段提升系統出矸圖

1-吊桶；2一翻矸臺；3-漏斗；4-礦車；5-雙層罐籠；6-掘進吊盤；7-罐底棚；8-22kW單筒提升機；9-lt手動穩車；10-8t穩車

圖3-70某銅礦混合井延深多中段平行施工

1一生產水平；2-延深輔助水平聯絡道；3-預掘2m天井段；I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ一各延深中段

在每一段井筒準備反掘和進行反井刷大時，都要照顧到上下鄰近中段的施工進度，搞好工序的銜接和配合。現以第Ⅱ中段為例來說明。首先，在井筒中心用吊罐法掘進斷面為2mX2m的天井；待與第1中段貫通后，在第Ⅱ中段下部水平巷道頂板以上2.5～3. Om處，進行井筒拉底，留出臨時底柱，再擴出井筒反掘的開鑿空間。在天井下端安設漏斗，以便放碴裝車外運。為了防止第Ⅲ中段的天井貫通爆破時崩壞漏斗，在安漏斗以前，先在天井預計貫通的地方，按其規格下掘2m。第Ⅲ中段打上來的吊罐孔，用鋼管引出，使其高出中段聯絡道底板標高200mm。鋼管同巖石接觸處采用封閉防水措施，以免大孔漏水，妨礙第Ⅲ中段天井掘進。預先下掘的2m天井，用碴石填平，將來貫通爆破時，可起緩沖作用，使漏斗不致崩壞。

井筒反掘前，要在天井中配設0. 5rr13昀吊桶提升，用以升降人員和材料。提升絞車就利用吊罐的慢速絞車，它布置在第1中段聯絡道內。井筒反掘用的風水管、爆破、信號和照明電纜，均由第1中段敷設。

正常情況下，當第Ⅱ中段的井筒刷大完成之時，第1中段井筒業已放完巖石，砌好井壁。這時，可拆除第1中段的漏斗，反掘該中段的臨時底柱。此后，第Ⅱ中段即可投入集中出碴，砌筑井壁。如果第Ⅱ中段井簡反掘上來，而第工中段的巖石尚未放完，則第Ⅱ中段應留3～4m厚的臨時頂柱，暫停反掘，保護第工中段平巷，待其出完巖石、拆除漏斗后，再繼續反掘臨時頂柱和底柱。

由上可見，多中段延深平行作業，能加快井筒延深速度，縮短總的施工期限。但組織工作復雜，通風困難，測量精度要求高。

3.9.3.2 自上向下井筒全斷面延深

A利用輔助水平自上向下井筒全斷面延深

利用輔助水平延深井筒，其施工設備、施工工藝與開鑿新井基本相同，差別是為了不影響礦井的正常生產，在原生產水平之下需布置一個延深輔助水平，以便開鑿為延深服務的各種巷道、硐室和安裝有關施工設備。所掘砌的巷道和硐室，包括輔助提升井（如連接生產水平和輔助水平的下山或小豎井）及其絞車房、上部和下部車場、延深鑿井絞車房、各種穩車硐室、風道、料場及其他機電設備硐室。這些輔助工程量較大，又屬臨時性質，因此，要周密考慮，合理地布置施工設備，以盡量減少臨時巷道及硐室的開鑿工程量，是利用輔助水平延深井筒實現快速、安全、低耗的關鍵。

利用輔助水平自上向下延深井筒的施工準備及工藝過程如圖3-71所示。預先開掘下山、巷道和硐室，形成一個延深輔助水平，以便安裝各種施工設備和管線工程，還要從延深輔助水平向上反掘一段井筒作為延深的提升間（井帽），留出保護巖柱。如用人工保護盤，則將井筒反掘到與井底水窩貫通后構筑人工保護盤。隨后下掘一段井筒，安好封口盤、天輪臺及卸矸臺，安裝鑿井提絞設備及各種管線，完成后即可開始井筒延深。當井筒掘砌、安裝完后，再拆除保護巖桂或人工保護盤。最后做好此段井筒的砌壁和安裝工作。

圖3-71利用輔助水平延深井筒

1-輔助下山；2-井底水窩；3-保護巖柱；4-延深用提升機；5-卸矸臺；6礦車；7-下山出矸提升機；8-提升繩道

這種延深方法在煤礦使用得很廣泛。它的適應性強，對圍巖穩定性較差或有瓦斯或涌水較大的條件都可使用；延深工作形成自己的獨立系統，對礦井的正常生產影響較小；井筒的整個斷面可用來布置鑿井設備，可使用容積較大的吊桶提升矸石，延深速度可以提高。其缺點是臨時井巷工程量大，延深準備時間長，成本較高，矸石多段提升，需用設備多。

B利用延深間或梯子間自上向下延深井筒

此種延深方法的特點是利用井筒原有的延深間和梯子間，用來布置和吊掛延深施工用設備，從而使井筒延深工作在不影響礦井正常生產的情況下得以獨立地順利地進行。

a提升機和卸矸臺均布置在地面

采用這種布置方式(圖3-72)，其優點是延深提矸和下料均從地面獨立地進行，管理工作集中，井下開鑿的臨時工程量減到最少，可利用一套提升設備先后延深幾個水平。其缺點是隨延深深度的增加，吊桶提升能力降低，會影響延深速度，特別是深井延深時；不能利用地面永久井架作延深用，需另行安設臨時井架；工程比較復雜，如要利用梯子間延深時，梯子間的改裝工程量大。其適用條件是地面及井口生產系統改裝工程量不大，便可布置延深施工設備和堆放材料，且不影響礦并生產，但提升高度不應大于300～500m。

b提升機和卸矸臺都布置在井下生產水平

此種布置的優點是提升高度小，吊桶提升時間短，梯子間改裝工程量小。缺點是井下臨時掘砌工程量較大，延深工作獨立性小，提升出矸、下料等都受礦井生產環節的影響。其適用條件是，井筒延深深度大于300～500m，且地面缺少布置延深設備場地。

提升機和卸矸臺都布置在井下的井筒延深施工程序如圖3-73所示。延深前在生產水平要開鑿各種為延深服務的巷道和硐室，安裝延深提絞設備，將生產水平以上7～20m的梯子間拆除，改裝成為吊桶提升間，其中設天輪臺和天輪臺上方設斜擋板以資保護。排除井底水窩內的積水，清除雜物，構筑臨時水窩，開鑿延深通道。待延深通道掘完后，開始沿井筒全斷面下掘6～8m，砌筑此段井壁，架設保護巖柱底部鋼梁，在鋼梁下4～6m處安設固定盤以布置小型提絞設備。在生產水平設封口盤和卸矸臺。這些準備工作完成后，即可開始延深工作，達到延深深度后即拆除巖柱，方法同前。

圖3-72某礦主井延深示意圖

1-永久井架；2一掘進木井架；3-延深提升絞車；4-穩繩穩車；5-第一生產水平通道；6-安全門；7-隔板；8-隔墻；9-延深孔架；10-吊桶；11-穩車硐室；12-封口盤；13-固定盤

圖3-73利用延深間或梯子間延深井筒示意圖

1-斜擋板；2-繩道；3-絞車硐室；4-卸矸臺：5-延深通道；6-保護者柱；7-原梯子間

利用延深間和梯子間延深井筒，雖具有延深輔助工程量少、準備工期短、施工總投資少等優點。但此方案在金屬礦山很少使用，而且只限于利用梯子間的一種形式。其原因是現有井筒設計一般不預留延深間，梯子間斷面小，只能容納小于0. 4IT13的小吊桶，提升能力小，井筒延深速度慢。

由于井筒延深是在礦井進行正常生產的情況下進行的，所以施工條件差，施工技術管理工作比較復雜。選擇延深方案時，必須經過仔細的方案比較，才能選出在技術上和經濟上都是最優的方案。

3.9.4豎井延深方案的選擇

由于井筒延深方法較多，影響因素也較復雜，選取時應根據生產條件、地質因素和施工設備等具體情況綜合考慮，在保證技術合理可行的基礎上進行多方案比較，選出最優方案。

根據施工經驗，有以下幾條選擇要點：

(l)當具有通往延深新水平井筒位置的條件時，應優先考慮自下而上的延深方法。此方法延深的反井可采用掘天井的各種方法，但在選擇時，應采用適合本礦實際的、高效的方法。

(2)當井筒斷面和井口位置具備布置延深施工設備條件且延深提升高度在提升機能力范圍內時，應優先采用延深間延深方法。

(3)當不具備上述條件或為保證礦井生產不受或少受影響，才采用輔助水平延深方法。