立井结构及基本施工工艺详述
发布时间:2024-07-21
引言
在采矿工程和地下工程中，立井作为一种重要的垂直通道，承担着矿石提升、人员运输、物料及设备运输、通风等多重功能。本文将详细解析立井的结构组成、分类特点以及基本施工工艺，以期为读者提供一个全面而深入的理解。
立井的形状与结构
形状
立井的形状主要以圆形和矩形为主，但在矿山工程中，由于圆形结构具有更好的稳定性和承载能力，因此圆形立井占据主导地位。其他行业如城市地下工程中，虽然也有采用矩形立井的情况，但总体而言，圆形立井因其优越性而被广泛采用。
结构组成
立井的井筒自上而下，它主要分为了三个部分，井径、井深和井底。井径就是靠近地表井壁需要加厚的一段井筒。矿山一般是深15到20米，其他的多为2到5米。因为咱们矿山上的井一般都比较的深，所以说它的井颈一般也比较的深一些。井颈以下到罐笼的出车水平或者是箕斗装载水平都是井深。
井深是井筒的主要的组成部分，然后井深以下就是井底。井底它的深度取决于咱们这个过卷的一个高度，井底的装备要求和井底的一个水窝的一个深度。主井的这个井深一般是35到75米不等，然后副井颈深一般是在10米左右。风井的井底比较的浅一些，一般是4到5米。因为它不用放置一些个设备，也不用来回提升，所以相对来说要浅一些。
小结：
立井的井筒自上而下主要分为三个部分：井颈、井深和井底。
井颈：井颈是靠近地表井壁需要加厚的一段井筒。在矿山工程中，井颈一般深度为15到20米，这是因为矿山立井通常较深，井颈部分需要承受较大的地表荷载和地下水压力。而在其他工程中，井颈深度多为2到5米。井颈的主要作用是增强井口区域的稳定性，防止地表水和泥沙的侵入。
井深：井颈以下到罐笼或箕斗装载水平的部分称为井深。井深是立井的主体部分，其深度取决于矿山的开采深度、过卷高度以及井底设备要求等因素。主井的井深一般较大，为35到75米不等，而副井和风井的井深则相对较小，副井一般为10米左右，风井则更浅，一般为4到5米。
井底：井深以下的部分即为井底。井底的深度设计需考虑过卷高度、井底设备要求以及水窝深度等因素。水窝是井底预留的积水区域，用于收集井筒内渗入的地下水，防止其影响井底设备的正常运行。
立井的分类
立井根据不同的分类标准，可以划分为多种类型。
按功能分类
主井：主井主要用于提升矿石，有时也会兼顾提升人员和材料。它是矿山生产中的关键通道，其设计需满足大吨位、高效率的提升需求。
副井：副井主要用于提升人员、物料和设备。与主井相比，副井的提升能力较小，但其灵活性更高，可以满足矿山日常生产中的多种需求。
风井：风井主要用于矿井通风，以改善井下作业环境，保障矿工的生命安全。风井的设计需考虑通风效率和风流分配等因素。
按深度分类
根据立井的深度，可以将其划分为浅井、中深井、深井和超深井等类型。
浅井：深度不足300米的立井称为浅井。这类立井在矿山和地下工程中较为常见，施工难度相对较低。
中深井：深度在300到800米之间的立井称为中深井。中深井的施工难度相对较大，需要采用更先进的施工技术和设备。
深井：深度在800到1300米之间的立井称为深井。深井的施工极具挑战性，对施工技术、设备性能和安全管理等方面提出了更高要求。
超深井：深度超过1300米的立井称为超深井。目前，超深井的施工技术仍处于探索阶段，面临诸多技术难题和安全风险。
立井的基本施工工艺
立井施工是一项复杂而系统的工程，其施工工艺涉及多个环节和多个专业领域的配合。以下将详细介绍立井的基本施工工艺。
井口施工准备
那我们现在看一看立井怎么去施工，也就是它的基本的施工工艺。实际上通过前面的讲解，读者应该能够知道立井最大一个特点，它就是一个垂直的一个结构。所以说这个也就决定了施工要在垂直方向上进行。
垂直方向进行最大的一个要求就是提升要求比较高一些。所以说我们在井口正式的掘进之前，需要先在井口安装一个凿井的井架，就是为了给提升提供一个条件。在井架上还要安装天轮平台和卸矸平台。因为在垂直方向上进行的话，首先你要有一个天轮才行，那天轮要安装在天轮平台上，那提升上来的这个废石，肯定要有一个卸载的一个平台才行。同时还要进行这个井筒的一个锁口的一个施工。因为你在垂直方向上进行，如果说你这开口不进行一个锁砌或者封堵的话，上面的东西很很容易掉下来。那这个时候，就威胁下面的一个施工的安全。锁口之后，还要安设封口盘、固定盘和吊盘等等。
另外，在井口的四周，还要安装凿井的这种提升机，凿井的绞车，为了提升提供这个条件。还有风机，通风机、空压机、搅拌站、辅助生产车间等等。为了满足提升卸矸、砌壁、悬吊或者安全的需要，需要设置一系列的构造。井架、天轮平台、卸杆平台、封口盘、固定盘、吊盘是主要的构造，简称一架、两台、三盘。
这个就是典型的立井的结构的一个示意图。
这是从上到下。最上面这个就是天轮平台，所有的天轮都是安装在这个天轮平台上，通过钢丝绳，通过天轮实现提升和悬吊。天轮平台它是安装在整个的井架上面，然后天轮平台的下面就是卸杆平台。当你的这个底下这个废渣提升来之后，要在卸杆平台上把你的这个岩渣给它卸掉，卸到地面或者是卸到这个运输的车上面给它运走。
然后再在下面就到了这个井口这一块儿，井口这一块，就要给它进行锁口砌柱。所有砌柱，上面就有一个封口盘，就把你的这个口给它封上，防止你的这个东西掉落，威胁下面的安全。这是一个封口盘，封口盘的下面紧接着就是一个固定盘。实际上固定盘跟这个封口盘的作用大同小异。最大的一个作用就是提供二次保险，保证你的东西不会随便掉下来。当然它还有另外的作用，在固定盘上设置你的这个测量的基准点，因为它是固定不动的，这样的话可以保证下面你施工的这种方向的准确度。
固定盘下面就是吊盘，这个吊盘就是咱们整个施工的立井施工一个工作平台。因为咱们是在垂直方向上进行，所以说人员、物料都是要在垂直方向上去进行。那就是通过这个钢丝绳连接提升机，再连接吊盘，实现你的上下的这种运转。然后吊盘它又可以分为了这个上层盘，中间有的可能有，有的没有，还有一个下层盘，这样的话通常是至少两层的这种结构。
那下面我们再看一看它的这个地表的一个情况。
读者们应该能够从图上能够看出来，这个地表有很多零星的这种小的这种东西。这个实际上就是它的提升机和凿井绞车。提升机和凿井绞车是咱们立井施工过程当中动力的一个来源。提升机主要实现它的一个上下的运动。绞车给大家提升一个稳定的一个悬吊的一个作用。另外旁边还要修一些个这种机房，比如说这种提升机房，凿岩绞车的机房，以及它的一个空压机房等等。总之都是要保证咱们这个施工的一个过程。
这个提升机或者是凿岩绞车，通过钢丝绳和地下进行一个连接，这个就是主要的咱们这个立井从上至下它的一个构造以及地面的一个情况。读者可以结合这个图再详细的进行看一看。那知道了它这个构造以及情况之后，来看一看这个立井施工到底怎么去做。
小结：
在井口施工之前，需要进行一系列的准备工作，包括安装凿井井架、天轮平台和卸矸平台等。凿井井架是立井施工的重要设备之一，它用于支撑天轮平台、卸矸平台以及后续的井口设施。天轮平台用于安装天轮等提升设备，以实现废石和物料的垂直提升。卸矸平台则用于卸载提升上来的废石和物料。
同时，还需要在井口进行锁口施工，以确保井口区域的稳定性和安全性。锁口施工包括砌筑锁口墙、安装封口盘和固定盘等。封口盘和固定盘的主要作用是防止井口上方的物体掉落伤人，并为后续的测量和施工提供基准点。
井筒掘进与支护
井筒掘进是立井施工的核心环节之一。根据掘进方法的不同，可以分为普通法、反井法和沉井法等多种方法。
普通法：普通法是最常用的掘进方法之一。它采用自上而下的掘进方式，当井筒掘够一定深度后，再由下向上进行砌壁支护。这种掘进和砌壁交替进行的方式，可以确保井筒的稳定性和安全性。在普通法中，每个段高内的工艺顺序通常包括打眼放炮、装岩出矸和砌壁支护三个步骤。首先，通过打眼放炮的方式破碎岩石；然后，利用装岩设备将破碎的岩石运出井筒；最后，在裸露的井壁上进行砌壁支护，以防止井壁坍塌。
混凝土作为砌壁支护的主要材料，通常在地面或井口的搅拌站进行配置。配置好的混凝土通过混凝土输送管或底卸式吊桶运送到砌壁作业地点，由施工人员进行浇筑和振捣。在支护完成后，需要进行一段时间的养护，以确保混凝土的强度和稳定性。
反井法：与普通法不同，反井法采用自下而上的掘进方式。这种方法在特定条件下（如地质条件复杂、需要快速掘进等）具有一定的优势。反井法通常需要使用专用的反井钻机进行掘进，并在掘进过程中进行临时支护。当掘进至预定深度后，再从上向下进行永久支护。
沉井法：沉井法主要用于城市和桥梁工程中，特别适用于土质岩石较为松软破碎的情况。沉井法通过在地表制作一个大型的钢筋混凝土井筒（称为沉井），然后利用自身重力或外力将其逐渐下沉至预定位置。在下沉过程中，需要不断对沉井进行纠偏和加固，以确保其垂直度和稳定性。沉井法施工周期较长，但能够有效避免对周围环境的破坏。
井底施工
井底施工是立井施工的最后一个环节。在井筒掘进至预定深度后，需要进行井底水窝的开挖和井底设备的安装。水窝是井底预留的积水区域，用于收集井筒内渗入的地下水。水窝的深度和大小需根据井筒的实际情况和设计要求进行确定。同时，还需要在井底安装排水设备和其他必要的辅助设备，以确保井底的正常运行和维护。
地面设施与辅助系统
立井施工除了井筒本身的施工外，还需要建设一系列的地面设施和辅助系统。这些设施和系统包括提升机房、凿岩绞车机房、空压机房、搅拌站、供电系统、通风系统、排水系统等。这些设施和系统的建设和运行对于保障立井施工的安全、高效进行具有至关重要的作用。
提升机房是立井施工的核心设施之一，它用于安装和运行提升机。提升机是立井施工中用于提升废石、物料和人员的主要设备。凿岩绞车机房则用于安装和运行凿岩绞车，为井筒掘进提供动力支持。空压机房则用于提供压缩空气，以驱动凿岩机等设备。搅拌站则用于配置混凝土等支护材料。
供电系统是立井施工的动力源泉，它负责为所有用电设备提供稳定可靠的电力供应。通风系统则用于改善井下的作业环境，保障施工人员的健康和安全。排水系统则用于排除井筒内的积水和地下水，确保井筒的干燥和稳定。
安全管理
立井施工是一项高风险作业，安全管理是施工过程中不可忽视的重要环节。为了确保施工的安全进行，需要建立健全的安全管理体系和规章制度，加强安全教育培训和现场管理。同时，还需要定期进行安全检查和维护保养工作，及时发现和消除安全隐患。
在施工过程中，需要严格遵守安全操作规程和施工规范要求，确保各项施工活动在可控范围内进行。对于高风险的施工环节和作业区域，需要采取特殊的安全防护措施和应急预案。此外，还需要加强与其他相关单位的沟通协调工作，确保施工过程中的信息畅通和协作顺畅。
结语
立井结构及基本施工工艺是采矿学和地下工程领域中的重要内容之一。通过本文的学习，我们可以全面了解立井的形状、结构组成、分类特点以及基本施工工艺等方面的知识。这些知识对于提高我们对立井施工的认识和理解水平具有重要意义。同时，我们也需要认识到立井施工过程中的风险和挑战性，加强安全管理和技术创新工作，以确保施工的安全、高效进行。
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