凿井

在岩、土中挖掘井筒的工作

凿井是指在岩、土中挖掘井筒的工作。又称井筒掘进。井筒是矿井的咽喉，加快其施工速度，对加快矿井建设具有重要意义。

凿井工序

凿井工序分为：确定井位、开井口、下石圈、凿大口、下木柱、凿小眼6个流程。

普通凿井法

普通凿井法适用于井筒涌水量小于30立方米/小时(m3/h)，穿过的岩层或表土层比较稳定，采用凿岩爆破开凿立井井筒的施工方法。普通凿井法施工时，在井口地面安装井架，其顶端架设天轮台，用于悬吊各种凿井设备。整个井筒按所穿岩层的情况分段掘进，可选取长段单行作业、长段平行作业、短段单行作业和掘、砌、安一次成井作业。单行作业所需掘砌设备较少，组织管理较简单，适用性较广；平行作业设备较多，组织管理较复杂，但成井速度快。特殊凿井法是在不稳定的含水地层或在含水量大的稳定地层中，为加固井筒围岩或隔绝水流等而采用的凿井法。

特殊凿井法

特殊凿井技术作为深厚表土不稳定含水地层的井筒施工方法，数十年来在我国得到了很大的发展，我国的冻结法凿井应用之广在世界上已名列前茅；钻井法凿井所竣工的淮南谢桥西风井等深大井筒，更是世界上所罕见的，综合技术达到国际先进水平。

冻结法及钻井法由于其安全可靠，加之近年科技进步不断降低成本，故在新井建设中多采用该两种方法通过不稳定地层。注浆法由于对加快建井速度、降低建井成本意义重大，故在基岩中也多采用。

板桩凿井法

在松散不稳定地层中，预先在掘进断面的外围依次打入特制的板桩，形成一个超前于工作面的临时支护，然后在其保护下进行掘砌工作的施工方法。本法受桩长和打桩能力限制，使用范围有限，多作为处理局部工程事故的措施。

板桩法是将预制的板桩先于井筒掘进工作，预先置入井筒本身设计位置外层，通过板桩稳定地层中不稳定的含水层，流沙层等。在掘进过程中可以形成临时支护，保护内部作业人员安全。此方法具有操作简便、施工准备工序少、成本较低、作业周期短等特点，适用于地表与流沙层相距较近的特殊地理情况。

降低水位凿井法

在不稳定含水层中凿井前，在井筒周围钻若干排水用钻孔，孔内装有带过滤装置的排水管，用潜水泵或压气泵向外抽水，以降低地下水位，减少涌水量，增强地层稳定性的施工方法。

混凝土帷幕凿井法

在井筒周围钻挖槽孔，槽孔达到设计深度并互相连通后，再用垂直导管法在泥浆下灌注混凝土，置换槽孔内的泥浆，并使各槽孔内的混凝土相互衔接，形成一个封闭的、具有一定厚度和强度的圆形混凝土帷幕结构，在其保护下掘砌井筒，可顺利通过不稳定表土层。本法具有工艺和设备简单，钢、木消耗少，准备期短等优点。

又称渗透墙技术通过前期施工作业的方式，在目标井筒外浇筑一个混凝土构成的人工帷幕，以此为掩护进行正常的掘进作业。此方法对于施工的深度有明确限制，一般在80m以内的底层中适用程度较好。

冻结凿井法

在开凿井筒前，将井筒周围含水层用人工制冷方法，冻结成封闭的圆筒形冻结壁，以抵抗地压并隔绝地下水与井筒的联系，在冻结壁的保护下进行掘砌作业。此法虽然需用设备较多，工期长，工作条件较差，成本较高，但安全可靠，施工技术较成熟。也可用于其他地下工程。

深井冻结由于冻结孔的过大偏斜或孔距超近，将影响冻结壁的交圈效果或造成冻结管断裂，因此需有较高的垂直度要求。

保持冻结管在施工全过程的完好，关系到工程的成败，它主要取决于冻结壁的变形和所使用的冻结管对此变形的适应能力。前者的影响因素有冻结壁的厚度及其平均温度、地压值大小、施工段高和段高暴露时间等，需要通过采用合理的设计理论和方法来解决。后者可采取改善钢材的低温性能、降低冷脆温度转化点，提高管材强度和韧性来防止断管发生，也可采用提高对变形的适应能力来选择材料和合理的接头形式以达到防止断管的目的。这些研究成果已分别在深井工程上应用，取得了良好的效果。

冻结法主要针对底层含水量较大的区域。在施工开始前，先使用人工制冷的方式对预定井筒的位置进行冷冻处理，使地层水分冻结成相应强度的冻结层，在冻结层在力学基础上达到平衡状态后，再对其进行掘进工作，完成对于矿井井筒的开凿。此方法安全简单，适应性强，缺点是冻结工作具有较强的专业性，需要相关人员协同才能进行操作，同时成本较高。

注浆凿井法

适用于在裂隙含水岩层或较薄含水粗砂层中，用注浆机具经钻孔注入一种或几种胶结性浆液，堵塞裂隙或固结砂层，在井筒周围形成一个隔水的和有足够强度的帷幕，在其保护下进行井筒掘砌的施工方法。此法施工简便、对治理矿井水害、加固岩体、防渗抗漏等快速有效，有利于实现打干井。

注浆法是将浆液等稳定性材料用泵注的形式加入到需要加固的位置区域。在含水量较多的地层中能用以阻断含水层，起到防止地层水进入工作区域的作用。通过浆液达到对目标区域壁后的稳定作用，能够用人工的手段在工作区域外层形成一个固定面，阻断复杂地层对于掘进过程的影响。但是地层流沙含量丰富且位置较浅时，对注浆法的使用会产生一定的影响。同时由于浆液的配比与灌注的过程中产生的费用较大，因此注浆法在矿井建设中的采用受到影响。

矿山钻井法

用钻井机钻凿立井井筒。本法在掘进和支护两个工序上实现了凿井综合机械化和一定程度的自动化，工人不用下井操作，作业安全，劳动生产率高。

钻井法钻凿煤矿竖井工艺流程方面有些相似于石油钻井，但又不同于石油钻井，西方一些国家主要用来钻凿直径较小并以岩石为主的深井，采用钢板井壁支护。而我们开发钻井法凿井技术，是用于深厚表土不稳定含水地层的井筒施工，根据我国的具体条件、采用以“转盘拖动，减压钻进;一次超前，分级扩孔，泥浆护壁，反循环洗井，悬浮下沉井场预制井壁，壁后充填水泥浆固井”为基本内容的施工工艺，经长期实践证明是合理的。近30年来，钻井法凿井在技术上有了很大的发展和提高。

沉井法凿井

在井口位置，预制好沉井刃脚和一段井壁，边掘边沉，再在地面浇筑，接长井壁，继续下沉。施工时沉井利用钢刃脚插入土层，工作面不断破土排渣，依靠井壁自重不断下沉，当沉井刃脚达到基岩后，即行封底与壁，后注浆固井。

沉井法与板桩法的操作过程大体相同。区别在于沉井法是将一个事先制好的有相应稳定结构的护具整体下沉到预定位置，形成对于整个区域的保护作用。施工人员可根据自身情况灵活选择施工位置。沉井法对于底层性质与深度有一定的要求，特点是整体造价较低、操作便利、工艺简单，工人不下井即可完成施工。缺点在于下沉过程中，护具姿态和井筒本身的偏斜不易控制。

展望

特殊凿井法要想在矿井建设中取得更好的发展，还需要自身不断进步。如:冻结法凿井，关键还是“一钻两壁”。首先需要改善冻结孔钻机的性能，实现定向钻进技术工艺参数显示电脑化和智能化，快速高效地提供符合冻结工艺要求的钻孔;研制采用适合于超深冻结应用的冻结器和相应的工艺设备，确保冻结壁的成形和维护;总结分析现有深井井壁的结构形式和设计理论，开展抗地层变形的井壁结构研究。钻井法凿井则需着重研究解决滚刀、测井仪等井下设备的密封性能，使其达到适应于设计深度使用的要求;进一步开发研究在500m深井中已取得成效，应用约束混凝土理论设计的钢板混凝土复合井壁和壁后充填技术;研究探讨满足特深井筒钻进临时护壁要求的新型泥浆，以及减少地层造浆、提高废浆处理水平等技术关键。随着国家经济的发展，对于地下资源的需求不断加大，我国复杂的地质环境，需要特殊凿井法的不断进步才能更好地进行资源的开发利用。

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