梅山铁矿主竖井设计最终版本v1.19b.doc

中南大学 资源与安全工程学院 采矿与岩土工程0703班 姚文杰
中南大学
资源与安全工程学院

梅山铁矿主竖井设计
井巷与隧道工程课程设计

专 业：采矿与岩土工程
班 级：采岩0703班
学 号：0201070302
姓 名：姚文杰
指 导：余健老师
日 期：2010年01月

目录
引言 1
第一章 矿山概况 2
1.1矿山名称 2
1.2生产能力 2
1.3矿床赋存地区的自然概况及原始资料 2
1.3.1 地理交通位置 2
1.3.2 矿区经济状况 3
1.3.3 气候条件 3
1.4矿区地质 3
1.4.1矿区地形特征 3
1.4.2区域地质概述 3
1.4.3矿区地质 4
1.4.4矿床水文地质 4
1.5巷道类型及设计意义 5
第二章 竖井的井筒断面设计 6
2.1竖井的井筒断面形状选择 6
2.2竖井的井筒断面尺寸的确定 6
2.2.1选择井筒装备 6
（一）罐道的选择 6
（二）提升设备选择 6
1、箕斗的选择 6
① 小时提升量 6
② 提升速度 6
③ 一次提升量计算 7
④ 一次循环提升时间 9
2、罐笼的选择 9
2.2.2确定井筒断面布置形式 10
2.2.3初选罐道、罐道梁、梯子梁的型号、尺寸 10
2.2.4确定提升间和梯子间的断面尺寸 11
（一）井筒各构件平面尺寸计算 11
1、箕斗及其构件平面尺寸 11
2、罐笼及其构件平面尺寸 12
（二）梯子间的尺寸计算 12
2.2.5井筒净直径的确定 13
2.2.6验算安全间隙及梯子间的尺寸 15
2.2.7验算风速 16
2.3支护厚度的选择 16
2.4 管缆布置 17
2.5 工程量及材料消耗 17
2.5.1 井筒净断面积 17
2.5.2 井筒掘进断面积 17
2.5.3 每米井筒混凝土量 17
2.5.4 箕斗罐道梁长度 17
2.5.5 罐道梁长度 18
2.5.6 梯子梁长度 18
2.5.7 平衡锤梁的长度 18
2.6绘制井筒断面图 19
第三章 竖井施工 20
3.1表土施工 20
3.1.1表土施工方式的选择 20
3.1.2钻冻结孔 21
3.1.2冻结 21
（一）制冷过程 21
（二）冻结方案 22
（三）冻结段井筒掘砌 22
（四）提升方式 22
3.1.3临时支护 23
3.1.4水的处理 23
3.2竖井施工方案的选择 23
3.3施工设备 25
3.3.1凿井井架的选择 25
3.3.2凿井绞车的选择 25
3.4基岩施工 25
3.4.1凿岩 25
（一）凿岩设备选择 25
1、凿岩机的选择 25
2、钎头选择 26
3、钎杆选择 26
（二）凿岩机台数的确定 27
3.4.2爆破 27
（一）炸药和起爆器材的选择 27
（二）爆破参数的选择 27
1、炮眼直径D 27
2、装卷直径d 27
3、炮眼深度l 27
4、单位炸药消耗量q 28
5、估算炮眼数目N 28
（三）炮眼布置及爆破图表 28
1、掏槽形式及其选择 28
2、炮眼布置及药量分配 29
①掏槽眼 29
②中心空孔 29
③辅助眼 29
④周边眼（光面爆破） 30
3、总炮眼数N的确定 31
4、炸药消耗量的计算 31
①炸药总消耗量的计算Q 31
②单个掏槽眼的装药量q1 32
③单个辅助眼的装药量q2 32
④单个周边眼的装药量q3 32
（四）编制爆破图表 33
1、爆破原始条件 33
2、炮眼排列及装药量 33
3、预期爆破效果 34
4、炮眼布置图 35
（五）装药和堵塞 36
1、装药设备 36
2、装药结构 36
3、堵塞 36
（六）起爆方法 36
（七）起爆顺序 37
3.4.3通风方式 37
3.4.4出渣 37
（一）抓岩机的选型 37
（二）提升 38
1、提升方式的选择 38
2、提升容器的选择 38
3.4.5临时排水 39
3.4.6施工组织 39
第四章 支护方式 40
4.1临时支护 40
4.1.1临时支护方式的选择 40
4.1.2临时支护施工 40
（一）混凝土喷射方式的选择 40
（二）喷混凝土材料 40
（三）喷混凝土有关的施工参数 40
（四）锚杆的选择 41
（五）喷射混凝土的厚度 41
4.2永久支护 41
4.2.1支护方式的选择 41
4.2.2支护厚度选择 42
4.2.3支护施工 42
（一）立模 42
（二）选择模板 42
（三）混凝土的输送 42
（四）混凝土井壁接茬 42
（五）井壁淋水的处理 43
结束语 45
参考文献 47

VI

引言
对于我们采矿与岩土工程专业的同学来说，井巷工程是我们本科四年学习的一个重要的内容，是一门很重要的专业课。今后走上工作岗位后，打交道最多的就是地下巷道。前面的基础课、技术基础课学习都是为了专业课的开设做准备的。本学期我们开设了井巷与隧道工程一课，在阳老师通俗易懂、结合实际的讲解下通过学习对地下巷道的种类、断面设计、支护方法、机械设备、凿岩爆破等等有了很好的认识，但是这些都仅仅是局限于理论上。这次设计让我对井巷设计有了一个全面的了解，从实际出发（地质情况、生产能力、巷道用途等）来设计，很好的将所学的东西应用于实践，虽然不是真正的去施工，但是和以前的课堂学习相比更接近现实了。因此这次的课程设计很好的锻炼我们对知识的综合运用能力。另外，也让我们对自己以后要做的工作有了很感性的认识。知道了我们以后要做什么，怎么做（查阅资料、文献等等）。很好的开拓了我们的眼界。为我们以后继续深造奠定基础。
针对此次课程设计，我选择了梅山铁矿主竖井进行设计。首先通过图书馆校园网的文献、期刊查阅查找了梅山铁矿的基本资料，包括其地址特征、生产能力，确定巷道的用途。在认识的基础上根据矿山的基本资料、巷道用途、服务年限等查阅相关资料确定断面的大小、形状、尺寸，选择相适应的提升设备。做出断面设计图。再根据围岩性质等选择合适的开拓方法，选择合适的施工器械等等，最后确定施工方法，包括表土层施工和基岩施工，并结合实际工程地质条件确定最优的支护方式，最后设计竖井的整体图。对上述过程，我分了四个章节叙述，分别是矿山概况、断面设计、竖井施工和支护方式。主要讲述其断面设计以及开拓、支护方式。没有涉及竖井的延伸。
在本次设计中也遇到很多困难，但是在努力之下一一克服了。感谢给予我帮助的余健老师和本班的各位同学。通过这次课程设计，不管是专业知识还是学习知识的能力，我都提高了很多，收获很大！

第一章 矿山概况
1.1矿山名称
梅山铁矿

1.2生产能力
年采选综合生产能力扩大到400万吨/年，主要开采-198~ -258含铁品位38.27%一亿多吨的铁矿石。所设计的竖井服务于提升132万吨/年的矿石产量的矿区。

1.3矿床赋存地区的自然概况及原始资料
1.3.1 地理交通位置

图1-1 梅山铁矿地理位置图

梅山铁矿位于安徽省池州市贵池区 ，离池州市27.10公里，离安庆市43.70公里。

1.3.2 矿区经济状况
矿区经济以矿业发展为龙头，带动周边经济的发展。矿区外村落密布，土地肥沃。附近村民主要种植水稻，生活富裕。由于得天独厚的旅游资源，附近有著名的风景区，其旅游业较发达。矿山建设所需材料，除国控材料由国家按计划从外调以外，其余地方材料均可就近取得，如：石灰砖瓦可以从当地的石灰厂，砖瓦厂购买；水泥主要原料石灰石可以从9km处冶炼厂石灰石矿得到。电力资源充足，能满足矿山声厂需要。该地区劳动力丰富，新增人员都经过矿内部岗前培训3至6个月左右。

1.3.3 气候条件
气候温和,雨水充沛,青山连绵,云雾袅绕,独特的地理气候条件，属于亚热带沿江季风性湿润气候，四季分明，年平均气温14.5°C-16.6°C，年平均降水量1300mm-1500mm，无霜期248天。　气温：全市各地年平均气温14．8～17．8℃，市区17．8℃，较历史同期偏高0．3～1．1℃。其中2月气温较常年普遍偏低1．7～2．1℃，8月普遍偏低0．8～1．512。

1.4矿区地质
1.4.1矿区地形特征
梅山铁矿地势西北高东南低，地貌丰富多样，总体特征西北部是大别山中低山区，东南部为长江洲圩滩地，中部丘陵起伏，间有低山、湖泊。各类地形构成中丘陵面积占33．1％，，江湖水面占10．58％。土壤也呈多样化，分属6个土纲、12个土类、25个亚类、94个土属、147个土种。地形处于中国东部第三梯级内，区内地形复杂，地貌类型多样化。基岩山区山丘破碎，地形切割强烈，沟谷密集，形成深谷陡崖地貌景观；平原区岗坡、洼地地形突出；淮河、长江两岸支流发育，湖泊星罗棋布，多元化的自然、地貌和地质条件。

1.4.2区域地质概述
梅山铁矿床位于淮阳山字型构造前弧东翼、宁芜断陷盆地的北段、梅山—凤凰山构造岩浆成矿带(北西向)与滨江构造岩浆带(北东向)两组构造的交叉部位。根据岩石成因、岩性、蚀变程度及工程地质特征的相似性, 将矿区围岩划分成 8 种岩组: ①黑云母辉石安山岩夹凝灰岩、凝灰角砾岩; ②凝灰质粉砂岩; ③黑云母安山岩; ④凝灰角砾岩、集块岩; ⑤石英角闪石安山岩;⑥石英粗面岩; ⑦辉绿岩; ⑧辉长石闪长玢岩。梅山铁矿为陆相火山岩型富铁矿, 赋存于辉石闪长玢岩与安山岩的接触带及其附近。矿体顶板基本上为辉石安山岩, 围岩蚀变强烈。矿体底板为辉石闪长玢岩, 受到不同程度的蚀变。由于蚀变及岩石穿插, 使部分矿体、尤其是矿岩接触带附近的矿岩极其破碎, 稳定性极差。矿区构造极为发育, 主要有北东向、北东东向、北西西向、北北西向及近南北向的断裂组, 节理裂隙多以北西向和北东向最为发育。梅山铁矿位于宁芜中生代陆相火山岩断陷盆地北段，矿体赋存于辉石安山岩与闪长玢岩的接触破碎带及附近，地层主要由侏罗系，白垩系的火山碎屑岩及熔岩组成。矿体底部是浅成侵入的辉石闪长玢岩，还有次生石英岩、辉绿岩。

1.4.3矿区地质
硅化和高岭土化安山岩，硅化安山岩较稳定，高岭土化安山岩遇水膨胀，易风化，稳定性较差。石英粗面岩，有小断层和构造破碎带，伴有强烈的高岭土化和绿泥石化，稳定性差，f=4~6，局部f=2~3，有三条较大的断裂带通过，裂隙最大宽度80cm，局部有渗漏水。岩体呈块状构造，节理裂隙发育，岩体整体性差，岩石疏松，遇水膨胀，蚀变黑云母辉石安山岩单轴抗压强度30.6~38.9MPa.
表1-1 梅山铁矿各岩矿组力学参数
矿岩名称
弹模／GPa
泊松比／μ
容重／KN·m3
残留剪强度／MPa
内磨擦角／（°）度
抗拉强度／MPa
安山岩
7.81
0.21
25.0
2.62
32.3
1.19
闪长玢岩
10.2
0.25
24.3
2.58
25.9
1.22
凝灰角砾岩
5.6
0.22
24.0
1.72
31.9
0.9
富 矿
32.1
0.28
46.0
3.06
32.6
1.76
贫 矿
25.5
0.25
31.0
2.82
32.6
1.61

1.4.4矿床水文地质
梅山铁矿属充水型矿床，地下水以静储量为主。浅部地层隔水性能较好，大气降水、地表水及潜水下渗补给条件较差，矿区自然水文地质条件并不复杂，但因坍塌破坏了隔水顶板，降水从“天窗”渗漏，使雨季矿坑排水总量明显增大，雨水渗透将改变矿坑水文，工程地质条件，渗透水的软化泥化作用使断裂带冒落塌方，使岩石稳定性下降，作业条件恶化，从1979年到1987年，井下年排水量从980000增加到1740000，日均排水量从2690增加到4778，日最大排水量达8000。

1.5巷道类型及设计意义
本次设计的巷道类型为主竖井，梅山铁矿一期延深后, 矿块平面尺寸由50m ×60m 增大为75m ×120m ,分段高×进路间距由10m ×10m 增大为15m ×15m ,矿体集中,作业线短。据地质报告介绍, - 330～ - 524m 间尚有含铁品位38. 27%的铁矿石1 亿多吨。为了确保国家资源全部回收, - 330m 以下的矿石必须进行开采。因此设计本竖井用于提升- 330m 以下的矿石。

第二章 竖井的井筒断面设计
2.1竖井的井筒断面形状选择
竖井断面形状有圆形、矩形两种，本竖井为提升矿石主竖井,服务年限18年，大于15年，围岩不十分稳固,由此采用圆形竖井断面。

2.2竖井的井筒断面尺寸的确定
2.2.1选择井筒装备
矿山年生产量：按每年330天计算，年生产量W=4000*330=1329000t=132万吨，根据《采矿手册》冶金工业出版社P233~P239“一般情况下，年产量大于30万吨的矿井用箕斗提升为宜。”再根据竖井服务年限长，深度大的特点综合考虑决定采用双箕斗提升，同时为了保证满足提升要求及辅助提升人员、材料、设备，再增设一台罐笼。综上，提升设备为双箕斗加单罐笼。
（一）罐道的选择
考虑到该井提升高度大、荷载大的特点,故选用钢轨罐道,工字钢做罐道梁。
（二）提升设备选择
1、箕斗的选择
① 小时提升量

式中：——小时提升量，t/h；
C——提升不均匀系数，箕斗提升取1.15，罐笼取1.2；
——矿石年产量132万吨/年；
——年工作日数，取连续工作制330天；
——每天工作小时数，箕斗提升一种矿石取19.5h

② 提升速度
a、
式中：v——提升速度，；
——加权平均提升高度，m。其系数0.3~0.5的选取：提升高度在200m以内时取下限，600m以上时取上限。箕斗提升比罐笼提升的取值可适当增大。
值应根据该提升井服务的各阶段矿量，以平均的放法求得。

式中：——分别为第一阶段提升高度和阶段高度矿量（对于箕斗提升则为第一装矿点提升高度和矿量）；
——分别为第二阶段提升高度和阶段高度矿量（对于箕斗提升则为第二装矿点提升高度和矿量）；
其他依此类推。
m
因为=600m，根据上述标准确定的系数为0.3，所以
b、因为本竖井设计有罐笼，根据冶金矿山安全规程规定：竖井用罐笼升降人员，其最大速度不应超过下列公式的计算值。

所以=<=12.25符合要求。
综上所述，=

③ 一次提升量计算
对于主井，且为双容器提升时
，
其中：——容器的容积，；
——箕斗在曲轨上减速与爬行的附加时间，取10s；
——装满系数，取0.85~0.90；
——松散矿石密度，t/；
——休止时间，箕斗提升时，见下表确定；
——系数，按表选取；
表2-1 系数k1值

系数
提升速度

3.73
3.327
3.03
2.82
2.665
《采矿设计手册矿山机械卷》P361页表1-6-2

表2-2 箕斗装载停歇时间表

箕斗容积（）
<3.1
3.1~5
<=8
漏斗类型
计量
不计量
计量
计量
停歇时间（s）
8
18
10
14
《采矿设计手册矿山机械卷》P393页表1-6-21

由此确定=3.73，=10 s；由表1.1的地质资料知=2.45 t/，=0.87；
（）；
计算一次有效提升量Q

式中：——一次有效提升量，t ；
V——提升容器的容积，；
所以， t

④ 一次循环提升时间

由=3.42，参照《采矿设计手册矿山机械卷》P367页~P369页表1-6-6双箕斗提升能力表选取容积为4的箕斗。再根据《采矿设计手册矿山机械卷》P366页翻转式箕斗主要规格性能表选取型号为FJD4（8.5）的箕斗

表2-3 FJD4（8.5）型箕斗的参数
最大装载量
8.5t
箕斗质量
5.955t
斗箱内空尺寸
1400*1100
提升钢丝绳直径

最大外形尺寸
1548*1584*5605
罐耳断面尺寸
200mm*68mm
矿石块度
0~500mm
罐耳间距
1370mm

2、罐笼的选择
本竖井的矿石提升主要由箕斗承担，罐笼主要用于下放人员与设备，在生产能力大的时候也可以用于提升矿石，以缓解箕斗提升的负担，因此罐笼需满足人员和材料、设备下放的要求。根据相关的工程经验和设计实例以及井下人员的需求选取 单层罐笼，罐笼相关参数见《井巷工程》教材P26页表2-4冶金矿山竖井单绳罐笼系列型号谱

表2-4 单层罐笼的参数
底面尺寸L*B(mm)
1800*1150
罐道梁主梁型号
I 18
最大装载量（t）
1.7
罐道梁次梁型号
I 18
罐笼质量
1.5
平衡锤尺寸 长*宽（mm）
1000*300
钢轨两侧罐道之间的距离B（mm）

平衡锤质量（t）
2.6
罐笼拐角收缩值（mm）
180
罐笼拐角收缩值（mm）
127
2.2.2确定井筒断面布置形式
如图2-1所示。

图2-1 竖井井筒断面布置形式
2.2.3初选罐道、罐道梁、梯子梁的型号、尺寸
根据提升容器及布置形式，参考类似矿山的经验，初选：
a、罐道：38kg/m的钢轨；
b、箕斗主罐道梁：I 32a次梁：I 32a；
c、罐笼罐道梁：I 18；
d、梯子梁：选用两角钢焊成梁，型号：2L 18/11；
e、平衡锤梁：I 18；
2.2.4确定提升间和梯子间的断面尺寸
（一）井筒各构件平面尺寸计算
1、箕斗及其构件平面尺寸

式中：L——箕斗两侧罐道梁中心线间的距离，mm
——箕斗两罐道间的间距，mm；根据《采矿设计手册第三卷井巷工程卷》P5页表确定为40mm。
表2-5 提升容器与井壁或罐道梁之间的间隙

编号
井筒支护类型
管道梁类别和罐道布置
需要留间隙的部分
最小间隙（mm）
备注
6
混凝土木、料石
金属罐道梁，罐道布置在提升容器的一侧或两侧
提升容器最突出部分和罐道梁的间距
40

所以，=402+1584=1664mm
式中 h——罐道的高度，mm；选用38kg/m型号为I32a的工字钢，查阅《井巷工程》教材P20页表2-1得h =134mm
——同一根罐道梁两侧安装罐道时，两罐道底面的间距，等于罐道梁的宽度加上两个连接垫板的厚度，mm；参照《井巷工程》教材P20页表2-1得=138mm
x——罐道梁中心线至箕斗外边缘的距离，mm；
A——箕斗的宽度，mm；根据资料为1548mm

所以， mm
mm
2、罐笼及其构件平面尺寸
根据矿山的人员需求以及工程实例，选择罐笼型号
罐道梁间水平中心间距

式中 C——罐道梁间水平中心间距，mm；
——罐道梁与罐道连接部分尺寸，根据初选的罐道、罐道梁参见《井巷工程》教材表2-1选取，mm；=185mm；
——罐道梁与罐道连接部分尺寸，根据初选的罐道、罐道梁参见《井巷工程》教材表2-1选取，mm；=185mm；
B ——根据单层罐笼的参数B =1230mm；
所以， mm；

（二）梯子间的尺寸计算

式中 M——梯子间短边梁中心线与井壁的交点至梯子主梁中心线间距，mm；
m——梯子间安全隔栏的厚度，mm；取100mm；
——梯子主梁或罐道梁的宽度，mm；查阅冶金工业出版社《井巷工程》教材P20页表2-2得到=130mm；
H——梯子间的两外边次梁中心线间距，即梯子间长度，取1400mm；根据工程相关实例取 H=1600mm；
S——梯子间短边次梁中心线至井筒中心线的距离，mm；
d——梯子间另一侧短边次梁中心线至井筒中心线的距离，考虑方便安装应不小于300mm；取d=300mm；

所以，
=1600-300=1300mm

2.2.5井筒净直径的确定
根据所求得的提升间和梯子间的断面尺寸，可用解析法和作图法确定井筒的近似直径，考虑到用工程CAD作图，作图和量测比较方便，所以选用作图法来确定井筒的近似直径。按计算出来的提升间、梯子间平面结构布置尺寸，并在auto-CAD中作图
由图看出，可以根据箕斗位置（C、D点）和E点或罐笼（A、B点）和E点或罐笼（A、B点）和箕斗位置（C、D点）确定井筒净直径，因为分别用三种方式确定计算作图将变得很复杂，决定采用先按罐笼（A、B点）、箕斗位置（C、D点）和梯子间与井壁交点（E点）最可能和井壁发生接触的点来确定井筒近似直径，然后再校核是否符合要求的方法。
沿箕斗拐角C和D点角平分线向井壁取向量，得到F或G两点，按采矿设计手册井巷工程卷P5页表1-1-3选取，=150mm，从罐笼两个拐角引罐笼收缩边的垂直平分线，并取得到A、B两点。其中为提升容器到井壁的最小安全距离，一般取=200mm，为罐笼收缩值，由此确定A、B两点，因为A点在离开中心线较远的地方，所以A点将较先与井壁接触。

图2-2 井筒断面示意图

综上所述，最先和井壁发生接触的可能点是A、E、 F、G，根据作其中三点作圆，选出符合要求的圆。

图2-3 图解法确定竖井井筒直径
最后确定圆的直径为5615mm，根据6m以下直径断面的井筒按500mm进级，选用直径为6000mm的断面。

2.2.6验算安全间隙及梯子间的尺寸
验算箕斗的安全距离是否符合要求：

式中 ——箕斗拐角处与井壁的实际距离，mm
R——井筒半径
——中间主梁的宽度,mm
——罐道的高度,mm
——箕斗的长度，mm
——箕斗的宽度，mm
所以mm=200mm，符合要求。
= =1582>1378mm，符合要求。

2.2.7验算风速
按下式验算风速

式中——通过井筒的风量，；=182；
——减去井筒装备和其他固定设备尺寸的井筒净断面积，通常可由井筒净断面积 估算，=0.85s，。本例中=
——按规程要求井筒允许通过的最高风速，。查高等学校教学用书《井巷工程》P11页表1-10得=8，故=。风速验算符合要求。
2.3支护厚度的选择
参照《井巷工程》教材P170页表11-11
表2-5 井筒厚度的确定

井筒净直径（m）
井筒厚度（mm）
混凝土
混凝土砖
料石
3.0~4.0
250
300
300
4.5~5.0
300
350
300
5.5~6.0
350
400
400
6.5~7.0
400
450
400
7.5~8.0
500
550
500
注：1、混凝土砖、料石砌壁时，壁后充填为100mm；
2、混凝土强度等级为C15。

因为采用混凝土支护，井筒净直径为6m，所以支护厚度据表确定为350mm。故井筒掘进直径mm。

2.4 管缆布置
按照管缆布置的原则，结合该井条件，管缆布置如图2-4所示

2.5 工程量及材料消耗
2.5.1 井筒净断面积

2.5.2 井筒掘进断面积

2.5.3 每米井筒混凝土量

2.5.4 箕斗罐道梁长度
按下式计算：
式中——井筒净半径。
——每根罐道梁到井筒中心线的距离。
故：=；
==5869mm；
==5346mm；
在保证罐道梁埋入井壁的长度符合要求的前提下，取其长度为整数。各罐道梁长度分别为：
=6270mm；
=5750mm

2.5.5 罐道梁长度
按下式计算：
=2400mm；
=2400mm；

2.5.6 梯子梁长度
根据图纸，在埋入井壁的长度满足要求的前提下取
mm
mm
mm

2.5.7 平衡锤梁的长度
根据图纸确定，分别为1280mm；2310mm。

2.6绘制井筒断面图
井筒断面的绘制如图2-4所示。

图2-4 竖井井筒断面设计图

第三章 竖井施工
3.1表土施工
3.1.1表土施工方式的选择
表土按稳定性分为稳定表土层和不稳定表土层两类，根据地质资料本竖井在开挖处主要包括含水砂土、淤泥、含饱和水的粘土、浸水的大孔土和含水量较大的砾石层等，根据该处表土地质情况，该地区属于不稳定表土层，结合实际情况以及工程实例选用特殊法中的冻结法进行施工。
冻结法凿井就是在井筒掘进之前，在井筒周围钻冻结孔，用人工制冷的方法将井筒周围的不稳定表土层冻结成一个封闭坚固的冻结圈，防止水或流砂涌入井筒，然后在冻结圈的保护下进行掘砌工作。待井筒掘砌到预计深度后，进行拔冻结管和充填，最后解冻。

图3-1 冻结法凿井示意图
1-冷冻沟槽 2-配液圈 3-冻结管 4-供液管 5-回液管
6-冻土柱 7-集液圈

3.1.2钻冻结孔
为了形成冻结圈，首先要在井筒周围钻一定数量的冻结孔，以便在孔内安装带底锥的冻结管和底部开口的供液管。
冻结孔一般等距离地布置在与井筒同心的圆周上，冻结孔间距一般为0.9～1.3m，孔径为200～250㎜，孔深应比冻结深度大5～10m。

图3-2 冻结法制冷过程示意图
1-氨压缩机；2-氨油分离器；3-集油管；4-冷凝器；
5储氨器；6-调节阀；7-氨油分离器；8蒸发器；
9-盐水泵；10-盐水箱；11-配液管；12-集液管；
13-冻结孔；14-冷却用水泵；15-水池

3.1.2冻结
（一）制冷过程
整个制冷过程包括三个循环系统，即氨循系统、盐水循环系统和冷却水循环系统。

（二）冻结方案
冻结方案有一次冻全深、局部冻结、差异冻结和分期冻结等几种。一次冻全深方案的适应性强，应用广泛；局部冻结就是只在局部涌水部位进行冻结；差异冻结又叫长短管冻结，即冻结管有长短两种间隔布置；分期冻结是当一次冻结深度很大时，为了避免使用过多的制冷没备而将全深分为数段(通常分为两段)，从上而下依次进行冻结。根据本竖井情况选用分期冻结法。

（三）冻结段井筒掘砌
采用冻结法施工，井筒的开挖时间要选择适时，即当冻结壁已形成而又尚末冻至井筒范围以内时最为理想，此时，既有利于掘进又不会造成涌水冒砂事故。但是，在冻结井筒掘进过程中很准保证处于理想状态，往往整个井筒被冻实，对于这种坚硬的冻土也耍采用钻眼爆破法进行掘进，有条件时也可采用冻土掘进机掘进。
冻结井壁一般都采用钢筋混凝土或混凝土双层井壁，外层井壁的厚度一般为400㎜，它是随着掘进而砌筑的。内层井壁一般厚600㎜，它是在通过冻土段后自下而上一次砌到井口。

（四）提升方式
主要有汽车起重机、三角架、简易井架与小绞车提升，三种方式。根据本竖井表土层为50米，所以选用简易井架与小绞车提升的提升方式。从简易井架的外形可分为人字形、帐幕式、一面坡、龙门架等几种。它们配以小绞车和小吊桶，可用于井筒深度在20～50m范围内的表土施工。本竖井选用如下图所示的帐幕式简易井架提升方式。

图3-3 简易帐幕式井架
1-天轮；2-3003002000 mm方木；3-螺栓；
4-木锁口梁；5-基础；

3.1.3临时支护
见第四章支护方式中的4.1.1节临时支护部分。

3.1.4水的处理
见第四章支护方式中的3.4.5临时排水。

3.2竖井施工方案的选择
根据掘进、砌壁和井筒安装工作在时间和空间上的不同安排方式，竖立井井筒施工作业方式组成多种作业方式，归纳起来大体上可分为五种：1.掘砌单行作业，2.掘砌平行作业，3.短段掘砌作业，4.掘、砌、安一次成井，5.反井刷大与分段多头掘进。因为本竖井深度为600m，直径6.7m，深度较大，断面较宽，而且地质条件不是十分理想，所以采用短段掘砌平行作业。段高一般为2～6米。

图3-4 平行作业示意图
1-砌壁吊盘；2-井壁；3稳绳盘；4喷浆临时支护；5-掘进工作面

3.3施工设备
凿井主要施工设备有凿井井架、卸矸台、封口盘、固定盘、吊盘以及凿井绞车。主要选择凿井井架和凿井绞车。

3.3.1凿井井架的选择
凿井井架是专门用于开凿竖井而设立，其上的天轮平台是井架重要组成部分，需要承担全部悬挂设备和提升荷载。参照《采矿设计手册》，跟据井筒的直径和设计深度，选择I#井架，其天轮平台尺寸5.5×5.5m，基础面至天轮平台高度16m，卸矸台高度为5m。

3.3.2凿井绞车的选择
绞车用来悬挂吊盘、安全梯、吊泵和各种设备。根据被悬吊的设备重量、悬吊高度，选用型号为JZ2的绞车，其电动机功率为11kw，外形尺寸长×宽×高为2375×1970×1340mm。

3.4基岩施工
3.4.1凿岩
（一）凿岩设备选择
1、凿岩机的选择
根据基岩层的地质情况：硅化和高岭土化安山岩，硅化安山岩较稳定，高岭土化安山岩遇水膨胀，易风化，稳定性较差。石英粗面岩，有小断层和构造破碎带，伴有强烈的高岭土化和绿泥石化，稳定性差，f=4~6，局部f=2~3，有三条较大的断裂带通过，裂隙最大宽度80cm，局部有渗漏水。岩体呈块状构造，节理裂隙发育，岩体整体性差，岩石疏松，遇水膨胀，蚀变黑云母辉石安山岩单轴抗压强度30.6~38.9MPa，水文地质条件中等，所以每个循环的进尺确定为2米，根据进尺大小、围岩条件和气腿式气动凿岩机规格表（《采矿手册》第二卷P175页）选用YT-24气腿式凿岩机。

2、钎头选择
钎头是直接破碎岩石的部分，其形状、材质、加工工艺是否合理，直接影响凿岩效率和本身的磨损。凿岩时使用的钎头对凿岩的速度影响很大，根据本竖井f=4~6，围岩易风化，节理裂隙发育的地质状况选用直径为38~42的一字形硬质合金活钎头。本竖井选用直径为42mm的钎头。

3、钎杆选择
钎杆是传递和承受凿岩机冲击功和扭矩的部件，选用由高碳工具钢制成的六角形（内切圆直径22mm，25.4mm）的钎杆。

表3-1 常用气腿式凿岩机参数

（二）凿岩机台数的确定
根据《井巷工程》教材P158页，一般每台凿岩机占用井筒断面积为1.5~2.5，在掘进速度要求不高的小断面井筒中使用8~10台。根据本竖井的断面积为，确定凿岩机的台数台，可以17台同时进行凿岩工作一次完成凿岩工作，考虑到实际情况以及凿岩工作分片划区，不宜相互穿越的原则，可以适当减少凿岩机的数量，分2次进行凿岩工作。

3.4.2爆破
（一）炸药和起爆器材的选择
梅山铁矿属充水型矿床，雨季矿坑排水总量明显很大，雨水渗透。因此在竖井施工中，工作面常有积水，应采用抗水炸药，选用62%的硝化甘油炸药。起爆器材采用国产8号秒延期电雷管，毫秒延期电雷管和导爆管索。放炮电源采用交流电源，但电压不得超过380伏。在有瓦斯或煤尘爆炸危险的井筒内，必须采用煤矿安全炸药和瞬发电雷管。使用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得超过130毫秒。在有瓦斯或煤尘爆炸危险的井筒内，必须采用煤矿安全炸药和瞬发电雷管。

（二）爆破参数的选择
1、炮眼直径D
根据所选用的凿岩机以及所选用的钎头，炮眼直径D为38mm。

2、装卷直径d
一般药卷直径比炮眼直径D小6mm左右，又根据工程实际，一般有32mm和35mm两种标准直径，所以选用32mm直径的药卷。

3、炮眼深度l
炮眼深度决定着每个循环的凿岩和装岩工作量，炮眼深度是根据岩石性质、断面大小、凿岩和装岩设备的能力、爆破器材性能、掏槽方式、循环时间及劳动组织等决定的。合理的炮眼深度应能保证获得良好的爆破效果和提高掘进速度。根据我国目前的技术状况，当使用气腿式凿岩机时，一般多采用1.8m~2.0m的浅眼。综合以上各个因素根据竖井的地质情况以及短段掘砌平行作业方式，进尺为2m，所以炮眼深度确定为2m。

4、单位炸药消耗量q
单位炸药消耗量取决于岩石性质、巷道断面规格、眼径和眼深等因素，根据《井巷工程》P161页表11-3竖井掘进（原岩）炸药消耗定额表（）f=4~6，D=6.7m得到q=0.99

5、估算炮眼数目N
先根据下式进行估算

式中 M——单个药卷长度，m；
a——炮眼平均装药系数，一般取0.5~0.7；取0.5；
G——单个药卷的质量，kg；
q——单位炸药消耗量，；
——炮眼利用率，99%
S——掘进断面积，m
所以，个，此处为估算值，下面依据根据实际情况调整后精确计算得炮眼数目为N=101个。

（三）炮眼布置及爆破图表
1、掏槽形式及其选择
掏槽方式有直眼掏槽、斜眼掏槽、混合掏槽三种方式，选用斜眼掏槽里的锥形掏槽方式，具体形式和参数见图3-5及爆破图表。

图3-5 锥形掏槽方式

2、炮眼布置及药量分配
①掏槽眼
根据掏槽方式查阅《建井工程手册第三卷》P366页，得到相关参数：
a.圈径1.8~2.0米，取1.8米
b.炮眼倾角70~80°，取70°。
c.眼数6~8个，取8个。
d.装药系数0.7~0.8，取0.8
e.为防止爆破抛掷过高，可在中心打一空眼，深度为眼槽的2/3，直径为60~100mm
f.适于眼深3米以下
g.掏槽眼深度一般超出其他炮孔深度100~200mm，取200mm；

②中心空孔
根据《井巷工程》教材P161直径60~100mm之间，取100mm，深度为其他孔深的0.7~0.8倍，取0.8，则中心空孔深为2*0.8=1.6m。

③辅助眼
a.圈距=700~900mm，根据岩石坚固性系数f，取较小值750mm；
b.眼距按下式计算：
；
式中 ——炮眼密集系数，一般为1.0~1.2，取1.0；紧邻周边眼的一圈辅助眼宜取0.8~1.0，取0.8。
——辅助眼的圈距。

所以，=750*1=750mm。紧邻周边眼的一圈辅助眼=750*0.8=600mm；
c.装药系数=0.45~0.60，根据条件取小值=0.45；
d.炮眼数目按下式计算：

式中——圈直径为的辅助眼数目，个；
——布置辅助眼的圈直径，米；
——圈直径为的辅助眼眼距，米
所以，=3.14*(3300/750+4800/600)=38.94个，结果为小数，则取整,所以=39个。

④周边眼（光面爆破）
a.眼距E，一般取400~600mm，层节理发育、不稳定岩层取小值400mm；
b.抵抗线W，一般取500~750mm，且，炮孔密集系数M在0.8~1.0的范围内，根据地质情况M取值0.8；所以W=400/0.8=500mm；
c.装药集中度=0.45~0.60，根据f=4~6的条件取值=100~140克/米；取120g/m
d..炮眼数目

按下式计算：

式中——周边眼的炮眼数目，个；
——井筒掘进直径，米；
——周边眼的眼距，米；
所以，=3.14*6.7/0.4=53.60，结果为小数，则取整,所以=54个。

3、总炮眼数N的确定

式中分别为掏槽眼、辅助眼、周边眼的个数。
所以，=8+39+54=101个

4、炸药消耗量的计算
①炸药总消耗量的计算Q
按下式计算：

式中 ——循环总装药量，千克
、、——分别为掏槽眼、辅助眼和周边眼的炮眼个数，个
——掏槽眼的装药系数，前面部分已经确定为0.8
——辅助眼的装药系数，前面已经取值为0.45
——一卷炸药的质量，千克；根据资料一卷62%硝化甘油炸药的质量为0.15kg；
——一卷炸药的长度，米；为0.17米；
——掏槽眼长度，2.0米；
——辅助眼与周边眼长度，1.8米；
——周边眼的炮泥长度，