一、井巷凿砌

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  清代,山东煤矿井巷凿砌技术已相当成熟。康熙年间孙廷铨所著《颜山杂记》
中记有:“凡攻炭,必有井干焉,虽深百尺而不挠,已得炭然后旁其隧,视其炭之
行,高者倍人,薄者及身,又薄及肩,又薄及尻。……视其井之干,欲其确尔而坚
也,否则削入其隧……凡井得炭而支行,其行隧也如上山,左者登,右必降;左者
降,右必登”。“凡行隧者前,其手必灯,而后入井则夜也,灯则日也。冬气既藏,
灯则炎长;夏气强阳,灯则闭光,是故凿井必两,行隧必双,令气交通以达其阳,
攻坚致远,功不可量,以为气井之谓也。”又据史料载:潍县以骡马掣炭,淄川以
人力转车,井底凿洞,一洞旁分数洞,随凿随运。炭厚则洞高,炭薄则洞卑。博山
颜神镇煤井有二三百尺深者。淄川“井深或至百尺,辘轳以坠,若下天状”。
  博山多在山地开凿煤井,便于排水,矿场灯光如星,日夜建设施工;井下不分
寒暑,别有一番天地;井筒提升,上下不停。乾隆四十七年(1782年)新汶一带凿井
仍用铁凿铁锤破岩,至道光十三年(1833年)始用铁钎打眼爆破。光绪三十年(1904
年)开工的淄川煤矿,采用多水平、平推石门贯穿各煤层,1906年始用风钻打眼爆
破,成为山东煤矿钻爆法发端。
  清末民初开办的中兴煤矿,立井井筒四围均用砖砌,外敷水泥;井底有顺煤层
走向开凿的南北运输大道,高6.7尺,铺两组车道,穿煤层而过,使井下分为东西
两面;南北大道两旁各开凿东西运输大道,一在煤腹,一在煤背;东西大道每隔
500尺顺煤层倾向开凿南北小道;在南北小道中再开凿东西以至南北诸道,把煤层
切为边长各50尺的房柱式块段。东西大道总长约3500尺。建成大井后,改用长壁式
开拓,每100米开凿一条平巷,每350米开凿一条斜巷,大井底开凿穿过煤层的平峒。
大道皆以红色耐火砖砌为拱形,小道多用榆木和杨木在两边和顶部以三柱法支护,
柱径约6寸,在岩石不很坚固处用木板护壁护顶。矿内之水均导入大井井底水仓,
一号大井水仓长1000米,砖拱石巷,容量3000吨;二号大井水仓长410米,砖拱石
巷,容量600吨(专引储石灰岩水,排往地面辅以饮用)。浅部小井水不易直接排出
地面,即先用水闸截住水,在井底打入1圈8尺长的铁棍,然后开闸并同时拔出铁棍,
水先穿孔而出,继则冲力增大而突出,圈内岩石全部冲坠而下,由下部通大井的巷
道导入一号大井水仓。井巷掘凿,1913年有电钻2台,钻头为“十”字形,钻孔深
可达1米,每16个孔放1次炮,1天放两次炮。至1929年,共开凿岩石巷道17600米,
有压风机1台,风钻16台,平均单头月施工速度石灰岩巷道约50米,页岩巷道约70
米。在“东方大窑”排除老窑积水,采用反井放水,或煤巷斜钻,或岩巷向上钻,
认为“此法甚便,且费用不大,倘开小井打水,则设备既繁,用款也大,尤须耗费
极长之时间,而欲将老窑积水完全放尽,更恐不易达到目的。”
  民国期间,淄川煤矿井巷掘凿多为手工,工具有錾(直径6分、8分两种)、锤(
重1磅、2磅两种)、钎(长1.05尺、2尺两种),岩石平巷月进25米左右,每次爆破有
16孔用炮药50发(双轨巷)、11孔用炮药38发(单轨巷)、7孔用炮药21发(煤巷)等。
1942年,全矿有压风机11台,风钻84台,33个掘进头中机械打眼的8个,平均班进0.
86米,人工打眼的25个,平均班进0.676米。井下运输有人工推、马拉、循环索、
电绞车等,钢轨有12磅、16磅、20磅等几种。矿车为铁制,容量18.6立方英尺。自
立井提升井底至采区运输距离,西部12采区1040米、13采区1650米,东部26采区
1470米、27采区345米、28采区850米、29采区545米。
  1930年,华丰煤矿建斜井,顺煤层倾斜下凿465米长(宽2.5米高1.3米),铺双
轨,木支柱,顶砌砖。坑道分顺槽下山,顺槽沿煤层走向,下山沿煤层倾向,间距
各约10米。开凿顺槽下山用荆条筐装运,筐底置铁条或小铁轮,系绳拉运。并行的
7路顺槽中间有1条是大道,铺铁轨,木车推运。共4条大道,计28路。顺槽下山分
列斜井两旁,西60路下山,东50路下山。这种沿煤层开凿密集巷道本身即采煤,再
于其间回采,为房柱式或残柱式回采,自民国溯至宋元时期多用。1933年,华丰斜
井在300米处的东大巷内开凿平推石门,高2米宽2.4米,手工打眼,黑炸药及导火
线爆破,铁锨装矸,木矿车运输。石门长65米,穿过第五、六、七煤层。矿井排水
为三级,由四路排至三路水仓,由三路排至六路水仓,由六路经二十五、二十六井
分别排至地面。
  中华人民共和国成立后,山东煤矿井筒施工采用普通凿井、沉井、冻结、钻井、
帷幕、板桩等方法,其中后5种又称特殊凿井法,多用于第四系含水流沙层的表土
段。井巷掘凿有钻眼爆破、机组掘进等方法。井巷支护有支棚、砌碹、模板浇注及
滑模、锚杆及喷浆等。
  1953年,孙村注沙井采用沉井法施工,下沉深度9.2米。
  1954年9月,良庄斜井开工,新汶建井工程处以木桩法穿过表土含水层。表土
层厚10米,其中含水流沙厚3米。井口破土上宽17.5米,下宽6.4米,长40米阶梯状
地槽,只挖至见水稳定水位止。两侧及下部迎头3面打木桩,先打两侧后打迎头,
每根均打入基岩内,两侧桩之间由钢管支撑以抵侧压。地槽下端挖小井降排水(地
面安装排水泵),小井随地槽下挖保持1~2米深。主井打密集桩,计329根,副井打
间隙桩计274根。进入基岩后采用全断面一次爆破,人工装矸,电绞车提升出矸,
电泵排水,半圆拱砌碹,主井斜长537米,平均月成井41.7米(最高70.5米),施工
期3个月;副井斜长485米(坡度16~22度),平均月成井40.5米(最高77米),施工期
3个月。在斜井基岩段施工中,采用探放水穿过老空区。
  1955年2月,张庄二立井开工,新汶建井工程处以木井架、汽动和电动两套绞
车提升,凿岩机钻眼(钻深1.2~1.8米)及炸药雷管爆破,0.11立方米抓岩机配0.75
立方米吊桶出矸,吊泵排水,密集压岔背板加槽钢井圈临时支护(永久井壁料石砌
碹),井深149米,平均月进尺31.7米(最高55.3米)。6月,对垂深110米处的石灰岩
采取井筒工作面预注浆,以注浆孔圈径5米孔距0.32~0.5米共打14孔,耗用水泥
570吨,注浆后井筒每小时涌水量由120立方米降为8.8立方米。张庄矿井投产前完
成巷道工程8030米,采用电钻及凿岩机打眼,炸药雷管爆破,铁锨及矿车人力装推
排矸(运输距离大于100米时用小型蓄电池机车牵引),平均月进尺煤平巷78.1米(最
高96.8米),半煤平巷80.5米(最高95米),岩石平巷43.7米(最高47.6米)。
  1955年,邹坞立井开工,陶枣建井工程处以直板桩穿过流沙层。主副井表土层
厚分别为18.56米和16.85米,其中含水流沙层3层,每小时涌水量主井236立方米,
副井185立方米。采用打直板桩、超前小井排水、挂圈背板掘进。
  1956年11月,禹村二立井开工,新汶建井工程处以钢筋混凝土沉井法穿过表土
含水层。表土层厚10米,其中下部砂砾层及黄沙土层每小时涌水量120立方米,井
筒直径4.5米(主井)和5米(副井)。以普通凿井法凿至含水层以上的稳定水位段为沉
坑,沉坑直径9米由八角密集盘临时支撑,沉坑底部立铁刃脚(倾角60度,厚14毫米
钢板),刃脚向上扎钢筋,模板浇注混凝土井壁圈作沉井(井壁厚1米)。井筒中央由
超前小井降排水(地面安装排水泵),人工下挖,沉井随之下沉,直沉至基岩中半米
多。排矸使用3吨汽车吊和0.5立方米翻转吊桶。主副风3个井筒表土层均用沉井法
施工,沉井深度12米。
  1957年,朱子埠立井井筒以工作面预注浆法穿过太原系第三层石灰岩。石灰岩
厚度8米,每小时涌水量230立方米。注浆孔布于工作面周边(距井壁0.5米至0.8米),
每隔2米用探水钻向井壁方向斜打1个钻孔,孔底离井壁外约2米,打到石灰岩底板
沙岩中约0.3米。钻孔进入石灰岩时水压大,用2把牙钳4人压住钻杆钻进,再压不
住即提钻注水泥浆,注压先小后大(终压为水压的3倍),浆液先稀后浓(最浓为水泥
与水1∶1),以氯化钙为催凝剂。
  1957年6月,新汶建井工程处在禹村副井东大巷掘进中采用水湿风钻法。
  1958年4月30日至5月28日,邹坞二号立井井筒与下山之间的贯串石门遇有太原
系第三层石灰岩,每小时涌水量225立方米,采用边排水边掘进(顶水施工)法,穿
过75米强涌水段平巷,最高日进2.76米。
  1958年8月,魏庄斜井开工,主副井井筒斜长均为685米,倾斜20度,第三建井
工程处采用“小揭盖”法施工表土层,地槽长21.4米宽12米,下部深6.2米,超前
小井分段截排水,随挖随砌。表土段掘进由人挖,基岩段掘进为钻爆,均由人工铁
锨装岩,人推磨车提升,井筒到70米时24个人推不动,改为三绳双钩双磨车,到
220米改为三磨车提升。在9个月的土法施工中,成井694米,最高月成井79.14米。
  1958年11月,肥城中一井(陶阳矿)开工,肥城煤矿筹备处(第二建井工程处)采
用压进钢板桩施工法穿过立井井筒50米厚表土层(含3.5米厚水沙层)。把12毫米厚
钢板分为10块制成直径5.8米的掩护筒,全高3.46米(分上段1.56米下段1.9米),每
块纵向由滑槽相接,横向段间有凸台安置千斤顶,由高压油泵启动千斤顶压进钢板,
在钢板掩护筒内掘进及砌筑井壁。同时开工的中二井(大封矿)用无壁座法施工立井
井筒,手锤钢钎打眼,铁锨装岩,三角木井架人力磨车提升,1960年下半年改用2
米直径的电绞车提升,1961年改用电钻打眼0.11立方米抓岩机装岩。
  1958年12月,肥城东四井(杨庄一号井)开工,第一建井工程处采用吊挂井壁法
穿过立井井筒含水沙表土层。主井用人力铁锨装挖,四角木井架、柳条筐及人推磨
车提升,人推管式水车接力排水(5部水车接力),井深30米后改用卧泵排水,钢管
井架与蒸汽绞车提升。开工前以临时锁口吊挂壁座,掘进段高视条件分为0.5米至5
米不等,每掘进一个段高分别支活动模板、扎钢筋、灌浇混凝土井壁,钢筋挂钩露
出100~150毫米,逐段掘砌。井筒基岩段及巷道用钻爆法掘进,人工装岩,主井终
深181米,平均月成井14.1米(最高25.6米),副井终深185米,平均月成井16.2米(
最高30.5米),岩石平巷平均月进93.5米(最高月进137.3米),半煤平巷平均月进
152.9米(最高160米),煤平巷平均月进205米(最高224.2米),东五井(杨庄二号井)
煤平巷最高月进达372米。尚有东二、东三、东五井,均用吊挂井壁法穿过立井井
筒90米厚的表土层。
  1958-1959年,第一、第二建井工程处在肥城东一主副井、东六主副井、中一
主井、中二主副井等立井井筒施工中,均采用无壁座分段掘砌法穿过50米表土层。
掘进为全断面环形台阶式,段高视水文地质条件采用过4米至36米不等,超前小井
排水,在含水沙层中用小段高辅以斜板桩,砌壁辅以壁后集水槽及铁管导水。
  1959年3月,第四建井工程处施工港里二号井斜井井筒,采用大揭盖法单排木
桩露天开凿,分段砌筑,井颈长45米,倾角19度。
  1959年10月,肥城东二(曹庄矿)副井马头门施工,第一建井工程处采用一次掘
砌,净宽4.1米净高5.2米。在巷道施工中部分采用锚杆喷浆支护,普遍实行一次成
巷。山东煤炭基建局施工单位完成的巷道工程,一次成巷率至1962年达85.3%,
1963年达95.3%。
  1959年,协庄副斜井,第四建井工程处沿第四层煤倾斜(21~25度)掘进,净断
面8.7平方米,毛料石拱顶片石砌墙,5月份成井115.4米。施工中由1吨矿车电绞车
单钩提升,钻爆掘进,人工铁锨装矸。同年,第三建井处在黄贝立井井筒施工中,
试制成功301型扒斗式扒装机,可直接将矸石扒入矿车,同时采用无壁座砌井,风
筒下料,最高月成井94.3米,平均月成井42.6米。
  1959-1960年,在朱子埠、东二、协庄、黄贝等矿井施工中,上山掘进,采用
水力运输,可提高效率,降低成本,减少粉尘,其中朱子埠在两条上山施工中采用
水力运输,最高达双头月进723米。
  1960年7月,肥城中一井(陶阳矿)二层煤轨道上山,长180米,断面4.9平方米,
顶板为砂岩与砂页岩互层,采用锚杆喷浆支护。10月,第二建井工程处在中一井14
行主要运输石门施工中采用边排边掘边砌的顶水施工法,37天穿过43米石灰岩段,
每小时涌水量225~447立方米。
  1961年1月至1962年11月,柴里立井试用冻结法施工,穿过81米厚的含流沙表
土层,冻结前井筒每小时涌水量219立方米。
  1963年,第一工程处施工肥城东二井(曹庄矿)运输大巷采用金属拱形支架,以
套接方式作迎头临时支护,掘进断面12.6平方米。在粉砂岩及沙质页岩中施工,易
安装,易拆卸,炮棚不变形。巷道水沟施工中采用金属碹胎与装配式模板,可长期
反复使用,体积小,易装运,易脱模。
  1963年,第四建井工程处在协庄矿西大巷施工中,掘进断面14平方米(个别达
17平方米),三心圆拱,采用220伏电力防爆放炮开关进行全断面一次爆破,未发生
过瞎炮事故。
  1966年9月,南屯矿井开工,第二十八工程处(兖州矿区指挥部第一工程处)施
工的主副风3个立井井筒均以冻结法过表土层,人工装岩,铁井架钢丝绳配1.5立方
米吊筒及绞车提升,井壁临时支护采用金属挂钩槽钢井圈木背板,永久支护采用钢
筋混凝土结构,改变了以往的料石砌井壁,平均月成井为主井12.26米,副井12.27
米,风井15.53米。
  1970年11月,黄县草泊矿风井立井施工采用冲击钻机钻井、泥浆护壁、吊装沉
井法,穿过30米厚表土砂层。1971年7月以同样方法施工主井。
  1973年,兖州煤炭指挥部第一工程处在南屯矿斜巷施工中采用光爆锚喷法。同
年,北宿矿井的井筒、马头门、峒室、大巷、碹岔、水仓、溜煤眼等井巷工程均用
光爆锚喷支护,实行先锚后喷、先喷后锚(再复喷)、锚喷紧跟迎头等方式,至矿井
投产时共锚喷巷道16288米,占巷道总量的90.5%。1975年7月,燃化部、冶金部、
铁道部等单位在北宿召开现场会议,总结交流光爆锚喷支护的施工经验。此后,兖
州及其它矿区均广泛采用光爆锚喷法施工井巷工程。
  1974年6月,兖州煤炭指挥部第一工程处在北宿矿立井井筒施工中,采用DTK-1
型3套筒立井激光指向仪定向。此后,激光指向广泛应用于地面测量和井巷贯通测
量,其中兴隆庄东翼皮带大巷对穿贯通导线长度8400米,中线差32毫米,腰线差17
毫米;鲍店四采岩石集运巷对穿贯通导线长度17232米,中线差73毫米,腰线差50
毫米;东滩北翼轨道大巷对穿贯通导线长度10396米,中线差9毫米,腰线差11毫米
(允许差均为中线500毫米腰线200毫米)。
  1974年,第一机械工业部、冶金工业部、煤炭工业部联合组织立井施工机械装
备配套攻关的65个科研项目中,有40个项目由兖州矿区研制和进行工业性试验。到
80年代中期,形成大型深立井施工机械化配套作业线,单行作业机械化水平达到国
际先进水平。
  1975年2月,兴隆庄矿井开工,第三十二工程处在立井井筒施工中采用多台风
钻打眼,0.565立方米长绳悬吊抓岩机装岩,2立方米吊筒及环形井架提升,500米
扬程吊泵排水,激光导向。最高月成井,主井1975年4月92.6米,副井1975年8月
108.8米,西风井1975年8月83.6米,东风井1976年5月161.5米。
  1975年,新汶工程处施工孙村皮带斜井,采用激光导向,多台风钻打眼,毫秒
雷管一次爆破,光爆锚喷支护,月成井312米。
  1976年,鲍店矿井井筒施工采用地面预注浆法,注浆孔最深达515米,堵水率
最高达99.3%,此后建设的东滩等矿井,在此基础上有新发展,注浆孔采用定向钻
进。
  1976年10月,龙口矿区工程处施工北皂主井立井井筒,采用帷幕法穿过50米厚
的表土砂层。1977年9月,以同样方法穿过风井井筒44米厚的表土砂层。1977年11
月以帷幕法施工副井立井井筒,至27.6米处跑沙,每小时涌水量240吨,潜水员进
行水下检查发现26米处有高0.6米宽0.2米空洞,用水下作业进行水泥堵洞,并辅以
地面排水,均无效,改用冻结法施工。1981年5月,主、副井井筒在-175米水平贯
通,在巷道及峒室施工中因第三系软岩地层遇水膨胀,巷道变形,先后应用木支护
及钢筋混凝土支架均无效,改用锚喷支护成功。
  1977年10月鲍店矿井开工,1975年3月底开始进行井筒地面预注浆,4个井筒的
检查孔,每小时涌水量28~46.7立方米,注浆后井筒施工中每小时涌水量为2~6立
方米。第七十工程处在井筒施工中装备双25吨凿井绞车,环形轨道双抓斗抓岩机,
冻土挖掘机,六壁伞钻,中心回转抓岩机,长绳悬吊大抓斗,五层吊盘,液压滑模
筑壁,管道下料等,立井施工速度为主井平均月成井25.5米,最高118米;副井平
均月成井18.2米,最高130.5米;北风井平均月成井36.4米,最高167.5米;南风井
平均月成井34.4米,最高90.7米。
  1978年5月,兖州煤炭指挥部第六工程处施工南屯矿南风井,采用QZ-3.5潜入
式竖井钻机,以钻井法开凿立井(工业性试验),电动装置直接驱动钻头,钻头直径
6.2米,钻井直径6.4米,至1979年4月用直径3.5米钻头超前钻井深度119.7米(表土
段75米)。1981年10月开始用直径5米钻头扩井,12月到底。以预制井壁沉井,壁后
充填水泥固井。
  1978年9月,曲阜县单家村煤矿,主井和风井井筒采用触变泥浆、水力破土、
气压提矸、淹水沉井法施工,穿过180米表土流沙层,其中含16层流沙(总厚58.4米)
,两个井筒沉井深度分别为192米和180米,直径6.5米,偏斜率分别为6.9‰和7.9‰
,平均月进度分别为11米和18.1米,最高月进度30米。
  1979年3月,洼里矿箕斗立井采用海卵石护壁滚动沉井法,穿过30米厚的表土
砂层,12月井筒成井到底,终深122.5米,工期270天。
  1979年12月,东滩矿井开工,兖州煤炭建设指挥部第一工程处采用地面预注浆
和表土冻结法施工立井井筒。冻结段以人工挖掘,下放金属刃脚模板套外壁,液压
滑模砌筑内壁(西风井红层冻结段采用钻爆法短段掘砌,门轴式下放模板筑壁)。施
工装备有V型凿井井架,JZM-40/1000A型凿井绞车,双层吊盘,六臂伞钻及凿岩机
破岩,中心回转抓岩机及1.5立方米吊筒装岩,液压滑模等设施。掘进采用深孔爆
破法,平均孔深3.5米,爆破深度3.26米,36~38小时一个循环。净高9.35米的井
底双面对称形马头门(宽7.14米)与井筒同时掘进一起液压滑模砌壁。1984年12月至
1985年9月,在运输大巷施工中使用西德岩巷掘进机械作业线,装备液压钻车打眼、
侧卸装岩机、刮板转载机、皮带运输机等,因配件供应不上等原因而停用,改用钻
爆掘进。
  1982年,鲍店副井马头门施工,第七十工程处采用分段分层环壁导硐,中间预
留岩柱下行光爆掘进,爆破后立即自下而上进行一次支护,最后进行模板钢筋混凝
土浇注二次支护,工期100天。大门进车侧净高10.85米净宽7.2米,全长31米;出
车侧净高10.6米净宽6.7米,全长16米,最大荒断面105平方米。主井箕斗装载峒室,
位于-350米水平,荒径8.5米荒高20.39米,全长31.74米,由5室组成(皮带机机头
峒室,定量仓室,分配闸门室,装载溜槽室,信号室),硐顶为半圆拱,顶壁为钢
筋混凝土结构,全断面大段高下行光爆锚喷,上行一次筑壁,工期130天。
  1983年,第七十工程处施工鲍店矿井井底煤仓采用反井钻机打反井,扩反井,
再自上而下全断面一次刷大,自下而上滑模砌筑仓壁,工期275天。井底煤仓为3个
圆筒仓,净径8米,上部卸载峒室和配煤皮带峒室,中部仓体高14.4米,下部与装
载皮带巷相连。此后,兖州矿区的井底及采区煤仓和溜煤眼多采用打反井施工,钻
孔直径1.5~1.8米,孔深可达48米,可在斜度为90度至80度、巷道重叠、内错或外
错条件下作业,平均钻井速度每小时0.63米,井壁光滑不需支护。
  1985年,中国煤炭行业以兖州矿区的打井技术和装备参与摩洛哥王国杰拉达3
号井国际投标,一举中标。