深部矿山井筒快速施工技术优化与安全保障体系构建研究

引言

随着全球矿产资源需求增长，浅部资源枯竭，深部矿山开采成为趋势。深部开采因地应力高、地温高、涌水压力大等特点，增加了井筒施工难度和风险。井筒是矿山关键基础设施，施工效率影响开采进度和效益。快速施工技术可缩短工期、降低成本，提高整体效率。但当前技术在掘进、支护及组织上存在不足，如破岩效率低、支护时间长、工序安排不合理等。此外，施工安全保障体系不完善，人员、设备及环境安全面临挑战。因此，研究深部矿山井筒快速施工技术优化与安全保障体系构建，对提升效率和保障安全具有重要意义。

1. 深部矿山井筒快速施工关键技术优化

1.1 掘进技术优化

深部矿山井筒掘进技术的优化是提升施工效率的核心环节。目前，钻爆法作为我国矿山井巷掘进的主要施工方法，在深部高温地层井巷建设中已取得显著进展。该方法以深孔控制爆破破岩技术为核心，通过完善短段掘砌凿井工艺，实现了单次段高超5m 的正规循环掘砌作业，并辅以冻结法、注浆法等围岩改性方法，解决了地层涌水和围岩失稳等难题。然而，随着开采深度的增加，传统钻爆法在应对高地应力、高地温及高渗透压等复杂地质条件时仍面临一定局限性。为此，引入全断面竖井掘进机（TBM）等新型掘进设备成为重要方向。TBM具有高效破岩能力，能够显著提高掘进速度并减少对围岩的扰动，尤其适用于超深竖井的建设需求。此外，结合智能化监控技术，可进一步优化掘进参数，实现掘进过程的精准控制，从而缩短掘进时间并降低施工风险。

1.2 支护技术优化

在深部高地应力环境下，井壁支护方式的优化对保障井筒长期稳定至关重要。传统素混凝土浇筑支护方式在浅部井筒中表现良好，但随着井筒深度的增加，地应力显著升高，单一支护方式难以满足工程需求。研究表明，采用释能支护系统与钢纤维混凝土联合支护体系可有效应对深部高地应力问题。释能支护系统通过允许围岩在一定范围内变形，将高应力区向围岩深部转移，从而降低井壁承受的压力；钢纤维混凝土则因其优异的抗拉性能和抗裂性，能够显著提高支护结构的整体强度。例如，思山岭铁矿副井工程通过数值模拟分析，将原钢筋混凝土支护方案调整为上述联合支护体系，成功实现了深部井筒的安全支护，且支护时间较传统方案缩短了50%以上。这种优化不仅提升了支护效率，还为超深竖井的长期稳定提供了可靠保障。

1.3 施工组织优化

施工组织的优化是深部矿山井筒快速施工的重要保障。合理安排施工工序、采用专业化“滚班制”等工作制度，能够显著提高施工效率并缩短工期。例如，深立井井筒施工中采用“立井机械化快速施工法”，结合深孔光爆技术，实现了施工安全与高效循环。此外，优化凿井设施选型及布置也是提升施工效率的关键措施。通过引入新型高效施工设备，如大型抓岩机、整体移动金属模板等，并辅以“集中控制技术”和“变频控制”等现代技术，可进一步减少工序衔接时间并提高设备利用率。同时，实行全过程“动态管理”，结合实际制定各项管理体系，能够有效保障施工质量与工期的良性发展。这些优化措施不仅提升了施工效率，还为深部矿山井筒施工的安全与经济性提供了有力支持。

2. 深部矿山井筒施工安全保障体系构建

2.1 人员安全保障

在深部矿山井筒施工过程中，人员面临多种安全风险，如瓦斯爆炸、坍塌等。瓦斯爆炸是贴近煤层施工中的重大隐患，尤其是在井筒露出煤层后，若未进行有效的瓦斯含量监测及预警，极易引发严重事故。此外，坍塌事故通常与掘进速度控制不当或围岩失稳有关，特别是在复杂地质条件下，施工过程需严格遵循设计要求，确保支护结构稳固。为应对这些风险，必须制定全面的保障措施，包括开展针对性的安全培训，提高施工人员对潜在危险的认知和应急处理能力；配备高质量的个体防护装备，如防爆服、自救器等，以降低事故发生时的伤害程度；同时，引入先进的人员定位系统，实时监控井下人员位置，确保在紧急情况下能够快速组织撤离。

2.2 设备安全保障

深部矿山井筒施工设备的可靠性直接关系到施工效率和安全。然而，在深部环境下，设备面临高温、高湿、高应力等极端条件的挑战，可能导致机械故障或性能下降。例如，凿岩、提升、排水等关键设备一旦出现故障，不仅会影响施工进度，还可能引发安全事故。因此，设备安全保障应从选型、维护和预警三个方面入手。首先，在设备选型阶段，需优先选择适应深部环境的高性能设备，如耐高温、耐腐蚀的特种材料制成的关键部件。其次，建立完善的日常维护机制，定期对设备进行检查和保养，及时发现并排除潜在问题。最后，引入智能故障预警系统，通过传感器实时监测设备运行状态，当出现异常指标时立即发出警报，以便采取应急措施，保障设备正常运行。

2.3 环境安全保障

深部矿山井筒施工中的环境安全问题主要包括地温高、涌水等，这些问题对施工人员的健康和设备的安全运行构成严重威胁。地温升高是深部开采的常见现象，过高的温度不仅会导致施工人员中暑，还会降低设备的运行效率和使用寿命。此外，涌水问题若得不到有效控制，可能引发透水事故，严重影响施工进度和安全。为此，必须制定科学的环境保障措施。一方面，通过优化通风系统，采用大功率风机和合理的风道设计，实现降温效果，确保井下温度处于安全范围内。另一方面，针对涌水问题，采用“防、排、堵、导、截”相结合的综合治理技术，确保施工区域干燥。例如，在施工前期对地层进行注浆加固，减少涌水通道；同时，合理布置排水系统，确保及时排出积水，为施工创造安全的环境条件。

结论

本研究优化了深部矿山井筒快速施工的关键技术，显著提升了施工效率。改进钻爆法及引入全断面竖井掘进机提高了破岩效率并缩短了掘进时间；采用释能支护系统和钢纤维混凝土联合支护保障了井筒稳定并减少了支护时间；合理安排工序和优化设施布置进一步缩短了工期。多维度安全保障体系从人员、设备、环境等方面全面保障了施工安全。本研究成果对深部矿山井筒施工具有重要意义，为实际工程提供了理论支持与实践指导。未来研究可聚焦于智能化施工技术和更精细的安全保障措施，推动该领域持续发展。

参考文献

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