地下矿产资源开采前,应根据采区巷道的合理布置,开凿一定数量的竖井和巷道,以到达矿床或煤层;如果围岩不稳定,必须支护;这种作业称为巷道掘进和支护,也称为井巷工程。矿井井巷用于运输矿石或煤、矸石、人员、材料、设备、通风、排水、铺设管道等。许多平硐布置在井底或运输巷道的边上,有的作为工作场所,如值班室、操作室、候车室等。有些仓库,如装矿仓库或煤仓库、水仓库、消防材料仓库、炸药仓库等。有的还安装水泵房、变电站、破碎机等机电设备。
金属矿山或煤矿的建设包括矿山巷道、土木工程和机电设备安装三类工程。其中,由于同时掘进工作面数量的限制,矿井巷道工程是影响矿井总工期的主要方面。巷道工程量因矿体埋深和赋存条件、矿山生产规模、矿山开发方式和采矿方法而异。提高矿井建设速度,抓好建井联锁工程,做好三类工程的综合平衡,是保证矿井尽快投产的关键。
凿井是矿井的咽喉。竖井的工程量约占竖井和巷道总工程量的5 ~ 10%,而竖井施工工期占矿井或井总工期的30 ~ 55%。因此,加快竖井建设具有重要意义。一般平巷和斜巷的工程量约占矿山总工程量的90%,其中平巷的工程量约占矿山总工程量的70%。因此,应选择合理的施工方案,组织快速掘进,缩短矿工的施工工期。根据岩层的稳定性和涌水量,井筒施工采用普通凿井法和特殊凿井法。前者用于含水量小的稳定地层;后者用于不稳定的含水地层和含水量高的稳定地层。
常见的凿井方法根据围岩稳定性、井筒直径、井筒深度、涌水量、施工设备状况等因素,选择作业方式:①长段单线作业;②长时间平行作业;③短线单线操作;④挖、砌、装井等。单线作业所需挖掘设备少,组织管理简单,适用性广。平行作业设备多,组织管理复杂,但完井速度较快。
根据竖井围岩临时加固或隔离竖井涌水、破岩的特点,特殊凿井方法有降低水位、板桩、冻结凿井、注浆凿井、矿山钻探、沉井、混凝土帷幕等。特殊凿井方法的选择取决于井筒所经过含水层的深度、涌水量、土层或岩层的产状、物理力学性质、施工设备的技术条件等。有时可以采用两种特殊的下沉方法配合施工。
巷道掘进普遍采用一步到位,即在一定距离内(50 ~ 100 m)依次完成掘进、永久支护和掘沟。有条件时,应铺设永久性轨道,安装永久性管道。
巷道掘进通常采用凿岩爆破法,其工序包括:凿岩或打眼、装药、爆破、通风、装岩、转载、运输、提升等。
如果围岩不稳定,就必须支护。根据围岩稳定性、涌水量、断面形状大小、使用年限等因素,选择喷射混凝土、锚杆、金属钢筋混凝土或石材等支护形式。
20世纪50年代以后,我国隧道掘进技术发展迅速,施工机械化程度不断提高,矿井巷道建设速度逐步加快。1973年立井最高月完成174.82米,1974年斜井最高月完成705.3米,1977年岩巷最高月完成1403.6米。煤炭部吴京在井巷快速掘进、锚喷支护等方面做出了一定的贡献。