[0001] 本发明涉及斜井施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种斜井开挖方法。

[0002] 斜井开挖是地下斜井开挖的施工过程。斜井开挖常应用于水电站通风井、出线井、排水井、压力管道、运输井以及为隧洞施工的斜支洞，一般用钻孔爆破法施工，有全断面开挖和反导井扩挖两种。反导井扩挖适用于倾角较大且井下有通道的大断面斜井，视围岩稳定情况通常采用自下而上打反井的方法开挖斜导井，而后再自上而下扩挖成斜井。现有技术中，使用反导井扩挖法进行斜井开挖时，开挖掌子面接近水平设置，爆破产生的石渣一小部分自动落入导井内，大部分落在开挖掌子面上，由工作人员人工将石渣扒入导井内，再由装载机装载石渣、自卸汽车出渣，这样的操作使得工作人员扒渣工作量大。

[0031] 下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

[0032] 如图1‑7所示，本发明公开了一种斜井1开挖方法，包括导井22导孔开挖、自下而上反井扩挖成导井22、自上而下扩爆成斜井1，自上而下扩爆成斜井1的过程中，开挖掌子面24与所述斜井1的圆形截面之间形成锐角，且开挖掌子面24与所述斜井1下内壁的交点位置靠近斜井1导孔终孔；

[0033] 其中，导井22导孔开挖包括导孔开孔中心点的确定，导孔开孔中心点的确定通过下式得出：L＝(0.95*w1+1.0*w2+1.07*w3+1.2*w4+1.35*w5)(R/3)；其中，L为导井22导孔初始开挖面上导孔开孔中心点与斜井1中心点的水平距离，R为斜井1的开挖半径，w1、w2、w3、w4、w5分别代表斜井1中Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类围岩的体积百分占比。

[0034] 在上述技术方案中，开挖掌子面24与所述斜井1的圆形截面之间形成锐角，且开挖掌子面24与所述斜井1下内壁的交点位置靠近斜井1导孔终孔，即开挖掌子面24相对斜井1的圆形截面倾斜设置，如图1所示，开挖掌子面24和斜井1内壁形成一个侧视为正V型的施工空间25，方便溜渣；L＝(0.95*w1+1.0*w2+1.07*w3+1.2*w4+1.35*w5)(R/3)式中，w1、w2、w3、w4、w5的数值通过地质勘察得出，属于本领域技术人员容易获取的数据，L表示导井22导孔开挖时，导井22导孔开孔中心点与斜井1中心点之间的水平距离；斜井1开挖时，导井22导孔开挖、自下而上反井扩挖成导井22、自上而下扩爆成斜井1的施工方法均属于本领域技术人员的常规操作；

[0035] 在此技术方案中，使用过程中，首先根据地质勘察结果，获取斜井1围岩中各类围岩的体积百分比占比，得到w1、w2、w3、w4、w5数值，然后根据式L＝(0.95*w1+1.0*w2+1.07*w3+1.2*w4+1.35*w5)(R/3)，在已知斜井1开挖半径的条件下，计算得到L值，然后根据设计图纸，在已知斜井1中性点后可确定导井22导孔开孔的具体位置，按照确定的位置进行导井22导孔开孔；

[0036] 采用该技术方案，得到的有益效果是，根据不同的围岩类别，经过理论分析和试验研究，得出了确定导井22导孔开孔中心点与斜井1中心点的距离公式，在开挖的初始，根据斜井1中心点即可确定导井22导孔开孔的中心点，经过导井22导孔开挖、自下而上反井扩挖成导井22后在自上而下扩爆成斜井1的过程中，使开挖掌子面24与斜井1的圆形截面的夹角为锐角，这样相对斜井1圆形截面倾斜的开挖掌子面24，可在保证爆破效果的同时使地扩爆过程中产生的石渣大部分直接溜进导井22，可大大减少人工扒渣量。

[0037] 在另一种技术方案中，所述锐角为18‑22度；采用该技术方案，得到的有益效果是，通过将锐角设计成18‑22度，在这个角度范围内，在自上而下扩爆成斜井1的过程中，开挖掌子面24爆破后石渣能更好的溜进导井22内，减小人工扒渣量。

[0038] 在另一种技术方案中，导井22导孔开挖还包括导孔开挖倾角的确定，导孔开挖倾角的确定通过下式得出：θ＝α‑(0.34+0.0002×h)；其中，θ为导孔开挖倾角，α为斜井1的倾角，h为斜井1的深度；采用该技术方案，得到的有益效果是，本发明根据斜井1岩石情况、反井钻机钻孔的材质和刚度以及斜井1的井深等因素，进行理论分析计算和试验研究，得出了导井22导孔开孔倾角的计算公式，可避免导井22导孔在开孔过程中偏离设计的终孔位置，使导井22导孔开孔的偏斜率控制在误差范围以内，确保导井22导孔终孔位置的精确性。

[0039] 在另一种技术方案中，自上而下扩爆成斜井1的过程中，扩爆循环进尺按2.0‑2.5m进行控制，扩爆操作为本领域技术人员熟知的操作方法；采用该技术方案，得到的有益效果是，通过将扩爆循环进尺控制在2.0‑2.5m，可减小导井22堵井的几率。

[0040] 在另一种技术方案中，自上而下扩爆成斜井1的过程中，采用YT‑28手风钻钻孔形成炮孔23，炮孔23钻孔平行于斜井1轴线布置；采用该技术方案，得到的有益效果是，这样的设计有助于提高爆破效果，使斜井1开挖顺利。

[0041] 在另一种技术方案中，所述斜井1内壁上铺设有轨道6，在自上而下扩爆成斜井1的过程中，采用沿所述轨道6行走的钻爆台车辅助进行掌子面的施工，所述钻爆台车包括：

[0042] 底座2，所述底座2底部设有车轮5；

[0043] 安装架7，其与所述底座2一端铰接，所述安装架7沿左右方向摆动；所述安装架7包括一对立柱18，一对立柱18底部与所述安装架7铰接，一对立柱18间滑动连接有支撑架，所述支撑架通过千斤顶17控制升降；所述支撑架包括一对竖直滑杆以及设在一对竖直滑杆间的多个安装杆，每一安装杆的两端与对应的竖直杆固接，一对竖直滑杆与一对立柱18对应，所述竖直滑杆与对应的立柱18滑动连接；

[0044] 施工平台，其设在所述底座2与所述安装架7夹设的空间内，所述施工平台包括多个由上至下面积依次递减的施工层，每一施工层对应一安装杆；每一施工层的一端与所述底座2铰接，另一端与对应的安装杆可拆卸连接；所述施工层的长度可调节；

[0045] 其中，多个施工层中其中一施工层的两侧边沿均设有滑轮4，所述滑轮4通过钢丝绳3与卷扬机连接，用以控制钻爆台车沿轨道6行走；

[0046] 具体地，所述轨道6随着斜井1扩爆的进行及时铺设；所述立柱18相对的侧面上设有滑槽，所述竖直滑杆与所述滑槽相匹配，所述支撑架通过千斤顶17控制升降的具体方式是，一对立柱18间设有一支杆，所述支杆两端分别与一对立柱18固接，所述支杆位于最下方的安装杆的下方，最下方的安装杆与支杆间设有至少两个千斤顶17，所述千斤顶17的伸缩端与最下方的安装杆底部固接，另一端与支杆固接，当所述千斤顶17的伸缩端伸缩时，可带动支撑架升降；所述施工层的一端通过螺接与对应的安装杆可拆卸连接；

[0047] 在这种技术方案中，使用过程中，首先将各施工层翻转至底座2那一面上，调节安装架7和底座2之间的夹角，然后利用固定杆12将安装架7和底座2固定，然后将各施工层搁置在对应的安装杆上，调节千斤顶17，使各施工层水平，然后调节施工层的长度，使其符合要求，最后，将施工层与对应的安装杆螺接固定，即成钻爆台车，施工时，通过两台卷扬机牵引钢丝绳3穿过滑轮4，使车轮5在轨道6上行走至开挖掌子面24部位，钻爆台车两侧用钢丝绳锁定固定钻爆台车的位置，然后利用外源的封口板将导井22封口，钻爆人员在各施工层上钻孔，爆破作业时，将钻爆台车提升至远离开挖掌子面24；

[0048] 采用该技术方案，得到的有益效果是，本发明在自上而下扩爆成斜井1的过程中，采用钻爆台车辅助进行开挖掌子面24的施工，其中，通过设计轨道6、底座2、安装架7、多个施工层、滑轮4、钢丝绳3、卷扬机，卷扬机控制钻爆台车沿轨道6行走，通过调节安装架7和底座2之间的夹角，一方面可根据斜井1倾角的不同，控制支撑架升降，使施工层水平，另一方面，可使安装架7在施工过程中与开挖掌子面24贴合，方便施工，提高了施工效率。

[0049] 在另一种技术方案中，所述施工层的数量为三，具体地，施工层由下至上依次为一层平台8、二层平台9、三层平台10，对应的，安装杆数量也为三，分别为一层安装杆21、二层安装杆20、三层安装杆19，通过设计三个施工层，可根据设计的断面布孔图，使施工人员位于不同高度进行炮孔23钻设，三层平台10用于钻设上部周边孔及其他炮孔23，二层平台9用于钻设中部周边孔及其他炮孔23，一层平台8用于钻设下部周边孔及其他炮孔23，提高了施工效率；采用该技术方案，得到的有益效果是，通过设计三个施工层，可根据斜井1的断面扩挖爆破布孔图使工作人员同时在斜井1断面不同高度处钻设周边孔及其他炮孔23，有效提高了施工效率。

[0050] 在另一种技术方案中，所述施工层包括数量相同的多根固定横杆16和多根伸缩横杆15，每一伸缩横杆15套设在一固定横杆16内，所述固定横杆16与所述伸缩横杆15通过螺栓固接；所述固定横杆16与所述伸缩横杆15上固接有多根固定纵杆13；具体地，所述固定横杆16一端内部中空，所述伸缩横杆15套设在所述固定横杆16内，所述固定横杆16与所述伸缩横杆15上均设有多个相同的、贯穿的内螺纹孔，所述固定横杆16与所述伸缩横杆15通过螺栓固定连接，所述固定横杆16与所述伸缩横杆15上固接有多根固定纵杆13，用于加固施工层；在组装钻爆台车时，确定安装架7和底座2之间的夹角后，先将施工层调节水平，然后通过调节伸缩横杆15在固定横杆16的相对位移，使施工层的长度符合要求，然后将施工层靠近安装架7的一端安装在对应的安装杆上；采用该技术方案，得到的有益效果是，通过设计固定横杆16、固定纵杆13、伸缩横杆15，提供了一种方便获取原材料且方便组装的施工层，可现场组装，实用性强。

[0051] 在另一种技术方案中，所述底座2上固接有一对液压缸11，每一立柱18上设有沿上下方向滑动的滑块，一对液压杆对应一对滑块，所述液压缸11的伸缩端与对应的滑块铰接；具体地，所述立柱18上设有相应的滑槽，所述滑槽与所述滑块匹配，当所述液压缸11的伸缩端伸缩时，可推动安装架7左右摆动，当安装架7与底座2之间的夹角确定后，利用固定杆12将安装架7与底座2连接稳固；采用该技术方案，得到的有益效果是，通过控制液压缸11伸缩端的伸缩，可控制安装架7与底座2之间的夹角，方便调节。

[0052] <实施例1>

[0053] 本发明公开了一种斜井1开挖方法，其中，斜井倾角为50°，斜井深度为308米，斜井开挖半径为4.2米，导井直径为2.4米，斜井围岩类别为Ⅲ类；斜井开挖包括如下步骤：

[0054] S1、导井导孔开孔中心点位置确定：根据式L＝(0.95*w1+1.0*w2+1.07*w3+1.2*w4+1.35*w5)(R/3)计算得到L＝1.07×(4.2/3)＝1.5米，即在距离斜井中心点下方1.5米处作为导井导孔开挖的中心点；

[0055] S2、导井导孔开孔倾角确定：根据θ＝α‑(0.34+0.0002×h)，计算得到开孔倾角为49.6°；

[0056] S3、导井开挖：根据确定的导井导孔开孔的中心点以及开孔倾角，利用反井钻机先自上而下钻导孔，然后更换钻头，自下而上反扩挖形成导井；

[0057] S4、斜井开挖：根据斜井的施工掌子面设计断面布孔图，如图7所示，本实施例中，施工掌子面与斜井圆形截面的夹角为18‑22度，采用自上而下扩爆形成斜井的方法进行施工；为减小导井堵井的几率，扩挖爆破循环进尺按2.0‑2.5m进行控制，采用YT‑28手风钻钻孔形成炮孔，炮孔钻孔平行于斜井轴线布置；钻孔孔径为Φ42mm，中间钻设爆破崩落孔，周边钻设爆破光爆孔，崩落孔等间距布置，最小抵抗线与孔距之比控制在1.0‑1.2之间，光爆孔的孔距以(10‑15)d控制(d为孔径)，拟采用50cm左右，最小抵抗线与孔距之比控制在1.0‑1.3之间；崩落孔采用Φ32mm药卷，装药系数取0.5‑0.8；为保证光爆效果，周边孔采用Φ
32mm药卷，装药量不大于200g/m；炮孔堵塞长度一般在(0.7‑1.0)抵抗线之间，且不小于
50cm，堵塞材料选用黄泥和砂子的均匀混合料；爆破采用非电毫秒塑料导爆管串、并联形成爆破网络实现微差爆破，磁电雷管起爆；

[0058] 施工过程中周边光面爆破孔，采用红外激光定位技术精确放样，准确标出周边光爆孔的孔位及方向；所有的周边孔均在设计轮廓线上开孔，钻孔略向外倾斜2‑3°，钻孔过程中采用测斜仪对钻孔方向进行控制，保证各钻孔之间保持平行，爆破孔孔底落在同一高程上；斜井典型断面扩挖爆破设计参数表见表1；

[0059] 所述斜井内壁上铺设有轨道6，在自上而下扩爆成斜井1的过程中，采用沿所述轨道6行走的钻爆台车辅助进行掌子面的施工，所述钻爆台车包括：

[0060] 底座2，所述底座2底部设有车轮5；

[0061] 安装架7，其与所述底座2一端铰接，所述安装架7沿左右方向摆动；所述安装架7包括一对立柱18，一对立柱18底部与所述安装架7铰接，一对立柱18间滑动连接有支撑架，所述支撑架通过千斤顶17控制升降；所述支撑架包括一对竖直滑杆以及设在一对竖直滑杆间的多个安装杆，每一安装杆的两端与对应的竖直杆固接，一对竖直滑杆与一对立柱18对应，所述竖直滑杆与对应的立柱18滑动连接；

[0062] 施工平台，其设在所述底座2与所述安装架7夹设的空间内，所述施工平台包括多个由上至下面积依次递减的施工层，每一施工层对应一安装杆；每一施工层的一端与所述底座2铰接，另一端与对应的安装杆可拆卸连接；所述施工层的长度可调节；

[0063] 其中，多个施工层中其中一施工层的两侧边沿均设有滑轮4，所述滑轮4通过钢丝绳3与卷扬机连接，用以控制钻爆台车沿轨道6行走；

[0064] 具体地，所述轨道6随着斜井1扩爆的进行及时铺设；所述立柱18相对的侧面上设有滑槽，所述竖直滑杆与所述滑槽相匹配，所述支撑架通过千斤顶17控制升降的具体方式是，一对立柱18间设有一支杆，所述支杆两端分别与一对立柱18固接，所述支杆位于最下方的安装杆的下方，最下方的安装杆与支杆间设有至少两个千斤顶17，所述千斤顶17的伸缩端与最下方的安装杆底部固接，另一端与支杆固接，当所述千斤顶17的伸缩端伸缩时，可带动支撑架升降；所述施工层的一端通过螺接与对应的安装杆可拆卸连接；

[0065] 采用这种钻爆台车进行施工时，先按照设计角度，调节安装架7和底座2之间的角度，然后调节施工层使其水平，最后组装成钻爆台车；在施工过程中，钻爆台车的安装架7与开挖掌子面24贴合。

[0066] 表1斜井典型断面扩挖爆破设计参数表

[0067]

[0068] 本实施例中的斜井导孔偏斜率为0.35％，在自上而下扩爆形成斜井的过程中，爆破产生的石渣有三分之二自动溜进导井，大大减小了斜井开挖过程中的人工扒渣量，施工效率高。

[0069] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。