立井开凿
立井凿井技术初步知识
立井凿井技术初步知识第一节概述立井——竖井，与水平面垂直●穿过表土：地层稳定时，采用普通法施工稳定性较差时，采用特殊法施工●穿过基岩：含水量大时，注浆堵水。
●既穿过表土又穿过岩层1.立井是地下工程中的常见工程地下矿山：煤炭、金属、非金属等山岭隧道：公路、铁路水电、水利工程城市市政工程军事、国防工程2.立井井筒的特点地质条件复杂，施工难度大施工技术复杂，安全要求高深度较大时，施工工期长3. 立井施工技术水平▲月施工速度1974年全国煤矿立井施工平均月成井速度为16.4m1986年～1996年有23次月进度突破100m、最高201m1997年达到了45m，有28次突破100m1998年19次突破100m，其中5次超过183m，最高216.5m，创当时地全国记录2002年：最高月进220.6m，创新的全国记录▲施工技术已接近和达到世界先进水平中标承担了摩洛哥、孟加拉等国家的多项工程4. 施工工艺▲准备工作：凿井井架、天轮平台、卸矸平台。
封口盘、固定盘、吊盘提升机、凿井绞车压风机房、通风机房、搅拌站等▲井筒开挖●自上而下掘进，掘够一定深度（一个段高）后，再由下向上砌壁，掘进和砌壁交替进行，直至井筒最终深度●每一段高内的工艺顺序：打眼放炮、装岩出矸、砌壁。
▲井筒装备安装罐笼、箕斗、罐道、罐道梁、梯子间、管线等5. 井筒的类型与用途主井：箕斗井，出煤副井：罐笼井，升降人员、设备、材料、矸石，进风，安全出口混合井：兼有主副井的作用风井：回风、安全出口2．井筒的组成井颈：靠近地表的一段井筒井身：井颈至罐笼进出车水平或箕斗装载水平井底：井身以下为井底。
第二节表土施工表土：一般将覆盖于基岩之上的第四纪冲积层和岩石风化带统称为表土层；1. 表土的分类土为由骨架、水和空气组成的三相体。
■按土质的结构性质，土层可归纳为四类：▲松散性土层主要由砾（卵）石、砂和粉砂、流砂等组成无粘聚力，呈松散状态。
▲粘结性土层主要由粘土及含砂量少的砂质粘土组成土层致密，均匀坚硬，塑性强，透水性少，含水量少▲大孔性表土主要由多孔性黄土组成，为粉土颗粒，含有大量胶结物，遇到水后土层变软，易于沉陷坍塌▲其它特殊土层膨胀土和岩石风化带。
09第九章立井开凿讲解
30—提升钩头；1—吊盘裤叉绳； 32—喇叭口；33—吊盘定位丝杠； 34—输送混凝立的活节管；35—压风管；
36—吊盘折页；37—分风器； 38—风筒卡子；39—挂钩；40—井圈；
利用延深间或梯子间延深井筒
第四节 立井井筒延伸
❖ 三、反向延深井筒 ❖ 这个方案有普通反井
延深和吊罐反井延深 等，其使用条件是新 水平必须事先开拓出 部分车场巷道，并以 石门或平巷通达井筒 中心。
利用反井延伸示意图 1—已掘井筒；2—车场巷道；3—反井； 4—刷大井筒工作面；5—通往新水平的下山
❖ 思考题：
41—背板；42—撑柱；43—吊桶
第二节 立井普通开凿法
凿井井架 是专门用于开凿立井而设立的井架，多为装配式金属凿井井架 天轮平台 井筒内的设备和管路一般均用钢丝绳绕经天轮平台上的天轮由地面 稳车悬吊，管路每隔一定距离用专用管卡固定在悬吊钢丝绳上。 卸矸台 矸石吊桶提至卸矸台上方卸矸，使矸石沿倾斜溜槽装入自翻矿车或汽 车，运至排矸地点。 封口盘 又称井盖，设在井颈上端，用作升降人员、设备、下放材料和拆装各 种管路的工作平台。同时，又是保护井上、下工作人员的安全结构物，要求坚固 严密。 固定盘 为了安全，在封口盘下4～8m处还应设置一道固定盘，用梯子和井口 相连。 吊盘 吊盘是进行井筒永久支护施工的工作盘，为金属结构，用一根或两根钢 丝绳悬吊在地面稳车上。为使其稳定不翻盘，可做成双层，间距3～4m，根据需 要可以升降。 稳车 稳车设于地面，用于悬吊吊盘、吊泵和各种管路等设备和拉紧稳绳。
地面预注浆钻孔布置示意图 d—井筒掘进直径；d±3～4m—钻孔布置直径
立井施工精选 课件
表土施工一般采用短段掘砌施工方法。为保
持土的稳定性、减少土层裸露时间，段高一般
取0.5～1.5m。按土层条件，分别采用台阶式
或分段分块、并配以超前小井降低水位的挖掘
方法。
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图4 表土施工挖土方法 （a）台阶式环挖法；（b）分块对称开挖法
1-水窝；2、3-开挖顺序；4-环形集水沟槽
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1 概述
立井井筒的特点是深度大、断面积大、水文地质条件复杂； 相对于平巷（或隧道）而言，施工难度大，施工技术复杂，施 工工期长。因此，为加快凿井速度，缩短凿井工期，必须采用 先进的施工技术，提高施工机械化水平。
在具有第四纪冲积地层的地域开凿立井时，立井井筒一般 要穿过表土与基岩两个部分。表土稳定时可采用普通的人工挖 掘施工，表土松软、稳定性较差时须采用特殊凿井方法（钻井、 沉井）或特殊工法（注浆、冻结、帷幕）。基岩部分目前仍以 钻眼爆破法施工为主。
• 主井：专门用来提升煤炭的井筒称为主井。主井内设
有箕斗，故又称箕斗井。
• 副井：用于升降人员、设备、材料及提升矸石的井筒
称为副井。井筒内通常设有罐笼，故又称为罐笼井。
某些特大型矿井还有专门为提升矸石服务的矸石井。
• 风井：主要作为通风用的井筒，称为风井。一般作为
2020出年3月风6日用星期，五 也可当作全矿的安全出口。
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钢结构简易锁口框
1—钢梁；2—U形卡子；3—井圈；4—挂钩；5— 背板；6—垫木
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ห้องสมุดไป่ตู้
2.3 表土掘砌方法
降低水位法:工作面超前小井降低水位法 ＋钻孔降水法
立井斜井开拓优缺点
立井开拓有哪些优缺点？其适用于什么条件？立井开拓的适应性强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制；立井井筒短，提升速度快，提升能力大，作副井特别有利；对井型特大的矿井，可采用大断面井筒，装备两套提升设备；大断面可满足大风量的要求；由于井筒短，通风阻力较小，对深井更有利。
因此，当井田的地形、地质条件不利于采用平硐或斜井开拓时，都可考虑采用立井开拓。
对于煤层埋藏较深，表土层厚，水文情况复杂，需要特殊施工方法或开采近水平煤层和多水平开采急倾斜煤层的矿井，一般采用立井开拓。
斜井开拓有哪些优缺点？其适用于什么条件？斜井与立井相比，井筒掘进技术和施工设备较简单，掘进速度快，井筒装备及地面设施较简单，井底车场及硐室也较简单，因此初期投资较少，建井期较短；在多水平开采时，斜井石门工程量少，石门运输费用少，斜井延深方便，对生产的干扰少；大运量强力带式输送机的应用，增加了斜井的优越性，扩大了斜井的应用范围。
其缺点是：在自然条件相同时，斜井井筒长，围岩不稳固时井筒维护困难；采用绞车提升时，提升速度低、能力小，钢丝绳磨损严重，动力消耗大，提升费用高，井田斜长越大时，采用多段提升，转载环节多，系统复杂，占有设备及人员多；管线、电缆敷设长度大，保安煤柱损失大；对于特大型斜井，辅助运输量很大时，甚至需要增开副斜井；斜井通风路线长，断面小，通风阻力大，如不能满足通风要求时，需另开专用风井或兼作辅助提升；当表土为含水的冲积层或流沙层时，斜井井筒施工技术复杂，有时难以通过。
当井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质简单，井筒不需要特殊方法施工的缓斜和倾斜煤层，一般可用斜井开拓。
对采用串车或箕斗提升的斜井，提升不得超过两段。
随着新型强力的和大倾角带式输送机的发展，大型斜井的开采深度大为增加，斜井应用更加广泛。
斜井开拓（与立井比）有哪些优缺点？优点：（1）掘进技术和设备简单（2）掘进速度快，工期短（3）井上下设施简单。
多水平总石门短。
立井施工(一建矿业实务)
3.1 概述
立井井筒的特点是深度大、断面积大、水文地质条件复杂； 相对于平巷（或隧道）而言，施工难度大，施工技术复杂，施 工工期长。因此，为加快凿井速度，缩短凿井工期，必须采用 先进的施工技术，提高施工机械化个部分。表土稳定时可采用普通的人工挖 掘施工，表土松软、稳定性较差时须采用特殊凿井方法（钻井、 沉井）或特殊工法（注浆、冻结、帷幕）。基岩部分目前仍以 钻眼爆破法施工为主。
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3.1.2 立井的类型与结构
采用立井开拓的煤矿一般有两个或两个以上的立井井 筒。根据井筒的用途不同，立井井筒一般分为三种： 主井、副井和风井。 主井：专门用来提升煤炭的井筒称为主井。主井内设 有箕斗，故又称箕斗井。 副井：用于升降人员、设备、材料及提升矸石的井筒 称为副井。井筒内通常设有罐笼，故又称为罐笼井。 某些特大型矿井还有专门为提升矸石服务的矸石井。 风井：主要作为通风用的井筒，称为风井。一般作为 出风用，也可当作全矿的安全出口。
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3.1.1 我国的立井施工技术水平
近十几年来，我国立井施工机械化水平有了很大的提高。深孔光爆、锚喷 支护、凿岩钻架，0.6m3抓岩机、4～5m3大吊桶、自动翻矸、大型凿 井专用提升机、大吨位凿井绞车、V型凿井井架、高3～4m金属整体液 压脱模模板、混凝土输送管、高扬程吊泵、千米激光指向仪、注浆堵水 打干井等凿井设备与技术得到了广泛使用。施工设备和技术水平的提 高，大大提高了施工速度。 1974年全国煤矿立井施工平均月成井16.4m； 1997年达到了45m； 2002年又达到70m以上。 据不完全统计，1986年～1996年有23次月进度突破100m，而1997 年一年就有28次突破100m。1998年有19次突破100m，其中5次超 过180m，最高达到216.5m（表土冻结段）。2002年又创造了基岩段 月成井220.6m的新纪录。施工速度的提高，大大缩短了井筒的施工 期，目前煤炭矿山的立井月进度大多在100m以上，因而涌现出了一批 深度600m以上能够当年开工、当年到底的井筒。目前，我国的立井施 工水平已达到世界先进水平，已有多家施工企业中标国外立井工程。
开凿立井措施
1、开凿或延深立井井筒向井底工作面运送爆炸材料和在井筒内装药时，除负责爆破的人员、信号工、看盘工和水泵司机外，其他人员必须撤到上水平巷道安全地点。
2、严禁将起爆药卷与炸药装在同一爆炸材料容器内运往井底工作面。
3、在开凿或延深立井井筒时，必须在生产水平巷道内进行爆破。
4、在爆破母线与电力起爆接线盒引线接通之前，井筒内所有电气设备必须断电。
5、只有在爆破人员完成装药和连线工作，将所有井盖打开，井筒井口房内的人员全部撤出，设备、工具提升到安全高度以后，方可爆破。
6、爆破通风后，必须仔细检查井筒，清除崩落在井圈上、吊盘上或其它设备上的矸石。
7、爆破后乘吊桶检查井底工作面时，吊桶不得蹾撞工作面。
8、凿井期间立井中升降吊桶应采用不旋转提升钢丝绳。
9、吊桶必须沿钢丝绳罐道升降。
在凿井初期，尚未装设罐道时，吊桶升降距离不得超过40m；凿井时吊盘下面不装罐道的部分也不得超过40m；井筒深度超过100m时，悬挂吊盘用的钢丝绳不得兼做罐道使用。
10、吊桶上方必须装保护伞。
11、吊桶边缘上不得坐人。
12、装有物料的吊桶不得乘人。
13、用自动翻转式吊桶升降人员时，必须有防止吊桶翻转的安全装置。
严禁用底开式吊桶升降人员。
14、吊桶提升到地面时，人员必须从井口平台进出吊桶，并只准在吊桶停稳和井盖门关闭以后进出吊桶。
15、人员乘坐吊桶时，每次只准一人，并必须系好安全带，设好防坠器。
16、吊桶最大容积不得超过0.8m³。
17、吊桶与钢丝绳连接处必须牢固可靠，提货时吊桶装货不能过满，要留有0.1m的空位置，以免提升掉落煤矸发生意外。
18、利用吊桶提升或下放物料时，必须捆扎牢固，不得超出吊桶圈外，否则不准提放。
19、严禁人货混运，工具等一同升降。
20、设好封口盘，除提升孔、风筒孔、电缆孔、水管孔，其它要求一律封严。
21、设好工作平台，稳固平台的绞车必须按安设牢固，人员在工作平台上作业时，必须系好安全带。
22、设好护身板，绞车运行时，人员必须躲在护身板下，防止掉落煤矸伤人。
煤矿冻结法开凿立井工程技术
表4.2.1-1
石灰石粉的细度、密度、水分应满足设
计要求。 3 聚苯乙烯泡沫塑料板 冻土与井壁间所采用的聚苯乙烯泡沫塑料 板物理力学性能指标应符合附录D表D中的 规定。 4 可压缩木屑板 可压缩木屑板的厚度应根据所需的压缩量 确定，一般采用6～20mm。板材性能应满 足压应力值为35N／mm2时，压缩率为30 ％～40％。
2．1．15冻土压力 pressure Of freezing wall 井壁支护后，冻结壁蠕变变形及融土回冻冻胀等因素作用 于井壁上的径向压力的统称，是临时荷载，亦称冻结压力。 2．1．16井壁 shaft lining 在井筒开挖围岩的表面构筑一定的厚度、强度和密封性好 的整体构筑物。井壁为圆形断面，材料一般采用现浇钢筋 混凝土或混凝土，混凝土应具有早强高强的特性。井壁结 构形式一般有单层、双层、双层混凝土塑料夹层复合井壁 等。 2．1．17双层井壁 double-layer lining 由外层井壁和内层井壁组合而成。外层井壁由上而下随 井简短段掘砌直至冻结段底部，其厚度和强度应能承受冻 土压力的作用；外层井壁施工结束后，内层井壁由下而上 连续一次浇筑至井口，其厚度和强度应能承受静水压或负 摩擦力的作用。内外层井壁材料，目前我国采用钢筋混凝 土和混凝土。
2．1．18双层混凝土塑料夹层复合井壁 double-layer concrete composite shaft lining with a plastic-plate sandwich 在双层混凝土井壁的内外层井壁之间铺设一层或两层厚 1．5mm聚乙烯塑料板而成。设置塑料板后，制止了内层井 壁的温度裂缝，井壁防水性能好。 2．1．19砌块沥青钢板混凝土复合井壁steel-concrete-bitum sliding lining 外层井壁由混凝土预制块和可压缩板构成，内层井壁为钢筋混 凝土结构，分段构筑。内外层井壁之间设置沥青和钢板。钢 板封水性好，井壁不漏水，沥青柔性好，在外力作用时，有 缓冲均压作用。允许井壁产生一定的曲率半径。故又称柔性 井壁。 21.20装配式铸件混凝土复合井壁 shaft tubbing 装配式铸件混凝土复合井壁又称丘宾筒。由铸铁或钢带有凸 缘和加强肪的弧形板，在井下装配成筒体，并在其后充填混 凝土。
上排下疏立井凿井新工艺
上排下疏立井凿井新工艺
上排下疏立井凿井新工艺，是一种新型的凿井技术，其最大的特
点在于它能够将地下水系统、结构性缺陷、岩石层厚度和有效侧壁强
度等参数分析全面，以便尽可能使钻井成型。
其次，该新工艺还可以
在低瓦斯浓度下运行，同时具有很强的钻井速度、准确性和效率，使
得钻井作业更节约时间和费用，这对于石油勘探和开发具有重要意义。
上排下疏立井凿井新工艺的具体流程主要包括三个部分：首先，
使用旋喷式钻头对井眼进行钻速控制，在低瓦斯浓度条件下控制孔的
形状；其次，利用钻头加工出井眼内壁，并适当放大井眼内部口径；
最后，把水泥或金刚砂等夹层材料放入井眼，以固化它们，以保证形
状的稳定性。
与传统立井凿井技术相比，使用新工艺立井凿井技术可以节省资源，从而减少了成本。
由于石油勘探和开发公司将会有更多的节省空
间和资源，因此有可能减少生产成本，同时也会带来更多的利润。
此外，由于采用新工艺立井凿井技术的井眼的尺寸和形状能够更好地满
足客户的要求，从而提高了石油勘探和开发的质量，也就意味着更好
的客户体验。
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▪ 3)炮眼数目及排列 一般是先确定炮眼排列方式，再根据排列方 式确定眼数。
▪ 4)装药、联线、放炮和通风 多用串装药，即将每个炮眼内全部 药卷先在地面装入特制的防水纸筒内，在工作面装药时，将长药 卷—次装入眼内，做到安全和保证爆破效果，还可以缩短井下装 药时间。
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图9-1 立井井筒的组成
1-翻笼硐室；2—装载硐室
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第一节 立井断面形状与尺寸
►二、立井断面尺寸
▪ 立井撕面尺寸的大小决定于井筒的用途、设备和 所需要通过的风量。
▪ 为便于采用标准设计，我国煤矿立井净直径按 0.5m进级，净直径6.5m以上特殊布置的井筒或 小煤窑井筒不在此限。井筒断面布置方式大致有 图9-2中的几种。
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图9-2 井筒断面布置方式
1－箕斗；2—罐笼；3—梯子间；4—管路电缆间；5—罐道梁；
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6—罐道；7—钢河南丝理工绳大罐学 道采煤；概论8—防坠钢绳
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第二节 立井普通开凿法
► 目前，立井施工主要还是凿岩爆破为主的普通施工 法。立井施工过程可分为准备工作，表土施工和基 岩施工三个部分。在表土施工中，破岩容易，而支 护却十分复杂。在基岩中掘进，破岩比较困难，需 钻眼爆破，而支护并不太困难。准备工作是为顺利 进行表土和基岩施工不可缺少的一步，应该周密细 致的考虑和实施。
盘裤叉绳；32—喇叭口；
33—吊盘定位丝杠；34—输
送混凝立的活节管；35—压
风管；36—吊盘折页；37—
分风器；38—风筒卡子；
39—挂钩；40—井圈；41—
背板；42—撑柱；43—吊桶
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第二节 立井普通开凿法
凿井井架 是专门用于开凿立井而设立的井架，多为装配式金属凿井井架 天轮平台 井筒内的设备和管路一般均用钢丝绳绕经天轮平台上的天轮由地 面稳车悬吊，管路每隔一定距离用专用管卡固定在悬吊钢丝绳上。 卸矸台 矸石吊桶提至卸矸台上方卸矸，使矸石沿倾斜溜槽装入自翻矿车或 汽车，运至排矸地点。 封口盘 又称井盖，设在井颈上端，用作升降人员、设备、下放材料和拆装 各种管路的工作平台。同时，又是保护井上、下工作人员的安全结构物，要求 坚固严密。 固定盘 为了安全，在封口盘下4～8m处还应设置一道固定盘，用梯子和井 口相连。 吊盘 吊盘是进行井筒永久支护施工的工作盘，为金属结构，用一根或两根 钢丝绳悬吊在地面稳车上。为使其稳定不翻盘，可做成双层，间距3～4m，根 据需要可以升降。 稳车 稳车设于地面，用于悬吊吊盘、吊泵和各种管路等设备和拉紧稳绳。
本章主要内容
9 ► 第 章 立井开凿
▪ 第一节 ▪ 第二节 ▪ 第三节 ▪ 第四节 ▪ 思考题
立井断面形状及尺寸 立井普通开凿法 特殊凿井方法 立井井筒延深
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第一节 立井断面形状与尺寸
► 一、立井断面形状
▪ 立井井筒断面分纵断面与横断面。纵断面中有井颈、井 身、井底三个部分。
►1．凿岩设备
▪ 立井钻眼用风钻，与岩巷掘进相似，只是立井打 眼是由上向下钻进，所以进行机械化凿岩时，通 常是采用吊架(又称钻架)。
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第二节 立井普通开凿法
►2.爆破工作
▪ 1)炸药和雷管的选用 立井掘进中多有涌水，岩石又比较坚硬， 应选用抗水炸药1212和采取防潮措施。采用毫秒雷管爆破比普通 段发雷管起爆效果好。
▪ 表土挖掘工作应尽量实现机械化，以提高表土段 井筒的施工速度和减轻工人的劳动强度。当机械 化条件不具备时，亦可用铁锹、风镐或打眼放炮 等简单工具和方法。
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第二节 立井普通开凿法
三、立井基岩施工
►(一)钻眼爆破工作
▪ 在立井掘进中，凿岩爆破工作是一项主要工序， 约占整个循环时间的20～30％。
11—吊盘上层盘；12—壁座；
13—气动绞车；14—吊盘下
层盘；15—金属模板；16—
吊泵；17—抓岩机；18—吸
水龙头；19—卸矸溜槽；
20—溜槽闸门21—临时轨道；
22—矿车；23—扇风机；
24—压风机房；25—稳车；
26—提升机房；27—风筒；
28—滑架与保护伞；29—稳
绳；30—提升钩头；31—吊
► 立井在正常施工阶段，要安装专用凿井井架，并自 上而下设置下述供施工用的设施，如图9-3所示。
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图9—3 立井井筒施工示意图
1—天轮；2—凿井井架；3—
卸矸台；4—排水管；5—井盖
门；6—混凝土搅拌机；7—封
口盘； 8—混凝土输送管；
9—固定盘；10—吊泵通过口；
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第二节 立井普通开凿法
►(二)立井掘进的装岩、提升和排水 ►1．装岩工作
▪ 装岩是立井掘进中最繁重最费时的工序，约占循 环时间的60%。
▪ 抓岩机 ▪ 抓岩生产率是单位时间内把矸石装入吊桶的石方
量，用m3/h表示。岩石较松软，岩块小而均匀， 抓斗就易于插入、合拢、抓得满，效率就高。
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第二节 立井普通开凿法
►一、准备工作
▪ 工程地质、水文地质勘探资料作为设计依据，编 制施工组织设计和施工预算，按设计要求进行施 工准备。
▪ 抓好风、水、电、路这些关键环节
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第二节 立井普通开凿法
►二、表土施工
▪ 覆盖在基岩上部直至地表的第四纪、第三纪风化 沉积的土、砂、砾石层，统称为表土层。
▪ 横断面形状有圆形、矩形和椭圆形等。横断面的形状根 据井筒的用途、服务年限、井筒穿过岩层的性质及所用 的支护材料确定。立井多采用圆形断面，这是因为煤矿 井筒所通过的地层多数不够稳定，而圆形断面既便于施 工又易于维护，还可承受较大的地压。
▪ 地压小、服务年限不超过15a的小型矿井，有时采用矩形 和多角形断面。椭圆形断面一般在改建、扩建旧的矩形 断面小井时应用。