小直徑直立溜煤眼施工技術(shù)應(yīng)用

馬旭克

（中國(guó)平煤神馬集團(tuán)平煤八礦，河南 平頂山467000）

［欄目責(zé)任編輯 邵冰欣郵箱shaobx0729@163.com］

隨著煤礦機(jī)械化水平的提高，對(duì)于直立溜煤眼的施工一般采用反井掘進(jìn)，反井掘進(jìn)可以采用吊罐法、鉆井法、普通法和深孔爆破法［1］。但對(duì)于小直徑溜煤眼而言，由于溜煤眼直徑較小、車場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷斷面小，吊罐法和鉆井法并不適應(yīng)。基于此，車場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷中的溜煤眼采用上、下分段深孔爆破一次成井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了安全、快速施工。采區(qū)溜煤眼承擔(dān)著整個(gè)采區(qū)的煤炭運(yùn)輸任務(wù)，在采煤的過(guò)程中，往往會(huì)產(chǎn)生較大的煤塊和矸石，溜煤眼使用一段時(shí)間后，會(huì)產(chǎn)生溜煤眼井壁破裂和堵眼的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著采區(qū)的出煤量。針對(duì)此種情況，采用溜煤筒和澆筑混凝土的加固方法，取得了較好地使用效果［2］。

1 溜煤眼概況

平煤八礦二號(hào)井己五采區(qū)1#中部車場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷溜煤眼位于1#中部車場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷和皮帶上山的交點(diǎn)位置，上口位于車場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷底板，下口位于皮帶上山巷道頂板，溜煤眼深度為9.5m，圓形斷面，設(shè)計(jì)直徑為1m。根據(jù)皮帶上山和車場(chǎng)已掘巷道地質(zhì)情況表明，溜煤眼從上而下的地質(zhì)情況為：2.2m厚灰?guī)r、1.4m厚細(xì)砂巖、2.6m厚灰及深灰色灰?guī)r、1.3m厚深灰色灰?guī)r。由于受到皮帶上山和車場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷施工的影響，對(duì)溜煤眼施工區(qū)域的圍巖擾動(dòng)較大，圍巖的整體性遭到了破壞，因此施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)片幫工作。根據(jù)東翼回風(fēng)上山的探水情況，溜煤眼施工附近不存在水源，施工溜煤眼時(shí)不會(huì)出現(xiàn)涌水事故。

2 施工技術(shù)設(shè)計(jì)

溜煤眼的施工方法很多，概括起來(lái)主要分為2種，第一種是自下往上掘進(jìn)，稱為反井法；第二種是從上往下掘進(jìn)，稱為導(dǎo)硐室法。反井法施工中有木垛法、普通法、吊罐法、爬罐法、深孔爆破法和鉆井法。導(dǎo)硐室法有鉆進(jìn)導(dǎo)硐和鉆孔導(dǎo)硐法［3］。

由于溜煤眼的直徑較小，深度僅有9.5m，若采用普通鉆爆法自下而上的施工方法，每循環(huán)進(jìn)尺較小，施工人員很難進(jìn)入溜煤眼進(jìn)行清矸作業(yè)；若采用普通鉆爆法自下而上的施工方法，需要較多次的循環(huán)，而且隨著上部溜煤眼深度的增加，鉆眼施工難度較大。因此采用上、下分段深孔爆破一次成井的施工技術(shù)，由下往上逐段的進(jìn)行深孔爆破成井，每次深孔爆破時(shí)，都以中心的鉆孔為中心，增加爆破時(shí)的自由面，用光面爆破技術(shù)一次全斷面爆破成型。即先用LF100潛孔鉆機(jī)在溜煤眼中心鉆探直徑為330mm圓形相連的中空眼，增加深孔爆破的自由面，然后在皮帶上山頂板對(duì)溜煤眼下半部分進(jìn)行深孔爆破，最后在車場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷底板對(duì)溜煤眼上半部分進(jìn)行深孔爆破，與下部溜煤眼貫通。溜煤眼貫通后，應(yīng)先對(duì)溜煤眼內(nèi)部的危矸進(jìn)行清理，再對(duì)溜煤筒進(jìn)行安裝，然后在眼壁和溜煤筒之間澆灌混凝土，使兩者連為一體，增強(qiáng)溜煤眼壁自身的強(qiáng)度，防止眼壁的破壞。

3 溜煤眼施工工藝

3.1 溜煤筒的加工

溜煤筒采用厚度為10mm鋼板加工成直徑為1m的圓筒形。根據(jù)溜煤眼的深度9.5m，設(shè)計(jì)5節(jié)溜煤筒，其中頂節(jié)溜煤筒1節(jié)，底節(jié)溜煤筒1節(jié)，中間段溜煤筒3節(jié)，每節(jié)長(zhǎng)度為2m。每節(jié)連接部位設(shè)計(jì)4個(gè)連接構(gòu)件，且連接構(gòu)件要中心對(duì)稱布置。連接構(gòu)件是由連接板和肋板構(gòu)成，肋板與連接板均選用厚度為10mm鋼板加工，連接板為矩形狀，長(zhǎng)為200mm，寬為150mm，同時(shí)在連接板中心兩側(cè)預(yù)留2個(gè)間距為100m螺栓孔，螺栓孔直徑為24mm。肋板為梯形狀，上底寬為50mm，下底寬為150mm，高為250mm，焊接在連接板和溜煤筒之間。每節(jié)溜煤筒采用直徑為20mm，長(zhǎng)度為100mm螺栓連接，如圖1所示。其中頂節(jié)溜煤筒上部不需要焊接連接構(gòu)件，底節(jié)溜煤筒僅焊接對(duì)稱的連接構(gòu)件，用于將溜煤筒固定在鎖口梁上。同時(shí)應(yīng)在每節(jié)溜煤筒的頂端焊接下4個(gè)下放鼻，并且與連接構(gòu)件錯(cuò)開(kāi)分布，便于安裝溜煤筒。

3.2 溜煤眼導(dǎo)孔地鉆進(jìn)

在溜煤眼施工前，由測(cè)量人員根據(jù)皮帶上山巷道的中心及1#車場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷中心給出溜煤眼施工的十字中心。為了防止?jié)摽足@機(jī)和YT～28型風(fēng)鉆在底板鉆進(jìn)的過(guò)程中出現(xiàn)塌眼和卡鉆的發(fā)生，清理車場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷十字中心附近巷道底板的浮矸，同時(shí)溜煤眼開(kāi)挖范圍鋪設(shè)100mm的混凝土。按照LF～100潛孔鉆機(jī)的技術(shù)要求，對(duì)潛孔鉆機(jī)進(jìn)行安裝、調(diào)試、試運(yùn)轉(zhuǎn)。

由于大直徑中心空孔的布置有利于巖石的爆破，對(duì)巖石裂隙的發(fā)展和破裂起到促進(jìn)的作用，同時(shí)也能為排矸提供足夠的空間［4］。因此，在溜煤眼中心的位置利用潛孔鉆機(jī)由上往下鉆進(jìn)直徑110mm的鉆孔與皮帶上山的頂板貫通，然后再利用潛孔鉆機(jī)由上往下將鉆孔擴(kuò)大至直徑為330mm的鉆孔，將此直徑為330mm的鉆孔作為溜煤眼掘進(jìn)的超前導(dǎo)硐。

3.3 上下分段深孔爆破

3.3.1 深孔爆破的設(shè)計(jì)原則。為了保證成型效果和較小對(duì)圍巖的破壞，溜煤眼深孔爆破按光面爆破技術(shù)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原則如下：

3.3.1.1 一般煤礦巖體情況大致可以分為2～3種，分別是軟弱巖、中硬巖和堅(jiān)硬巖，軟弱巖的普氏系數(shù)f一般約為2～5，換算為巖石抗破碎強(qiáng)度f(wàn)k為1.1～1.3；中硬巖的普氏系數(shù)f一般約為5～10，換算為巖石抗破碎強(qiáng)度f(wàn)k為1.3～1.6；堅(jiān)硬巖的普氏系數(shù)f一般大于10～15，換算為巖石抗破碎強(qiáng)度f(wàn)k為1.6～2.0。

3.3.1.2 溜煤眼圍巖抗震壞速度標(biāo)準(zhǔn)：以爆破地震波的最大速度為標(biāo)準(zhǔn)。由于溜煤眼的地質(zhì)情況主要是砂巖和石灰?guī)r，因此溜煤眼圍巖的抗震壞速度不應(yīng)大于60m/s。

3.3.1.3 有害炮煙和熾熱產(chǎn)物的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以煤礦安全規(guī)程中的要求作為安全標(biāo)準(zhǔn)。

3.3.2 爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)。根據(jù)鑿巖爆破動(dòng)力學(xué)原理，只有炮孔內(nèi)部的能量大于等于深部巖體的抗破碎強(qiáng)度f(wàn)k時(shí)，鑿巖爆破的效果才是最理想的。在溜煤眼爆破的設(shè)計(jì)時(shí)，每孔的裝藥量既要滿足爆破的要求，還要考慮爆破震動(dòng)波對(duì)溜煤眼眼壁的破壞。因此應(yīng)從溜煤眼的中心向掘進(jìn)邊界逐漸地降低單位裝藥量、裝藥相對(duì)威力和爆破作用指數(shù)。

溜煤眼光面爆破的參數(shù)可以參考（1）、（2）、（3）。

式中：gb—炸藥的相對(duì)威力指數(shù)；d—炮孔直徑，mm；H—炮孔的深度；fk—巖體抗破碎強(qiáng)度。

圖1 溜煤筒加工示意圖

根據(jù)地質(zhì)情況，溜煤眼的圍巖按照中硬巖進(jìn)行計(jì)算，即巖體抗破碎強(qiáng)度取1.5。下部深孔爆破的炮眼深度按3.5m計(jì)算，上部炮眼的深度按2.5m計(jì)算。按照以上公式計(jì)算可得，下部深孔爆破的轉(zhuǎn)藥量約為30kg，取32kg；炮孔間距為428.6mm，取300mm。上部深孔爆破的裝藥量為20kg，取24kg，炮眼間距仍取300mm。由于已經(jīng)使用潛孔鉆機(jī)鉆探了直徑為330mm的超前導(dǎo)硐，為深孔爆破提供了較大的自由面，能滿足爆破的要求，故不再設(shè)計(jì)掏槽眼。

3.3.3 上下分段深孔爆破施工。由于皮帶上山巷道中的皮帶已安裝，施工人員在皮帶架子上方搭設(shè)施工工作平臺(tái)，利用YT～28型風(fēng)鉆按照炮眼布置圖（如圖2所示）在皮帶上山進(jìn)行打眼，溜煤眼的掘進(jìn)直徑為1.5m。根據(jù)皮帶上山巷道的容矸量，確定分段段高為3.5m，因此炮眼的深度確定為3.5m。雷管采用煤礦許用毫秒延期電雷管，炸藥采用煤礦許用三級(jí)乳化炸藥，正向裝藥，串聯(lián)引爆，光面爆破。在下部深孔爆破一次后，及時(shí)進(jìn)行觀山找頂，及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，確保施工人員安全，然后按照第一循環(huán)在皮帶上山進(jìn)行分段第二次爆破。當(dāng)下部分段深孔爆破完成后，根據(jù)剩余鉆孔量取剩余的巖柱為7.2m，因此從車場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷上部進(jìn)行深孔爆破的炮眼深度為2.1m。施工人員將施工工具轉(zhuǎn)移至車場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷按照爆破布置圖進(jìn)行上部深孔爆破。

在進(jìn)行下部分段深孔裝藥時(shí)，將藥卷綁扎在4m長(zhǎng)的14#鐵絲上，緩緩地送入炮孔內(nèi)，用炮泥封堵，封堵的長(zhǎng)度為1m，每個(gè)孔內(nèi)4藥卷。上部裝藥時(shí)應(yīng)將孔口周圍的小碎石清理干凈，防止堵眼，每孔3卷藥，炮眼的封堵長(zhǎng)度為0.8m。

圖2 炮眼布置圖

3.4 安裝溜煤筒

3.4.1 溜煤筒的下放與組裝。在組裝溜煤筒之前，在溜煤眼的正上方巷道頂板上吊掛4個(gè)兩兩相互垂直的1t倒鏈，用以下放溜煤筒，并利用在巷道兩幫繩扣將溜煤筒臨時(shí)固定。通過(guò)下放倒鏈依次安裝溜煤筒，兩溜煤筒之間用直徑為24m、長(zhǎng)度為100mm的螺栓固定。對(duì)接溜煤筒時(shí)，應(yīng)將溜煤筒中的焊縫對(duì)接。下放溜煤筒時(shí)4個(gè)倒鏈應(yīng)同時(shí)緩慢下放，下放速度一致，防止溜煤筒在溜煤眼中間晃動(dòng)。5節(jié)溜煤筒都按照同樣的方法下放，直至達(dá)到設(shè)計(jì)位置。最后，依據(jù)溜煤眼的十字中心線將溜煤筒找正,并保證溜煤筒垂直，之后進(jìn)行臨時(shí)固定，防止位置偏移。

3.4.2 溜煤筒的固定。在皮帶上山頂板溜煤眼的設(shè)計(jì)位置上，用樹(shù)脂錨桿將鎖口梁固定好，錨桿采用直徑為20mm、長(zhǎng)度為2m的高強(qiáng)樹(shù)脂錨桿，鎖口梁采用長(zhǎng)度為2.4m長(zhǎng)的11#工字鋼，同時(shí)在工字鋼兩翼的設(shè)計(jì)位置上鉆孔，用于固定溜煤筒。待溜煤筒到鎖口梁上時(shí)，將溜煤筒用螺栓固定在鎖扣梁上，將溜煤筒的位置按照設(shè)計(jì)位置擺設(shè)好，然后在溜煤筒和鎖口梁的上方鋪設(shè)鋼笆網(wǎng)和木板，用噴射混凝土將溜煤筒下方封閉嚴(yán)實(shí)，噴射混凝土的厚度為400mm，防止?jié)仓炷料侣?/p>

3.5 澆筑混凝土

待下部鎖口位置的噴射混凝土凝固達(dá)到一定強(qiáng)度后，在溜煤眼的上口將混凝土攪拌均勻，然后將混凝土充填在溜煤筒和溜煤眼眼壁間，混凝土的支護(hù)厚度為250mm?；炷恋呐浜媳葹椋核啵荷常菏?1:2:2，水灰比為0.5。水泥采用用Po42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，砼強(qiáng)度不低于C30，石子用碎石，粒徑10～15mm；砂子使用中粗砂，含水量達(dá)4%～6%。

4 結(jié)論

4.1采用上下分段深孔爆破取得了較好的效果，下部2次深孔爆破進(jìn)尺分別為3.6m、3.5m，炮眼的利用率較高：同時(shí)采用上下分段深孔爆可以將矸石直接堆落到皮帶上山，節(jié)省了大量人工出矸時(shí)間，提高了施工速度，降低了施工的人工成本。

4.2通過(guò)在1#車場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷溜煤眼的施工證明：上下分段深孔爆破一次成井施工技術(shù)是可行的，適用于直徑1～3m，深度小于15m的各種小直徑暗立井和溜煤眼。

4.3采用溜煤筒和澆筑混凝土加固技術(shù)，可以增強(qiáng)溜煤眼的使用年限，同時(shí)也可以很好地防止因溜煤眼眼壁的破裂或較大煤塊而造成堵眼，同時(shí)也可以防止周圍巷道的破壞變形，保障了礦井的安全生產(chǎn)。

4.4此種加固溜煤眼的技術(shù)，使用材料較為普通，施工工藝簡(jiǎn)單，溜煤眼的施工材料成本較低，同時(shí)，人員不需要進(jìn)入溜煤眼內(nèi)施工，改善了施工人員的施工環(huán)境，保障了施工人員的安全。

4.5此外，此種加固技術(shù)對(duì)于巖石較為破碎、地質(zhì)條件較為復(fù)雜的溜煤眼支護(hù)同樣較為適應(yīng)。

［1］徐振國(guó)，楊志堅(jiān).井底煤倉(cāng)機(jī)械化施工技術(shù)［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2002（9）：11-13.

［2］張輝，王多春.溜煤眼加固支護(hù)技術(shù)實(shí)踐［J］.煤炭技術(shù)，2007（6）：56-57.

［3］段寶富.工程爆破［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2012.

［4］王青泉，焦宏興.溜煤眼深孔爆破一次成井施工技術(shù)［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2003（30）：198-200.