淺談煤礦斜井施工技術(shù)

陳明松（重慶川九建設(shè)有限責(zé)任公司，重慶 渝北 401120）

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淺談煤礦斜井施工技術(shù)

陳明松（重慶川九建設(shè)有限責(zé)任公司，重慶 渝北 401120）

我國的煤礦事業(yè)快速發(fā)展，原有礦井施工技術(shù)逐漸難以適應(yīng)現(xiàn)代煤礦的開采要求，其中對于斜井的施工，由于斜井是與地面直接相通的重要傾斜巷道，對于其施工質(zhì)量要求較高。本文即探討了煤礦開采過程中，斜井的施工技術(shù)，以供參考。

煤礦；斜井；施工技術(shù)

1　引言

在煤礦的生產(chǎn)中，往往有諸多因素制約，而斜井的施工質(zhì)量占據(jù)重要地位。斜井的建設(shè)一般需要穿過煤層進(jìn)行掘進(jìn)，我國當(dāng)前許多礦井是通過使用掘進(jìn)機(jī)，對煤巷進(jìn)行掘進(jìn)施工，進(jìn)行斜井掘進(jìn)的器械較為落后，因而影響了施工的速度，延長了基建的周期，最終影響整體采礦工程的施工進(jìn)度，增加了施工成本。

2　煤礦斜井概述

2.1斜井的特點(diǎn)

斜井施工既不同于立井也不同于平巷，它是指掘進(jìn)方向在垂直方向和水平方向之間的一種施工方式，其斜度一般在10～25°之間，但由于地形及煤層條件的限制，也有大于25～35°的大傾角斜井。通常，在長隧道施工中設(shè)置斜井，用來增加工作面、縮短工期，但同時也會增加修建礦井的投入和使用過程中的運(yùn)輸成本。當(dāng)隧道貫通后，根據(jù)設(shè)計，斜井通常作為運(yùn)輸通道，或是通風(fēng)管道，或是封死，或是堵住。斜井的井筒斷面形狀和支護(hù)形式的選擇與平巷基本一致，但斜井服務(wù)年限長，并且從受力性能、采用石材整體式支護(hù)及錨噴支護(hù)的方便性等因素考慮，斜井?dāng)嗝娑嗖捎冒雸A拱形、圓弧拱形或三心拱形斷面。

2.2斜井的分類

斜井按用途一般可分為以下幾種：提升煤炭或礦石的主斜井；提升矸石、下放材料、設(shè)備和行人通風(fēng)的副斜井；出風(fēng)和兼作安全出口的斜風(fēng)井；對特大涌水的礦井，還有專門敷設(shè)管路的排水斜井；采用水砂充填處理采空區(qū)的礦井，以及專門注砂斜井等。其中，主斜井按照其提升的方式，還包括礦車單車、串車提升斜井，箕斗提升斜井，膠帶運(yùn)輸提升斜井以及無極繩提升斜井；而副斜井作為輔助提升，多為串車提升斜井。

3　煤礦斜井施工方案與施工系統(tǒng)優(yōu)化的路徑

3.1煤礦斜井施工方案

3.1.1合理設(shè)計施工勞動組織

在實(shí)際進(jìn)行煤礦斜井施工之前，需要進(jìn)行相應(yīng)的組織設(shè)計、人員分工，并調(diào)配具備優(yōu)秀素質(zhì)的施工隊伍，保證施工的文明、安全、高質(zhì)量。依據(jù)工程任務(wù)分工設(shè)計勞動組織，并制定勞動分配表，同時明確各個崗位的名稱、工種、單班人數(shù)（在冊人數(shù)）、循環(huán)人數(shù)（在冊人數(shù)）。

3.1.2確定作業(yè)方法與工序

確定工序流程，例如斜井井筒的掘進(jìn)機(jī)支護(hù)流程、爆破循環(huán)以及效果的預(yù)估。掘進(jìn)施工作業(yè)的工序如下：掘進(jìn)、測量與準(zhǔn)備、鑿眼、裝藥爆破、通風(fēng)、安全處理、出渣等；硂支護(hù)作業(yè)的施工工序如下：測量準(zhǔn)備、鋼筋綁扎、立模、澆灌等。

3.2斜井施工技術(shù)

3.2.1斜井的開拓施工

該技術(shù)適用于緩傾斜、傾斜礦床，斜井的開拓尤其適用于傾角為20～40°的層狀礦床。而如果是急傾斜側(cè)翼的傾覆礦床，可采用側(cè)翼斜井開拓法進(jìn)行施工。

斜井開拓速度和投資，均擁有較大優(yōu)勢。由于早期斜井的提升能力較小，經(jīng)營費(fèi)用較高，且管理工作復(fù)雜，因而多用于礦層淺埋的中、小型礦山開采。可使用帶式輸送機(jī)，為在大型、特大型的礦山開采施工中采用斜井開拓，提供了非常廣泛的發(fā)展空間。

國外的煤礦通常采用的是帶式輸送機(jī)斜井開拓，并逐步向大型化的方向發(fā)展，其帶寬可以達(dá)到1400～2000mm，單機(jī)長度突破了1000m，斜井的斜長則達(dá)到2000～4000m，帶式輸送機(jī)的上坡則達(dá)到18～20°，下坡15～16°，同時自動化的程度也日益提高，保護(hù)裝置、安全設(shè)施方面也日益完善。

3.2.2爆破施工技術(shù)

在進(jìn)行斜井掘進(jìn)施工中，通常采用的是爆破方法，以開拓設(shè)計所需要的輪廓。爆破施工主要是利用炸藥在空氣、水、土石介質(zhì)或物體中的爆炸，所產(chǎn)生的巨大能量，“破壞”周邊物體的原始結(jié)構(gòu)。

光面爆破法，也被稱為輪廓爆破、周邊爆破，屬于井巷掘進(jìn)施工中的一項新爆破技術(shù)，運(yùn)用該方法實(shí)施爆破，所獲得的新壁面能夠保持平整，且不會受到明顯的破壞。因此，光面爆破是一種能夠進(jìn)行有效控制的爆破方法，爆破后所留下的井巷圍巖形狀規(guī)則，符合設(shè)計要求，同時表面平整、損傷小、穩(wěn)定性好，因而對于提高井巷的施工進(jìn)度、減少巷道支護(hù)成本方面具有重要作用。

在當(dāng)前的實(shí)際施工中，有些施工人員關(guān)于光爆的認(rèn)識不夠，可能會在巖巷的掘進(jìn)爆破中，出現(xiàn)打眼數(shù)目不夠、打眼不規(guī)則、裝藥過多或者亂放炮等問題，影響了炮眼的利用率，導(dǎo)致巖石的碎塊拋擲較遠(yuǎn)、爆堆不集中、周邊超挖過大、巷道成形較差，甚至圍巖松動破壞等不良后果，嚴(yán)重影響了掘進(jìn)施工的速度，同時還增加了不必要的支護(hù)成本。

4　煤礦斜井施工的實(shí)例分析

4.1工程概況

某煤礦的主、副井，回風(fēng)井等，都采用斜井開拓法，主、副斜井的傾角都是20°，回風(fēng)斜井的傾角則是24°。3個井的開拓過程，都需要穿越第四系表土層、古近系地層等，這些地層都存在3個主要含水層組，如果砂層含水，將非常容易形成流砂層。如果在井筒掘進(jìn)的過程中，遭遇了較厚的流砂層，則會因?yàn)榱魃皩雍穸却?、施工難、風(fēng)險高等因素，影響施工進(jìn)度，因此需要采用地面局部凍結(jié)技術(shù)，凍結(jié)加固斜井井筒，形成全封閉凍結(jié)帷幕。該工程中主要采用的巷道掘進(jìn)方法可歸納為三種：鉆爆法、綜掘法及人工風(fēng)鎬掘進(jìn)法。

4.2綜掘法

圖1　掘進(jìn)機(jī)切割軌跡

綜掘法是近二三十年發(fā)展起來的一種先進(jìn)掘進(jìn)技術(shù)，其主要設(shè)備是掘進(jìn)機(jī)，屬于一種集切割、裝載及轉(zhuǎn)運(yùn)巖渣、降塵等功能為一體的大型聯(lián)合作業(yè)設(shè)備。

該煤礦的副斜井在凍結(jié)段的施工過程中，運(yùn)用的是綜掘法施工。由于在副斜井井筒的內(nèi)部，砂層會全部凍實(shí)，因而人工掘進(jìn)速度緩慢，為確保工程進(jìn)度，保證施工效率，采用了EBZ160懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工，后部則采用KX135-3SZ型挖掘機(jī)，配合6m3的箕斗機(jī)械進(jìn)行出矸。具體流程如下：

（1）落巖，根據(jù)激光指向儀的指示，可以明確掘進(jìn)機(jī)的施工方位，施工順序應(yīng)當(dāng)是自下而上、先切槽后進(jìn)行采垛。

（2）裝載運(yùn)輸，順序是：截割頭落巖→裝入運(yùn)輸機(jī)→挖掘機(jī)裝載→6m3箕斗→地面卸矸臺→8t自卸汽車→矸石堆場。

（3）清理矸石，使用綜掘機(jī)鏟板與人工，進(jìn)行矸石清理，確保巷道干凈、暢通（見圖1）。

4.3鉆爆法

我國當(dāng)前的巖巷掘進(jìn)技術(shù)中，通常采用的是鉆爆法，其主要的優(yōu)勢在于作業(yè)準(zhǔn)備較快，對于周邊巖石的適應(yīng)程度也相對較好，且具體施工較為靈活，成本較低而功效高。該煤礦井筒的凍結(jié)段工作面掘進(jìn)過程中，同樣采用鉆爆法掘進(jìn)，以主斜井鉆爆法施工為例，施工流程如下：

（1）布置炮眼，采用的是楔形掏槽，掏槽眼的眼口距為1600mm，眼深為1500mm，一圈、二圈、三圈的輔助眼間距則為700mm，四圈的輔助眼間距為600mm，周邊眼間距為350mm，眼底間距為500mm，輔助眼與周邊眼眼深均為1300mm，輔助眼與掏槽眼排距為400mm，巷道圍巖的巖性是砂層、砂以及粘土互層，周邊眼的眼口布置于巷道輪廓線以內(nèi)100mm范圍內(nèi)，將底眼布置在巷道的輪廓線上。

（2）鉆巖機(jī)具選擇，工作面上通常采用的是YT-28型風(fēng)動鑿巖機(jī)進(jìn)行打眼，配合B22mm中空六角鋼桿，直徑為42mm的“十”字型合金鋼鉆頭進(jìn)行鉆眼。

（3）爆破采用的是二級煤礦安全乳化炸藥，其藥卷直徑是32mm，長度是175mm，每節(jié)藥卷有0.15kg；雷管采用的是導(dǎo)爆雷管，使用煤礦許用的8#毫秒延期電雷管進(jìn)行引爆，F(xiàn)D150-200T放炮器進(jìn)行起爆。炮眼則采用黃泥封閉，控制周邊眼封泥長度在500mm以上，其它炮眼則均要求在600mm以上。

（4）打眼，按照圖2所示的布置圖打眼施工，要求其周邊眼、凍的結(jié)管之間最小距離設(shè)置為1.2m。

（5）裝藥起爆，裝藥采用的是正向裝藥，串聯(lián)聯(lián)線，裝藥前需要將鉆眼中的巖粉清理干凈。

圖2　井筒掘進(jìn)炮眼布置

4.4人工風(fēng)鎬掘進(jìn)

人工風(fēng)鎬的優(yōu)勢在于靈活、方便，且成本較為低廉，具有較強(qiáng)的適用性，適用于任何斷面的掘進(jìn)。在該煤礦的井筒掘進(jìn)施工中，部分區(qū)段需依據(jù)井筒所處地層的狀況，分為上下兩個工作面，使用正臺階法進(jìn)行人工風(fēng)鎬開挖，開挖的順序?yàn)樽陨隙拢_階式挖掘，留取核心土以防井幫塌落。掘進(jìn)過程中，工作面需配備PZ-5型噴漿機(jī)，噴漿厚度控制在150mm；工作面選用的是礦用履帶式挖掘機(jī)，進(jìn)行裝入箕斗出矸施工，組織充足的人力、機(jī)械設(shè)備加快挖掘。巷道內(nèi)則鋪設(shè)30kg/m軌道，JK-2.5/20提升絞車配合6m3箕斗，以加強(qiáng)機(jī)械化作業(yè)效果。

5　結(jié)語

煤礦建設(shè)體系不斷優(yōu)化，傳統(tǒng)的礦井施工技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)煤礦開發(fā)與建設(shè)的現(xiàn)代化發(fā)展要求，未來的礦井技術(shù)應(yīng)該將更加強(qiáng)調(diào)設(shè)備大型化、機(jī)械化、自動化發(fā)展，從而保證煤礦斜井的施工質(zhì)量，保證整體工程的開采順利，提高安全系數(shù)。

［1］李紅輝，劉錦山.帶式輸送機(jī)在斜井施工中的應(yīng)用［J］.建井技術(shù)，2014（4）：44～47.

［2］易香保，徐思凌.斜井施工長距離接力通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用［J］.江西煤炭科技，2014（1）：9～11.

［3］楊瑞典，胡曉兵，嚴(yán)晨楓.斜井施工中針梁模板臺車針梁的有限元分析［J］.機(jī)械，2014，41（3）：45～46.

陳明松（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事礦建項目施工與管理工作。

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2095-2066（2016）16-0080-02

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