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      煤礦超長斜井敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)施工可行性分析

      2023-08-29 02:23:58汪青倉劉全輝宋朝陽任懷偉
      煤炭科學(xué)技術(shù) 2023年7期
      關(guān)鍵詞:立井井田斜井

      汪青倉 ,劉全輝 ,宋朝陽 ,李 強(qiáng) ,任懷偉

      (1.陜西延長石油榆林可可蓋煤業(yè)有限公司, 陜西 榆林 719000;2.北京中煤礦山工程有限公司, 北京 100013;3.中煤科工開采研究院有限公司, 北京 100013)

      0 引 言

      礦井開拓是煤礦開采的首要任務(wù),礦井建設(shè)是保障礦井安全生產(chǎn)和煤炭資源供給的關(guān)鍵技術(shù)[1]。隨著煤礦智能化建設(shè)要求和發(fā)展趨勢,礦井智能化建設(shè)是煤礦智能化建設(shè)藍(lán)圖必不可缺的重要環(huán)節(jié)[2],對礦井智能化安全開采、保障產(chǎn)能和企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

      礦井建設(shè)需要根據(jù)礦井煤炭資源儲量、地面地形條件、煤炭資源賦存的地質(zhì)條件和礦井產(chǎn)能等,并考慮礦井建設(shè)工藝、關(guān)鍵技術(shù)、核心裝備、建設(shè)周期、經(jīng)濟(jì)效益、安全高效、綠色健康等方面因素,確定合理可行的礦井開拓方案[3],主要包括井筒深度、直徑、傾角、用途、掘進(jìn)技術(shù)裝備、圍巖支護(hù)方法與技術(shù)、井內(nèi)提運(yùn)技術(shù)與裝備選型等。隨著我國煤炭資源開發(fā)重心向西部轉(zhuǎn)移,內(nèi)蒙古、陜西、寧夏、新疆等省份的大型煤礦地層以白堊系、侏羅系地層為主,在過去十幾年的發(fā)展過程中,已經(jīng)實(shí)踐了采用主副風(fēng)井全立井開拓、主斜副立+風(fēng)井立井開拓、主副斜井+風(fēng)井立井的開拓方式。近年來,隨著礦井建設(shè)技術(shù)裝備水平的提高,以及大型開采、掘進(jìn)、運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù)裝備的快速發(fā)展,西部中深部煤炭資源開采的礦井采用緩坡斜井作為主運(yùn)通道的開拓方式得到廣泛應(yīng)用。緩坡斜井開拓可實(shí)現(xiàn)礦井主運(yùn)連續(xù)化,輔助運(yùn)輸不換裝一次到位的無軌膠輪化,大型采?掘?運(yùn)裝備無需地面拆解和井下大硐室中組裝的復(fù)雜工序,可采用無軌膠輪車直接下井[4],有助于提高西部礦井中深部煤炭資源的高效生產(chǎn)。我國西部煤礦斜井開拓主要采用鉆爆法施工,因地層涌水量大、圍巖穩(wěn)定性差等問題,施工過程中富水地層涌水防治和軟弱圍巖穩(wěn)定控制帶來很大挑戰(zhàn);盡管采用斜井凍結(jié)特殊鑿井方法在一定程度上解決了地層涌水難題[5-6],但因斜井凍結(jié)施工難度大、投資高、工期長等問題,目前斜井凍結(jié)鑿井技術(shù)依然進(jìn)展緩慢。隨著機(jī)械破巖鑿井技術(shù)裝備的發(fā)展,部分礦井嘗試了采用綜掘機(jī)或懸臂掘進(jìn)機(jī)施工斜井[7],但因地層巖石強(qiáng)度高,掘進(jìn)效率低,后又改為采用鉆爆法施工;采用全斷面掘進(jìn)機(jī)施工緩坡斜井方面,僅神東補(bǔ)連塔煤礦完成了5.5°連續(xù)下坡,開挖直徑7.62 m,長度2 745 m 的斜井工程[8]。因此,適用西部煤礦復(fù)雜地質(zhì)條件的長距離斜井建設(shè)技術(shù)和裝備還需進(jìn)行深入研究和探索。

      可可蓋煤礦位于陜北榆橫礦區(qū)北部,礦區(qū)面積約176.68 km2,設(shè)計(jì)可采資源/儲量1 196.12 Mt,礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力10.0 Mt/a,服務(wù)年限85.4 a??煽缮w煤礦作為陜西延長石油礦業(yè)公司在“十四五”期間重點(diǎn)項(xiàng)目,是到2025 年礦業(yè)公司煤炭整體產(chǎn)能達(dá)到6 050.0 Mt/a,形成千萬噸智能化煤礦集群的關(guān)鍵布局。因此,探索可可蓋煤礦經(jīng)濟(jì)合理的礦井開拓模式,分析復(fù)雜地質(zhì)條件井筒機(jī)械化與智能化建設(shè)技術(shù)和裝備可行性,將為礦井安全建設(shè)、高效生產(chǎn)和企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供支撐,并為其他同類型礦井開拓方案的確定提供借鑒。

      1 可可蓋煤礦礦井開拓方案對比分析

      1.1 礦井開拓方式的影響因素分析

      根據(jù)煤炭成因模式、資源聚集與賦存規(guī)律、地質(zhì)與水文地質(zhì)條件等,現(xiàn)階段地下煤炭資源開發(fā)依然主要采用井工開采的方式[9-10]。礦井開拓方式主要是指服務(wù)于地下煤炭資源開采,在地層內(nèi)開鑿的井筒、巷道和硐室等工程的總體布置方式。根據(jù)煤炭資源賦存條件、地質(zhì)條件、經(jīng)濟(jì)條件、地理環(huán)境等因素,可分為立井開拓、斜井開拓、平硐開拓、綜合開拓等方式。礦井開拓方式是煤炭井工開采的首要任務(wù),一方面將直接影響建井技術(shù)裝備和工藝的研發(fā)與選擇,以及建井周期、工程總量、投資成本等;另一方面將影響礦井生產(chǎn)時(shí)采運(yùn)、通風(fēng)、排水、通信、供電等各系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定和高效運(yùn)行。

      礦井開拓又以井筒為主,井筒工程量一般不超過井巷工程總量的10%,但由于井筒穿越地層的復(fù)雜性、井筒結(jié)構(gòu)的特殊性、建井工法的適應(yīng)性等問題,建井過程中對突水、突泥和圍巖失穩(wěn)等工程風(fēng)險(xiǎn)的防治,導(dǎo)致建井工期約占井巷施工總工期的50%。因此,礦井開拓方式設(shè)計(jì)和礦井建設(shè)技術(shù)研究,必然要綜合分析區(qū)域自然環(huán)境、礦區(qū)地形地貌、地面運(yùn)輸條件等外部條件,以及井田地質(zhì)和水文地質(zhì)、地層構(gòu)造與巖性、煤層賦存特征、礦井生產(chǎn)能力、開采技術(shù)等因素[11-12],確定礦井開拓方式、礦井建設(shè)技術(shù)裝備和工藝、安全服役保障技術(shù)等,從而為礦井安全建設(shè)、高效高產(chǎn)和企業(yè)穩(wěn)定高質(zhì)量發(fā)展提供根本保障。

      1.2 可可蓋井田工程地質(zhì)與水文地質(zhì)分析

      可可蓋井田地貌整體西北高、東南低,地表起伏度不大,一般相對高差5~10 m。根據(jù)地質(zhì)鉆孔勘查結(jié)果,地層自上而下主要為第四系全新統(tǒng)風(fēng)積沙、上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組、第四系中下更新統(tǒng)黃土、白堊系下統(tǒng)洛河組、侏羅系中統(tǒng)安定組、侏羅系中統(tǒng)直羅組、侏羅系中統(tǒng)延安組地層;井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂和褶皺構(gòu)造,地層傾角較小,井田地質(zhì)構(gòu)造簡單,最大水平主應(yīng)力范圍10.95~19.37 MPa,最小水平主應(yīng)力范圍7.91~13.23 MPa;白堊系和侏羅系地層巖石單軸抗壓強(qiáng)度均值為 23.1 MPa,抗壓強(qiáng)度一般不超過50 MPa,巖石抗拉強(qiáng)度較低,平均值為2.68 MPa,巖石的耐磨性指數(shù)在1.05~2.88,屬極低耐磨性等級。井田地質(zhì)與水文地質(zhì)剖面示意,如圖1 所示。

      圖1 可可蓋井田地質(zhì)與水文地質(zhì)剖面示意Fig.1 Geology and hydrogeology section of the mine

      根據(jù)可可蓋井田地下水賦存空間結(jié)構(gòu)和含水介質(zhì)可劃分為5 個(gè)含水巖層(組)和2 個(gè)隔水巖層(組),其中白堊系洛河組為富水性中等至強(qiáng)的間接含水層,預(yù)計(jì)涌水量最高可達(dá)2 788 m3/d,其余4 個(gè)含水層涌水量低于100 m3/d,屬于弱富水性。侏羅系中統(tǒng)安定組地層以泥巖為主,與粉砂巖含水層不等厚相間分布,泥巖類較厚,粉砂巖較薄且富水性弱,是井田內(nèi)白堊系下統(tǒng)洛河組砂巖富含水與煤系地層之間相對較好的隔水層,對煤炭開采意義重大。

      1.3 礦井開拓方案的提出與分析

      通過從地質(zhì)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全、高效、綠色等方面,綜合分析可可蓋煤礦礦井開拓方式的影響因素,提出了4 版適用可可蓋煤礦的礦井開拓方案。根據(jù)不同開拓方案提出的時(shí)間順序,現(xiàn)對其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比分析。

      1)第1 版:井田中部全立井開拓方案。根據(jù)以往陜北、蒙東等地區(qū)同類礦井的開拓方案以及礦井建設(shè)經(jīng)驗(yàn),可可蓋礦井開拓最初設(shè)計(jì)在井田中部布置主立井、副立井和回風(fēng)立井,均采用凍結(jié)特殊鑿井法施工。對于西部富水弱膠結(jié)地層煤層埋深530 m的礦井,此方案為傳統(tǒng)的保守設(shè)計(jì),且現(xiàn)有的凍結(jié)法鑿井工程實(shí)踐,已證明此開拓方案的技術(shù)可行性,立井凍結(jié)法鑿井技術(shù)成熟,工程造價(jià)和工期均相對可控,但是立井提升系統(tǒng)較緩坡斜井更為復(fù)雜。

      2)第2 版:井田東南部主斜副立開拓方案。初期考慮到可可蓋煤礦與東側(cè)緊鄰的小紀(jì)汗煤礦同為華電煤業(yè),借鑒神東大柳塔煤礦生產(chǎn)能力30.0 Mt/a的“一礦兩井”開拓方式,將可可蓋煤礦工業(yè)廣場布置在井田東南部,初步選定主斜副立的開拓方式,井下大巷沿京陜四期天然氣管線布置,可避免煤炭損失近1 億t,原煤運(yùn)至小紀(jì)汗煤礦洗煤廠分選后,通過已建成的榆橫鐵路外運(yùn),可節(jié)約投資。

      3)第3 版:井田中部主斜副立開拓方案。2018年可可蓋煤礦歸屬陜西延長石油礦業(yè)有限責(zé)任公司后,第2 版中“一礦兩井”開拓方式的可能性已不存在。因此,變更礦井設(shè)計(jì)將工業(yè)廣場選擇在井田中部,為縮短建設(shè)工期,簡化生產(chǎn)系統(tǒng),設(shè)計(jì)采用主斜副立開拓方式,即在副井場地內(nèi)布置兩條井筒,分別為副立井、中央回風(fēng)立井,在主井場地布置有主斜井、地面選煤廠和鐵路外運(yùn)裝車系統(tǒng)。其中,主斜井設(shè)計(jì)傾角14°,斜長2 162 m,但施工難度較大;副井采用立井形式,井筒工程量小,且副井大斷面可作為進(jìn)風(fēng)井,無需開鑿專用進(jìn)風(fēng)立井,但是立井提升系統(tǒng)較緩坡斜井復(fù)雜;在礦井移交時(shí),該方案3 條井筒占用2 個(gè)場地,不便于管理;且需投資建設(shè)較長的進(jìn)場公路、鐵路專用線,占地面積大。

      4)第4 版:井田西部主副斜井+中部進(jìn)回風(fēng)立井開拓方案。2019 年9 月可可蓋井田西部的靖神鐵路建成通車,為資源外運(yùn)提供了有利條件。因此,再次調(diào)整礦井開拓方案,將工業(yè)廣場布置在井田西部邊界附近,采用西部主副斜井+中部進(jìn)回風(fēng)立井開拓方案,即在西部工業(yè)廣場內(nèi)布置主副斜井,2 條斜井均落底到井田中部的2 號煤層,在2 號煤層沿南北方向布置南翼和北翼大巷至井田南北邊界,井下大巷呈“I”字形布置,工作面沿大巷雙翼布置;為解決礦井通風(fēng)問題,在井田中部布置進(jìn)回風(fēng)立井,井田北部布置北一風(fēng)井,后期分別在距離南北井田邊界約3.0 km 處各布置一個(gè)回風(fēng)立井,即北二回風(fēng)立井和南部回風(fēng)立井,實(shí)現(xiàn)全礦井的分區(qū)通風(fēng)。

      按照可可蓋井田第4 版的礦井開拓方案,礦井移交時(shí)共布置5 個(gè)井筒,包括西部主副斜井、中央進(jìn)回風(fēng)立井和北一風(fēng)井。為確定西部主副斜井布置傾角,根據(jù)可可蓋井田綜合條件、外部環(huán)境條件以及借鑒其他礦井的斜井工程實(shí)踐,重點(diǎn)對斜井建設(shè)坡度6°和14°全下坡方案進(jìn)行了對比分析(表1),并初步確定主斜井傾角6°全下坡,設(shè)計(jì)總長度5 303 m、直徑7.13 m、落底深度554.3 m;副斜井傾角5.6°、設(shè)計(jì)總長度5 302 m、直徑7.13 m、落底深度517.4 m,每隔1 000 m 設(shè)50 m 的平坡段緩沖,變坡處設(shè)置半徑400 m 豎曲線過渡??煽缮w井田西部主副斜井+中部進(jìn)回風(fēng)立井開拓方案示意,如圖2 所示。

      表1 斜井建設(shè)坡度方案比較Table 1 Comparison of slope schemes for inclined shaft construction

      圖2 西部主副斜井與中部進(jìn)回風(fēng)立井開拓方案示意Fig.2 Development scheme of west main and auxiliary inclined shaft and middle inlet and return air shaft

      第4 版礦井開拓方案中主、副斜井均采用6°左右的緩坡斜井,井下主運(yùn)輸、輔助運(yùn)輸距離長,運(yùn)行費(fèi)用相對較高,以及礦井移交時(shí)2 條緩坡斜井開拓工程量大。但是,主副緩坡斜井均布置在西部場地內(nèi),可實(shí)現(xiàn)地面到井下工作面的直達(dá)運(yùn)輸,無需換裝,便于管理和高效生產(chǎn);同時(shí),西部場地距離外運(yùn)的靖神鐵路大海則車站近,占地面積小、壓煤少、外運(yùn)投資節(jié)省、運(yùn)營費(fèi)用低。因此,在考慮外部運(yùn)輸條件便利、場地集中便于管理、緩坡斜井無軌膠輪化和無需換裝等優(yōu)勢,初步確定了采用在井田西部布置主、副斜井+中部進(jìn)回風(fēng)立井的開拓方案。

      2 煤礦斜井掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀分析與比選

      基于礦井地質(zhì)條件和煤層賦存條件分析,立足于井下開拓簡單、首采區(qū)開采技術(shù)條件好、外部運(yùn)輸距離短、壓煤少等原則,從技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和安全性等方面考慮,以及智能化礦井建設(shè)的發(fā)展需求,進(jìn)一步對煤礦井筒建設(shè)技術(shù)裝備和工藝進(jìn)行分析和比選。鑒于西部煤系地層中深立井鉆爆法鑿井技術(shù)相對比較成熟,重點(diǎn)梳理煤礦長距離斜井鉆爆法與機(jī)械破巖施工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢,剖析現(xiàn)有斜井建設(shè)技術(shù)面臨的難題,提出超長斜井采用全斷面掘進(jìn)機(jī)施工的技術(shù)方案,為可可蓋煤礦長距離斜井建設(shè)提供參考依據(jù)。

      2.1 斜井鉆爆法掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀

      隨著我國煤炭資源開發(fā)重心向西部轉(zhuǎn)移,在過去十幾年的礦井建設(shè)過程中,我國西部礦區(qū)緩坡斜井掘進(jìn)主要以鉆爆法為主,在軟弱破碎地層段和地層涌水段,采用凍結(jié)法、注漿法等地層改性加固技術(shù),保障鉆爆鑿井施工安全。核桃峪煤礦主斜井是國內(nèi)開拓建設(shè)的最長的煤礦斜井[13],斜長5 875 m,傾角7°,采用鉆爆法施工,在穿過400 m 巨厚富水的白堊系洛河組地層,斜井涌水量曾高達(dá)730.4 m3/h,采用工作面預(yù)注漿堵水加固技術(shù)安全通過;袁大灘煤礦主副斜井均采用凍結(jié)特殊鑿井法施工[14],主斜井傾角14°,副斜井傾角5.5°,副斜井總長3 615.9 m,凍結(jié)段斜長達(dá)681 m,是目前國內(nèi)斜井凍結(jié)長度最長的凍結(jié)法施工斜井;古城煤礦主斜井采用凍結(jié)特殊鑿井法施工,傾角15°,斜井總長2 018.8 m,凍結(jié)段斜長503.91 m。鉆爆法施工的典型煤礦斜井工程,見表2。

      表2 鉆爆法施工的典型煤礦斜井工程Table 2 Typical coal mine inclined shaft construction by drilling and blasting method

      盡管鉆爆法施工對斜井地質(zhì)條件的適應(yīng)好,技術(shù)工藝相對比較簡單和經(jīng)濟(jì),而且隨著鉆裝錨機(jī)組作業(yè)線的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展,在一定程度上顯著減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。但是破巖方式依然采用炸藥爆破,存在環(huán)境污染、工序較多、掘進(jìn)效率低、圍巖擾動(dòng)破壞等問題,與綠色、安全、智能化鑿井發(fā)展趨勢不匹配。此外,斜井穿過含水層地段時(shí),井筒涌水可能導(dǎo)致斜井無法施工,而采用凍結(jié)法施工段的地層凍結(jié)時(shí)間長、工藝復(fù)雜、工效低、投資高。因此,近年來斜井凍結(jié)法施工數(shù)量雖有穩(wěn)定增長,但技術(shù)發(fā)展進(jìn)程較為緩慢。

      2.2 斜井懸臂掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀

      隨著機(jī)械破巖技術(shù)和裝備能力不斷提升,機(jī)械破巖已成為煤礦井巷掘進(jìn)技術(shù)裝備發(fā)展的重要方向。機(jī)械破巖技術(shù)克服了鉆爆法破巖的不可控因素,如可有效控制井筒斷面形狀,避免了超挖和欠挖,減小圍巖擾動(dòng),充分利用圍巖自穩(wěn)能力、降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度、減少支護(hù)材料消耗;同時(shí),非爆破破巖無需使用炸藥,破巖掘進(jìn)過程中無CO、NO、NO2、N2O 等有害氣體產(chǎn)生[15],改善作業(yè)空氣環(huán)境,減少碳排放。

      以懸臂掘進(jìn)機(jī)和綜掘機(jī)為代表的煤礦煤/巖巷部分?jǐn)嗝鏅C(jī)械破巖掘進(jìn)作業(yè)線,寄希望能夠?yàn)槊旱V全巖地層斜井掘進(jìn)提供技術(shù)和裝備支撐。典型工程案例如:英國多斯科公司生產(chǎn)的MK3 型重型懸臂式掘進(jìn)機(jī)[16],在淮南顧北煤礦完成了掘進(jìn)距離635.24 m、斷面面積24.1 m2的巖巷,最高月進(jìn)尺208 m,在巖石強(qiáng)度較低時(shí)相對鉆爆法掘進(jìn)效率有明顯提高,但是遇到堅(jiān)硬巖石時(shí),懸臂掘進(jìn)機(jī)破巖能力降低,要輔以爆破進(jìn)行掘進(jìn);開灤東歡坨煤礦采用EBZ200 H 型懸臂式掘進(jìn)機(jī),適用巖石抗壓強(qiáng)度達(dá)到70 MPa,掘進(jìn)斷面15.82 m2,月進(jìn)尺達(dá)200.3 m,但存在刀具消耗量較大、經(jīng)濟(jì)成本較高等問題;中煤新集劉莊煤礦采用硬巖懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)巖巷[17],但施工效率較低,后改用德國液壓鉆車作業(yè)線施工;可可蓋井田東鄰的小紀(jì)汗煤礦6°緩坡副斜井[18],斜長3 751 m,曾采用綜掘機(jī)作業(yè)線進(jìn)行施工,但是侏羅系安定組下部及以下地層巖石堅(jiān)硬,綜掘機(jī)已無法掘進(jìn),后改為鉆爆法施工。

      綜上情況分析,國內(nèi)采用部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)在煤礦斜井和巖巷施工過程中,暴露出截割刀具消耗量大、經(jīng)濟(jì)成本高、硬巖掘進(jìn)效率低、掘支工作不協(xié)調(diào)、粉塵量大等問題。國外奧地利、德國、波蘭等國家研制懸臂式掘進(jìn)機(jī)的廠商聲稱其產(chǎn)品能用于破碎堅(jiān)硬巖石,但均附加“截割刀具消耗量大,不經(jīng)濟(jì)”的條件。因此,將懸臂式掘進(jìn)機(jī)作業(yè)線應(yīng)用到煤礦全巖地層斜井或巖巷掘進(jìn)工程中,需要面對巖石強(qiáng)度較高時(shí)帶來的截割刀具消耗量大、經(jīng)濟(jì)成本高、硬巖掘進(jìn)效率低等問題[17]。此外,巖石綜掘機(jī)施工斷面35 m2以上的井巷工程,難以實(shí)現(xiàn)一次成巷,掘–支協(xié)同性較差,施工進(jìn)度并不理想,難以克服地質(zhì)構(gòu)造、井筒涌水、圍巖松軟、泥化等特殊地質(zhì)條件對施工帶來的嚴(yán)重影響,必須配合輔助掘進(jìn)技術(shù)工藝。

      2.3 斜井全斷面掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀

      根據(jù)調(diào)研和資料檢索,20 世紀(jì)80 年代,在我國“七五”“八五”規(guī)劃中便開始設(shè)計(jì)研究礦用全斷面巖石掘進(jìn)機(jī),先后開發(fā)出直徑3.5 m 和5.0 m 的礦用全斷面掘進(jìn)機(jī)并在銅川礦務(wù)局試驗(yàn)應(yīng)用[17],由于煤礦工程條件復(fù)雜,以及設(shè)備制造、材料和工藝等方面原因,最高月進(jìn)尺僅為100 m,應(yīng)用效果不理想,并于20 世紀(jì)90 年代停止了礦用全斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)的研發(fā)。國外在煤礦采用全斷面掘進(jìn)機(jī)也僅進(jìn)行了少量的井巷掘進(jìn)工業(yè)性試驗(yàn),掘進(jìn)長度一般不超過2 000 m,掘進(jìn)直徑范圍為3.6~4.1 m。近年來,隨著全斷面掘進(jìn)機(jī)在交通隧道、引水調(diào)水隧道等地下工程的應(yīng)用,全斷面掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)技術(shù)水平和裝備性能不斷提高,全斷面掘進(jìn)機(jī)在煤礦巖巷工程建設(shè)的應(yīng)用亦不斷增長。

      根據(jù)公開資料顯示,煤礦用全斷面掘進(jìn)機(jī)逐漸應(yīng)用十幾座礦井的斜井、運(yùn)輸巖巷和瓦斯抽放巷等工程施工。在長距離斜井工程方面,僅神華能源神東補(bǔ)連塔煤礦開展了緩坡斜井單護(hù)盾全斷面掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)工業(yè)性試驗(yàn)[8],掘進(jìn)長度2 718.2 m,傾角5.5°連續(xù)下坡,開挖直徑7.62 m,月最高進(jìn)尺639 m,平均月進(jìn)尺546 m,補(bǔ)連塔斜井埋深較淺,且采用管片支護(hù)提高了掘進(jìn)速度,但是工程造價(jià)較高。在煤礦平硐和巖巷工程方面,塔山煤礦主平峒應(yīng)用美國羅賓斯公司制造的雙護(hù)盾全斷面掘進(jìn)機(jī)施工[18],掘進(jìn)直徑4.82 m,掘進(jìn)長度2 911.6 m,最高月進(jìn)尺662.5 m,應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)該機(jī)型具有體積大、不易轉(zhuǎn)彎等缺點(diǎn),對煤礦井下巖巷傾角多變的工程條件適應(yīng)性差;神華新疆澇壩灣煤礦副平硐采用ZTE6460 復(fù)合式全斷面掘進(jìn)機(jī)施工[19],掘進(jìn)長度6 200 m,掘進(jìn)直徑6.46 m,最高月進(jìn)尺364.5 m;晉能控股王村煤礦采用煤礦用三護(hù)盾巖巷全斷面掘進(jìn)機(jī)施工通風(fēng)巖巷,掘進(jìn)長度3 778 m,掘進(jìn)直徑5.8 m,轉(zhuǎn)彎半徑70 m,在地層較為破碎的情況下最高月進(jìn)尺依然達(dá)到了406 m;山東能源新巨龍煤礦巖巷采用全斷面掘進(jìn)機(jī)施工[20],掘進(jìn)直徑6.33 m,掘進(jìn)總長度2 816.5 m,最高月進(jìn)尺超400 m。

      綜上情況分析,從巖石地層全斷面掘進(jìn)機(jī)施工井巷工程的國內(nèi)外發(fā)展水平及趨勢來看,巖石全斷面掘進(jìn)機(jī)的開挖斷面直徑大部分小于7 m,掘進(jìn)長度小于4 000 m,工程質(zhì)量較好;月掘進(jìn)速度可以達(dá)到400 m 以上,施工速度明顯高于鉆爆法掘進(jìn)[21];但是應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)掘–支作業(yè)工序協(xié)同、穿越不良地層近工作面快速支護(hù)、全斷面掘進(jìn)機(jī)調(diào)向等技術(shù)依然需要針對煤礦地質(zhì)條件和工程條件進(jìn)行改進(jìn),以期能夠進(jìn)一步提高采用全斷面掘進(jìn)機(jī)施工煤礦井巷的施工速度。

      2.4 可可蓋煤礦長斜井掘進(jìn)技術(shù)方案可行性分析

      通過對煤礦長距離斜井掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀分析可知,目前的懸臂式掘進(jìn)機(jī)或綜掘機(jī)作業(yè)線很難在全巖地層斜井或巖巷掘進(jìn)中取代鉆爆法機(jī)械化作業(yè)線;而若采用鉆爆法掘進(jìn)施工,則斜井穿越薩拉烏蘇組及洛河組強(qiáng)風(fēng)化帶等富含水地層時(shí),需要采用地層凍結(jié)法輔助施工,井筒凍結(jié)段斜長預(yù)計(jì)將超過413 m,施工難度大、周期長、投資高。鑒于硬巖全斷面掘進(jìn)機(jī)在煤礦巖巷掘進(jìn)速度高于鉆爆法掘進(jìn)速度,以及全斷面掘進(jìn)機(jī)施工在機(jī)械化、少人化和智能化方面的優(yōu)勢,初步確定了采用全斷面掘進(jìn)機(jī)施工可可蓋煤礦6°全下坡主副斜井(掘進(jìn)長度大于5 000 m,掘進(jìn)斷面39.9 m2)。以下根據(jù)可可蓋煤礦主副斜井穿越地層條件,重點(diǎn)研討采用全斷面掘進(jìn)機(jī)施工技術(shù)的可行性。

      1)地表風(fēng)積沙和薩拉烏蘇組施工可行性分析。圍繞6°緩坡主副斜井的開拓方案優(yōu)化的主要任務(wù),通過地面踏勘并結(jié)合衛(wèi)星照片在靖神鐵路東側(cè)、井田西部的位置,發(fā)現(xiàn)其他生產(chǎn)活動(dòng)取土挖坑而揭露洛河組砂巖地層,該處地面風(fēng)積沙、薩拉烏蘇組較薄,厚度不超過10 m,洛河組強(qiáng)風(fēng)化厚度10 m 左右。因此,確定將主副斜井井口布置在該取土挖坑附近,因薩拉烏蘇組厚度小,可采取提前降水并采用明槽開挖施工該段地層,不需要采用凍結(jié)法施工。明槽段采用順作法施工,分級放坡、水平分段、垂直分層的開挖形式,明槽開挖長度270 m,深度28.2 m,開挖坡面噴射厚度80 mm 的C20 混凝土面層,底板厚度為300 mm,作為全斷面掘進(jìn)機(jī)步進(jìn)通道。

      2)斜井穿越含水地層施工的可行性分析。根據(jù)鉆孔資料及鄰近礦井揭露情況分析,可可蓋礦斜井穿越的洛河組地層為富水性中等至強(qiáng)的間接含水層,預(yù)計(jì)涌水量不超過100 m3/h,洛河組以下巖層涌水不超過50 m3/h,可采取地層分段疏排水、工作面接續(xù)排水、噴漿封閉巖面與圍巖注漿堵水等多種掘進(jìn)環(huán)境防治水聯(lián)合技術(shù)[22]。值得注意的是,根據(jù)對可可蓋煤礦鄰近的小紀(jì)汗煤礦、巴拉素煤礦調(diào)研情況,在揭露2 號煤層時(shí)地層涌水量較大、水壓較高。因此,制定了揭煤遇水防治預(yù)案,一方面可在斜井揭煤前提前通過地面鉆孔疏放2 號煤層水,另一方面中央進(jìn)回風(fēng)立井按計(jì)劃將早于斜井完成施工,可利用立井井下巷道或硐室進(jìn)行打孔抽水,以降低2 號煤層水壓和控制涌水量,確保安全順利揭煤。

      3)斜井穿越破碎軟弱地層施工的可行性分析。根據(jù)井田地質(zhì)資料,斜井穿越地層存在軟弱圍巖、破碎帶、交錯(cuò)層理和可能產(chǎn)生的斷層等地質(zhì)情況,為避免圍巖坍塌、護(hù)盾擠壓、掘進(jìn)機(jī)卡機(jī)等風(fēng)險(xiǎn),提出了協(xié)同調(diào)整刀盤轉(zhuǎn)速、撐靴壓力、刀盤扭矩、推進(jìn)力、換步行程、調(diào)向幅度等參數(shù),實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)多動(dòng)作協(xié)同控制技術(shù);提出了地層擴(kuò)挖、提高液壓油缸推力快速通過、超前注漿加固圍巖,形成“超前支護(hù)、短進(jìn)尺、勤換步、早封閉、強(qiáng)支護(hù)、初期支護(hù)一次到位”的安全掘進(jìn)工藝。

      4)全斷面掘進(jìn)機(jī)施工多變坡度斜井的可行性分析。全斷面掘進(jìn)機(jī)在理論上可在所有坡度上進(jìn)行掘進(jìn)工作,同時(shí)全斷面掘進(jìn)機(jī)施工5.5°傾角的煤礦斜井在補(bǔ)連塔煤礦已經(jīng)取得成功。經(jīng)過與裝備制造廠家溝通以及專家論證,提出了加強(qiáng)全斷面掘進(jìn)機(jī)的豎曲線調(diào)向能力的要求,在保證圍巖可提供足夠反力的情況下,全斷面掘進(jìn)機(jī)可通過相應(yīng)的調(diào)向機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制調(diào)向;全斷面掘進(jìn)機(jī)的推進(jìn)油缸采用雙頭固定設(shè)計(jì),增大撐靴面積以提高撐靴穩(wěn)定支撐能力;刀盤與護(hù)盾偏心設(shè)計(jì),使全斷面掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)過程中有一定的抬頭趨勢,并采用主動(dòng)鉸接設(shè)計(jì),鉸接油缸可強(qiáng)制抬起支撐盾體,同時(shí)掘進(jìn)過程可中采取少量多次的換步原則,調(diào)整刀盤俯仰姿態(tài),可滿足長距離緩坡副斜井多變坡度的施工要求。

      根據(jù)可可蓋煤礦工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、環(huán)境條件、掘進(jìn)長度、斜井?dāng)嗝婕捌露?、施工技術(shù)與裝備等因素的綜合分析,可可蓋煤礦主副斜井采用全斷面掘進(jìn)機(jī)施工方案在技術(shù)上總體可行,具有機(jī)械化程度高、減人提效、安全可靠的優(yōu)勢。在此基礎(chǔ)上,需進(jìn)一步分析和論證全斷面掘進(jìn)機(jī)裝備類型及其適用性,以及與地層圍巖條件和掘進(jìn)機(jī)功能相適應(yīng)的斜井圍巖快速支護(hù)形式與方法,確保實(shí)現(xiàn)快速安全掘進(jìn)與穩(wěn)定可靠支護(hù)協(xié)同的長距離斜井建設(shè)技術(shù)工藝。

      3 全斷面掘進(jìn)機(jī)裝備選型分析

      3.1 全斷面掘進(jìn)機(jī)裝備選型對比分析

      目前,適用巖石地層的全斷面掘進(jìn)機(jī)類型主要分為敞開式和護(hù)盾式2 類,其中護(hù)盾式全斷面掘進(jìn)機(jī)根據(jù)地質(zhì)條件和工程條件又分為單護(hù)盾式、雙護(hù)盾式和三護(hù)盾式,此外對于巖巷穿越破碎地層掘進(jìn)時(shí),在護(hù)盾后可再安裝格柵護(hù)盾以防頂板圍巖大塊巖石垮落而導(dǎo)致設(shè)備或人員損害。因此,根據(jù)可可蓋煤礦斜井地質(zhì)條件和工程條件,斜井必然需要穿越破碎、軟弱、富含水等不良地質(zhì)環(huán)境,需對全斷面掘進(jìn)機(jī)類型的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比分析,并提出適應(yīng)可可蓋煤礦斜井施工條件的掘進(jìn)機(jī)改進(jìn)和優(yōu)化方案。

      斜井穿越破碎地層時(shí),敞開式和護(hù)盾式的全斷面掘進(jìn)機(jī)都面臨被卡、被困的危險(xiǎn),且護(hù)盾式全斷面掘進(jìn)機(jī)比敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)被卡的幾率更高,脫困相對難度更大。一方面敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)與護(hù)盾式全斷面掘進(jìn)機(jī)相比,盾殼較短,坡度適應(yīng)性強(qiáng),降低了卡機(jī)風(fēng)險(xiǎn)[23];敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)護(hù)盾為分體式,利用千斤頂伸縮功能可實(shí)現(xiàn)上護(hù)盾和側(cè)護(hù)盾能分別主動(dòng)支撐在井筒頂板和側(cè)幫,可實(shí)現(xiàn)主動(dòng)防護(hù)功能,減少空頂距離。另一方面,護(hù)盾式全斷面掘進(jìn)機(jī)的護(hù)盾為整體結(jié)構(gòu),由于刀盤的擴(kuò)挖致使護(hù)盾范圍內(nèi)始終存在較大范圍的空頂區(qū)域,對頂板防護(hù)效果差;而敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)自帶鋼拱架自動(dòng)拼裝和錨噴裝置,有利于實(shí)現(xiàn)對不良地層的快速支護(hù),可滿足全斷面掘進(jìn)機(jī)掘與支之間的協(xié)同性要求。敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)裝備示意,如圖3 所示。

      圖3 敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)裝備示意Fig.3 Schematic of open full section boring machine

      斜井穿越軟弱大變形地層時(shí),對敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)施工有較大影響。敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)的破巖推進(jìn)需要撐靴支撐在井幫上,若圍巖過于軟弱不足以提供撐靴支撐反力時(shí),將導(dǎo)致全斷面掘進(jìn)機(jī)無法前行的技術(shù)難題。因此,敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)需增加底部輔助推進(jìn)裝置,可通過在斜井底鋪設(shè)的仰拱塊提供全斷面掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)反力來解決此問題,從而實(shí)現(xiàn)全斷面掘進(jìn)機(jī)順利推進(jìn)。此外可可蓋煤礦斜井埋深達(dá)530 m 左右時(shí),斜井圍巖均為軟弱巖層,將遭遇軟巖大變形地段,護(hù)盾式全斷面掘進(jìn)機(jī)脫困處理難度較高。

      穿越富含水地層時(shí)全斷面掘進(jìn)機(jī)裝備要承受較大的水頭壓力,因此全斷面掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過程中不但應(yīng)考慮因地層條件變化對全斷面掘進(jìn)機(jī)刀盤掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行隨掘調(diào)整,同時(shí)要求圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠保證圍巖穩(wěn)定??紤]到可可蓋煤礦斜井要穿越約2 200 m富水洛河組砂巖,初期提出了采用護(hù)盾式和敞開式的復(fù)合式全斷面掘進(jìn)機(jī)施工工藝,即洛河組地層采用雙護(hù)盾式全斷面掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn),并采用管片支護(hù)圍巖,待進(jìn)入安定組后轉(zhuǎn)換成單護(hù)盾式或敞開式,并采用錨網(wǎng)噴進(jìn)行圍巖支護(hù)。此種模式不僅可解決承壓水下密封壽命不足的問題,又可解決深部管片剛性支護(hù)難以適應(yīng)圍巖變形和承壓的問題。

      3.2 斜井敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)方案的確定

      斜井進(jìn)入白堊系中等風(fēng)化洛河組后,最初設(shè)計(jì)曾提出采用綜掘機(jī)施工一段距離(長度約800 m),并在綜掘機(jī)掘進(jìn)過程中隨時(shí)檢測圍巖強(qiáng)度,當(dāng)圍巖強(qiáng)度超過2.3 MPa 時(shí),且滿足全斷面掘進(jìn)機(jī)撐靴支撐強(qiáng)度要求時(shí)再改為全斷面掘進(jìn)機(jī)施工。然而由于已有巖巷或斜井工程采用綜掘機(jī)施工效率不高、地層涌水等問題,繼而提出并論證了采用護(hù)盾式和敞開式的復(fù)合式全斷面掘進(jìn)機(jī)施工工藝,即全斷面掘進(jìn)機(jī)采用雙護(hù)盾模式通過洛河組地層后,再采用單護(hù)盾或敞開模模式繼續(xù)掘進(jìn),雖然能夠更好地適應(yīng)可可蓋煤礦地層條件,但是存在復(fù)合模式工序復(fù)雜,模式轉(zhuǎn)換時(shí)間長、護(hù)盾式卡機(jī)風(fēng)險(xiǎn)高等問題。因此,繼續(xù)探索和論證井口明槽段開挖后,可可蓋煤礦斜井采用敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)直接進(jìn)硐施工的可行性。

      通過對鄰近小紀(jì)汗煤礦洛河組段采用230 型綜掘機(jī)施工井筒的現(xiàn)有狀況調(diào)研,該段井筒十余年來支護(hù)狀態(tài)良好,未發(fā)生圍巖失穩(wěn)坍塌現(xiàn)象。為了進(jìn)一步論證敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)施工洛河組地層的可行性,在斜井場地試挖已經(jīng)暴露多年的洛河組地層,并進(jìn)行了現(xiàn)場圍巖錨固效果、圍巖強(qiáng)度和圍巖支撐性能測試。結(jié)果表明,現(xiàn)場使用挖掘機(jī)挖掘洛河組砂巖,挖掘機(jī)挖痕深度只有2 cm 左右,很難挖掘洛河組巖石;錨桿拉拔試驗(yàn)測得錨桿拉拔力均能達(dá)到100 kN 以上,高于煤礦巷道支護(hù)錨桿錨固力要求的50 kN,且錨桿托盤與巖體貼合緊密,無松動(dòng)現(xiàn)象;通過采用DWS25–250/110/90 雙伸縮懸浮單體液壓支柱水平支撐于洛河組圍巖上,用以模擬掘進(jìn)機(jī)撐靴與圍巖之間的相互作用,試驗(yàn)得到單體油缸壓力達(dá)到88 MPa,洛河組圍巖受壓達(dá)33 MPa 時(shí),圍巖仍未產(chǎn)生潰散、崩裂等破壞現(xiàn)象。

      綜合上述分析和現(xiàn)場測試結(jié)果判斷,可可蓋井田白堊系洛河組地層圍巖具有一定的自穩(wěn)性能,能夠滿足敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)撐靴穩(wěn)定支撐的強(qiáng)度要求,同時(shí)為采用錨網(wǎng)噴支護(hù)工藝的選擇奠定了基礎(chǔ),從而確定了過明槽段后采用敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)直接掘進(jìn)洛河組地層的方案。

      3.3 敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)的支護(hù)方式分析

      圍巖支護(hù)類型的選擇與全斷面掘進(jìn)機(jī)選型密切相關(guān),斜井井筒穿越的地層除表層薩拉烏蘇組砂層采用大開挖施工外,其余區(qū)段考慮采用敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)法施工,自上而下穿越的地層分別洛河組砂巖地層,安定組砂巖、泥巖互層地層,直羅組砂巖地層、延安組砂巖地層?;谛本┰降貙訔l件,提出了淺部砌碹支護(hù)+深部錨噴支護(hù)、淺部管片支護(hù)+深部錨噴支護(hù)、全斜井管片支護(hù)、全錨噴支護(hù)4 種圍巖支護(hù)方案。通過對比分析4 種圍巖支護(hù)方案,得到以下3 點(diǎn)認(rèn)識:①錨噴支護(hù)施工簡單,較管片支護(hù)和砌碹支護(hù)成本低,在達(dá)到安全支護(hù)的前提下可降低工程造價(jià);②采用管片支護(hù)屬于剛性支護(hù),可可蓋煤礦斜井穿越地層巖性多變,且隨著掘進(jìn)深度的增加,地層壓力不斷提高,不同于一般地鐵隧道埋藏較淺,地壓較小,而錨噴支護(hù)屬于柔性支護(hù),允許井筒圍巖有適當(dāng)?shù)淖冃危瑵M足井筒支護(hù)安全要求即可;③采用管片支護(hù)時(shí),管片重量大,井筒服役過程中若出現(xiàn)管片壓裂破壞等情況時(shí),管片支護(hù)結(jié)構(gòu)拆裝維護(hù)困難,而錨噴支護(hù)出現(xiàn)離層開裂等情況時(shí),維護(hù)相對簡單。

      通過設(shè)備調(diào)研、技術(shù)論證、經(jīng)濟(jì)分析和施工速度等因素的綜合分析,采用敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)施工,在技術(shù)工藝上可行;同時(shí)選擇了斜井圍巖采用錨網(wǎng)噴支護(hù)作為可可蓋煤礦斜井圍巖支護(hù)方式,在局部圍巖較破碎區(qū)段增設(shè)近工作面鋼拱架支護(hù);為便于施工車輛通行和提高施工效率,底板采用預(yù)制仰拱塊鋪砌,以減少現(xiàn)澆混凝土底板對車輛通行的影響。

      4 礦井建設(shè)工期與投資對比分析

      1.3 節(jié)提出的4 版礦井開拓方案中,經(jīng)調(diào)研和論證進(jìn)回風(fēng)立井已確定采用鉆井法施工,其建設(shè)工期、經(jīng)濟(jì)和投資成本相差較小,不作為對比分析的重點(diǎn)對象。因此,本節(jié)重點(diǎn)對主副井筒的開拓方案建設(shè)工期、經(jīng)濟(jì)與投資成本進(jìn)行分析。

      4.1 礦井建設(shè)工期比較

      礦井開拓方案1 中,主副立井均采用凍結(jié)特殊鑿井法施工,經(jīng)估算分析建井工期約為59.6 個(gè)月;礦井開拓方案2 和方案3 中均為主斜副立開拓方案,按照主斜井采用全斷面掘進(jìn)機(jī)施工,經(jīng)估算分析建井工期約為48 個(gè)月,副立井采用凍結(jié)特殊鑿井法施工,建井工期約為59.6 個(gè)月;開拓方案4 中主副斜井開拓方案,按照主副斜井均采用全斷面掘進(jìn)機(jī)施工,建井工期約為48 個(gè)月,相對于其他開拓方案,預(yù)計(jì)可縮短建井工期11.6 個(gè)月。

      4.2 礦井建設(shè)經(jīng)濟(jì)分析

      以副立井建設(shè)投資為例,若按照采用凍結(jié)特殊鑿井法施工副立井的方案,投資估算35 712 萬元;若按照采用凍結(jié)特殊鑿井法施工副斜井的方案,投資估算17 492 萬元;若按照采用全斷面掘進(jìn)機(jī)施工副斜井的方案,副斜井長度5 500 m,造價(jià)按6.33 萬元/m計(jì),總投資估算為34 815 萬元。因此,全斷面掘進(jìn)機(jī)施工副斜井相對于凍結(jié)法施工副立井的方案,估算將減少投資897 萬元;相對于凍結(jié)法施工副斜井的方案,估算將增加投資17 323 萬元。

      此外,開拓方案4 中將可可蓋煤礦工業(yè)廣場選擇西部,位置靠近大海則裝車站及進(jìn)場公路,外部運(yùn)輸條件便利,進(jìn)場公路、運(yùn)煤鐵路專用線、供電線路距離均較短,節(jié)省投資和運(yùn)營費(fèi)用,估算可節(jié)約鐵路投資47 000 萬元,節(jié)約進(jìn)場公路投資8 000萬元。同時(shí)西部主副斜井方案,斜井落底后不設(shè)傳統(tǒng)的井底車場,通過一段聯(lián)絡(luò)巷直接與輔助運(yùn)輸大巷聯(lián)系,預(yù)計(jì)可縮短工期12 個(gè)月,提前投產(chǎn)盈利約10 億元。主副井筒建設(shè)工期與投資成本分析結(jié)果,見表3。

      表3 主副井筒建設(shè)工期與投資成本對比Table 3 Analysis results of construction period and investment cost of main and auxiliary shaft

      5 結(jié) 論

      1)為滿足陜西可可蓋煤礦10.0 Mt/a 的產(chǎn)能需求,基于礦井開拓方式影響因素的分析,結(jié)合可可蓋井田地質(zhì)與水文地質(zhì)條件,提出了4 版不同的礦井開拓方案;考慮外部運(yùn)輸條件、場地集中便于管理,以及緩坡斜井無軌膠輪化和無需換裝等優(yōu)勢,初步確定了井田西部主副斜井+中部進(jìn)回風(fēng)立井的開拓方案。

      2)針對鉆爆法與懸臂掘進(jìn)機(jī)作業(yè)線施工長距離斜井均存在掘進(jìn)效率低、工序復(fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)高等問題,根據(jù)斜井穿越松散覆蓋層、富含水地層、軟弱破碎地層等不良地層條件,以及主副斜井大斷面、超長距離、多變角度的工程條件,論證了采用巖石全斷面掘進(jìn)機(jī)施工長距離全下坡斜井技術(shù)可行。

      3)針對西部白堊系、侏羅系地層煤礦超長斜井“地層富水、地層多變、巖性軟弱”的復(fù)雜地層條件和“深埋超長、連續(xù)下坡”的工程特點(diǎn),通過對敞開式、護(hù)盾式與復(fù)合式全斷面掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)的適應(yīng)性分析,選擇了敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)方案,并采用錨網(wǎng)噴支護(hù)與局部圍巖較破碎區(qū)段增設(shè)近工作面鋼拱架支護(hù)的支護(hù)方式。

      4)根據(jù)可可蓋煤礦工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、環(huán)境條件、工程條件、建井技術(shù)、裝備性能、建井工期、投資成本等因素的綜合分析,提出的4 版礦井開拓方案均具有一定的適用性,但是第1~3 方案均存在建設(shè)周期長、井筒需要凍結(jié)施工、爆破安全性差、生產(chǎn)環(huán)節(jié)相對復(fù)雜等不足;第4 版西部主副斜井開拓方案,采用敞開式全斷面掘進(jìn)機(jī)施工具有可行性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢且風(fēng)險(xiǎn)可控。

      致謝:本文撰寫過程中,陜西延長石油礦業(yè)有限公司、天地科技股份有限公司、中國鐵建重工集團(tuán)股份有限公司、中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司、陜西延長石油榆林可可蓋煤業(yè)有限公司、北京中煤礦山工程有限公司等單位與本項(xiàng)目相關(guān)人員參與討論并提出建議,在此一并表示感謝。

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