葉世興
山西潞安集團(tuán)蒲縣開拓煤業(yè)有限公司 山西 臨汾 041206
井巷設(shè)計堅持“少投入,多產(chǎn)出”的方針。改革礦井開拓布置、簡化系統(tǒng),合理集中生產(chǎn)、節(jié)省井巷工程量、多開煤巷、少開巖巷,以降低造價,縮短建設(shè)工期。
目前礦井設(shè)有主斜井、副斜井與回風(fēng)立井三個井筒。主斜井安裝帶式輸送機,擔(dān)負(fù)井下煤流提升任務(wù);副斜井設(shè)有架空乘人裝置與異形軌,擔(dān)負(fù)礦井人員與材料的運輸;回風(fēng)立井設(shè)有梯子間,擔(dān)負(fù)礦井回風(fēng)任務(wù),與主副斜井形成完整的通風(fēng)系統(tǒng),二水平開采11號煤層,開拓采用井筒直接延深方式。
目前,礦井為生產(chǎn)礦井,3號煤層與11號煤層之間間隔91.22~96.25m,平均93.78m,直接延深井筒存在以下問題:
(1)現(xiàn)有回風(fēng)立井井底標(biāo)高+1207.97m,開采下組11號煤時井筒需垂直延深100m,回風(fēng)立井延深需將礦井長期停產(chǎn)改造,影響礦井正常生產(chǎn),同時全礦井300多名員工需停職在家,對于社會的穩(wěn)定性亦有不利影響;
(2)較斜井井筒施工,立井井筒延深施工難度大,施工工藝較為復(fù)雜,施工進(jìn)度慢;
(3)經(jīng)濟(jì)效益方面,采用暗斜井延深回風(fēng)井,施工期間基本對礦井正常生產(chǎn)無影響,水平延深投資費用來自于礦井生產(chǎn)效益,全部由礦方自籌解決,直接延深井筒,礦井停產(chǎn),資金鏈斷失,需要貸款解決水平延深工程投資問題。
根據(jù)井田內(nèi)11號煤層資源情況,本次設(shè)計綜合考慮礦井現(xiàn)有場地設(shè)施設(shè)備、場地可利用空間及投資成本,采用暗斜井延深井筒方案。
方案一:回風(fēng)暗斜井:在回風(fēng)井與一水平回風(fēng)巷交叉處開口,沿49°方位以-25度向下施工153m,再水平施工30m,后沿90°方位以25度向下施工93m,與11煤回風(fēng)大巷連通。井筒為直墻半圓拱斷面,凈寬4.0m,凈斷面10.28m2,巷道總長276m,擔(dān)負(fù)礦井二水平的回風(fēng)任務(wù),兼做二水平的安全出口,如圖1,圖2方案一所示。
圖1 回風(fēng)暗斜井設(shè)計平面
圖2 回風(fēng)暗斜井設(shè)計剖面
方案二:回風(fēng)暗斜井:在回風(fēng)井與一水平回風(fēng)巷交叉處開口,沿49°方位以-18度向下施工,掘進(jìn)317m(斜距),與二水平回風(fēng)大巷聯(lián)通。井筒為直墻半圓拱斷面,凈寬4.0m,凈斷面10.28m2,總斜長317m,擔(dān)負(fù)礦井二水平的回風(fēng)任務(wù),兼做二水平的安全出口,如圖1,圖2方案二所示。
方案一:已知回風(fēng)暗斜井開口處的巷道底板標(biāo)高為+1183.4, 先按方位角49°,腰線-25°度向下施工153m,施工30m平段后,再按方位角90°,腰線-25°度向下施工93m揭露11#煤層。設(shè)落底點標(biāo)高為h0,如圖1方案一所示,則
h0=h1-h2-h3
h1——回風(fēng)暗斜井開口處標(biāo)高+1183.4;h2——按斜距153m施工第一段落差;h3——按斜距93m施工第三段落差;
h2=L2sinα
L2——第一段施工斜距153m;α——腰線坡度-25°;所以h2=L2sinα=153*sin25°=64.66m;
h3=L3sinα
L3——第二段施工斜距93m;α——腰線角度-25°;所以h3=L3sinα=93*sin25°=39.30m;
h0=h1-h2-h3= 1183.4-64.66-39.30=1079.44m,因此按方案一落底點標(biāo)高為+1079.44m。
方案二:已知回風(fēng)暗斜井開口處的巷道底板標(biāo)高為+1183.4, 按方位角49°,腰線-18°度向下施工317m。設(shè)落底點標(biāo)高為h0,如圖2方案二所示,則
h0=h1-Lsinα;
h0——落底點標(biāo)高;h1——回風(fēng)暗斜井開口處的巷道底板標(biāo)高為+1183.4;L——向下施工斜距317m;α——腰線坡度-18°;
h0=h1-Lsinα=1183.4-317sin18°=1183.4-97.96=1085.44m;因此按方案二落底點標(biāo)高為+1085.44m。
根據(jù)標(biāo)高計算結(jié)果,兩種方案巷道落底點均在11#煤層內(nèi),將傾角從負(fù)25°調(diào)整為負(fù)18°不影響回風(fēng)暗斜井落底點揭煤及二水平三條大巷的布置方式,所以采用傾角負(fù)18°,綜合機械化掘進(jìn)工藝方案二可行。
方案一、巷道傾角為25°度
由于方案一的巷道傾角為25°度,若采用綜掘機組作業(yè)的,綜掘機在向下作業(yè)的過程中,不能后退,無法完成退機錨桿支護(hù)工藝,只能在掘進(jìn)機往前截割的截割距離超過機身長度后才能在掘機機組尾部進(jìn)行錨桿支護(hù)作業(yè)。不能使用綜合機械化掘進(jìn)機作業(yè),只能采用炮掘工藝作業(yè)。
方案二、巷道傾角為-18°度
方案二采用巷道傾角為-18°,目前有適合-18度以下傾角作業(yè)的綜掘機組,且可以匹配相應(yīng)的矸石運輸設(shè)備進(jìn)行快速掘進(jìn),若采用炮掘作業(yè),工藝落后,掘進(jìn)速度慢,且安全隱患多;所以巷道傾角-18°時,采用綜合機械化掘進(jìn)工藝比較有利。
方案一和方案二的優(yōu)缺點比較
方案一(巷道傾角-25°炮掘工藝),優(yōu)點:-25°傾角掘進(jìn)巷道長度276m,而18°傾角掘進(jìn)巷道總長度317m,相比之下掘進(jìn)巷道進(jìn)尺少,出矸少,支護(hù)材料費用及后期巷道做水溝及亮化費用底。缺點:炮掘工藝巷道成型差,巷道坡度大矸石在運輸過程中極易造成溜矸傷人事故;目前根據(jù)相關(guān)部門管理規(guī)定,開拓煤業(yè)所在礦區(qū),炮掘工藝火工品審批流程復(fù)雜,且根據(jù)公安局安保要求,需請爆破公司和安保公司,審批流程比較順利的話每月至少也得耽擱5至8天左右,整個掘進(jìn)巷道成本很高;炮掘作業(yè)過程,產(chǎn)生有毒有害氣體,作業(yè)環(huán)境相對較差,也容易發(fā)生爆破作業(yè)崩傷人員等事故。
方案二(巷道傾角-18°綜合機械化掘進(jìn)工藝),優(yōu)點:巷道掘進(jìn)速度快,成型好,工程質(zhì)量有保證;省去火工品炮掘作業(yè)審批流程,誤工少,節(jié)省爆破公司及安保公司費用每月50萬元;作業(yè)環(huán)境不產(chǎn)生炮煙,相對較好。缺點:巷道掘進(jìn)長度317m,較276m多出41m,支護(hù)材料消耗相應(yīng)較多。
綜上所述,選擇方案二巷道傾角-18°綜合機械化掘進(jìn)工藝。
回風(fēng)暗斜井呈直墻半圓拱形,永久支護(hù)采用錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù),井筒為直墻半圓拱斷面,毛斷面寬4.2m,高3.1m,掘進(jìn)斷面積11.06;凈斷面寬4.0m,凈高3.0m,凈斷面積10.28㎡。錨桿間排距為800×900mm,錨索間排距為1200×1800mm。附回風(fēng)暗斜井巷道斷面特征表如下。
表1 回風(fēng)暗斜井巷道斷面特征表
1)錨桿規(guī)格型號:MSGLW-335/20-2200mm左旋無縱筋螺紋鋼,配合球形墊和減阻尼龍墊圈。
2)錨桿托盤規(guī)格:150×150×10mm,托盤拱高不低于36mm。
3)網(wǎng)片規(guī)格:鋼筋網(wǎng)采用φ6mm鋼筋制作,網(wǎng)片規(guī)格2000×1000mm,網(wǎng)格規(guī)格100×100mm。網(wǎng)片采用搭接方式連接,搭接長度100mm,用16#綁絲雙絲雙扣綁絲間距200mm,扭結(jié)不少于三圈。
4)錨固劑規(guī)格:錨桿采用1支MSK-2335(在前)和1支MSZ-2360(在后)型樹脂藥卷錨固。錨索采用1支MSK-2335(在前)和2支MSZ-2360(在后)型樹脂藥卷錨固。錨桿錨固長度約為1.31m,錨索錨固長度約為1.76m。
5)錨桿布置及角度:拱頂部錨桿沿巷道中心線布置,然后按照間距800mm向兩邊布設(shè)3根(共7根),幫部左右?guī)透鞑荚O(shè)2根,間距800mm,拱頂部+幫部每排共打設(shè)11根錨桿;錨桿全部垂直巖面打設(shè),角度偏差不得大于5°。
6)錨桿扭矩、錨固力:錨桿扭矩300N·m,錨固力不小于100KN。
7)錨索形式及規(guī)格:錨索規(guī)格SKP17.8-7300mm;沿巷道中線在兩排錨桿中間布設(shè)第一根錨索,左右各間距1200mm布設(shè)兩根錨索;錨索排距1800mm;錨索應(yīng)全部垂直巖面打設(shè),角度偏差不大于3°,外露長度為鎖具外150~250mm之間。
8)錨索托盤規(guī)格:300×300×15mm拱形托盤,承載能力不低于400KN,托板拱高不低于60mm。
9)錨索預(yù)緊力:錨索要求超張拉至180KN,損失后預(yù)緊力不小于150KN。
10)噴射混凝土:混凝土標(biāo)號C20,厚度100mm。
綜上所述,回風(fēng)暗斜井設(shè)計選用如圖2所示方案二:在回風(fēng)井與一水平回風(fēng)巷交叉處開口,采用綜合機械化掘進(jìn)工藝,沿49°方位角以-18°傾角度向下施工,掘進(jìn)317m(斜距),與二水平回風(fēng)大巷聯(lián)通。井筒為直墻半圓拱斷面,凈寬4.0m,凈高3.0m,凈斷面10.28㎡,設(shè)計總斜長317m。
節(jié)省巷道掘進(jìn)工程人工成本,掘進(jìn)速度快,掘進(jìn)效率高,以降低井巷工程造價,縮短巷道掘進(jìn)工期。
相比于-25°傾角炮掘工藝,-18°傾角綜掘工藝避開了復(fù)雜的火工品審批流程,避免了爆破作業(yè)崩落矸石傷人及炮掘產(chǎn)生的有毒有害氣體,優(yōu)化了作業(yè)環(huán)境,且巷道成型好。
相比于-25°傾角炮掘工藝,-18°傾角綜掘工藝,由于傾角小,避免了掘進(jìn)作業(yè)過程中溜矸傷人等事故的發(fā)生,更安全高效。