鄧如彬　孟相勇　丁德才

(河南能源化工集團(tuán)有限公司陳四樓煤礦)

分段施工在大坡度巖巷掘進(jìn)中的應(yīng)用

鄧如彬孟相勇丁德才

(河南能源化工集團(tuán)有限公司陳四樓煤礦)

在煤礦井巷施工過(guò)程中，大坡度斜巷相比平巷施工難度系數(shù)大、危險(xiǎn)程度高。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工案例，利用分段施工方式降低大坡度施工帶來(lái)的危險(xiǎn)程度，簡(jiǎn)化施工工藝，提高施工效率。同時(shí)總結(jié)了大坡度斜巷分段施工過(guò)程中出現(xiàn)的技術(shù)安全問(wèn)題及采取的相應(yīng)措施，為同類工程施工提供了參考。

大坡度井巷分段施工支護(hù)形式

陳四樓礦-640 m皮帶暗斜井回風(fēng)道在北翼-640 m 上部裝矸硐室和皮帶暗斜井(上部)之間，設(shè)計(jì)服務(wù)年限為30 a?；仫L(fēng)道全長(zhǎng)75.845 m，35°下山，井下標(biāo)高為-467.3～424.0 m；凈斷面為4 200 mm×3 600 mm，直墻半圓拱斷面，巷道開(kāi)口向前施工34 m揭露二2煤層，向前42 m將穿越二2煤層，頂板為細(xì)粒砂巖，底板為砂質(zhì)泥巖。

1　施工方案的選擇

大坡度傾斜巷道施工與平巷相比，在鑿巖、裝矸、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、支護(hù)等方面都具有不同的特點(diǎn)，由于巷道坡度大，大型綜掘設(shè)備的使用受到一定限制， 故采用鉆爆法掘進(jìn)[1-2]。

1.1全段施工方案

全段施工也稱單頭掘進(jìn)施工，從北翼-640 m皮帶暗斜井(上部)開(kāi)口向下掘進(jìn)施工，一次掘進(jìn)，省去了拆卸耙矸機(jī)工作量。但是耙矸機(jī)的安全使用距離太短，必須挪到回風(fēng)道中段，坡度較大，運(yùn)輸和固定都非常困難，增加了作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。采用耙矸機(jī)+礦車運(yùn)輸必須增加一部絞車提升，增加了設(shè)備的投入。大坡度斜巷運(yùn)輸安全性能差，適用于只能在一個(gè)方向安裝掘進(jìn)工作面的巷道。

1.2分段施工方案

分段施工是將施工巷道分為2個(gè)小段，先從北翼-640 m皮帶暗斜井(上部)開(kāi)口向下掘進(jìn)施工，再?gòu)谋币?640 m上部裝矸硐室向上施工，整體上簡(jiǎn)化了回風(fēng)道的施工工序，降低了大坡度施工的勞動(dòng)強(qiáng)度，也提升了斜巷施工的安全性。這樣就避免了斜巷耙矸機(jī)安裝和運(yùn)輸帶來(lái)的困難，耙矸機(jī)分別坐落在上段和下段的開(kāi)口處，大大提高了施工的安全。巷道必須具備2個(gè)掘進(jìn)面，增加了拆裝耙矸機(jī)和挪移工作面的時(shí)間。

1.3方案確定

回風(fēng)道長(zhǎng)度小于耙矸機(jī)上山使用和下山使用最大長(zhǎng)度和，且下段和上段都具備安裝掘進(jìn)工作面條件，全段施工(上山或下山)期間均需鋪設(shè)軌道，至少移一次耙矸機(jī)?；诨仫L(fēng)道坡度較大，全段施工方案可行性差，故而采用分段施工方案，將北翼-640 m 皮帶暗斜井回風(fēng)道分上、下段施工。上段35°下山施工38.445 m停掘，下段35°上山施工37.40 m，與回風(fēng)道上段貫通。巷道施工布置見(jiàn)圖1。

2　施工工藝

2.1鉆爆法掘進(jìn)

采用垂直楔形掏槽方式和光面爆破。沿?cái)嗝孑喞€上打較密集的炮眼，少裝藥，二圈輔助眼與周邊眼的距離等于或稍大于周邊眼間距。首先爆破掏槽眼，其次是輔助眼，最后是周邊眼及底眼。采用串聯(lián)方式，由內(nèi)向外按順序起爆，全斷面一次爆破。

炮眼直徑為43 mm，藥卷直徑為35 mm，不耦合系數(shù)為1.2。掏槽眼深2 m，其他炮眼深1.8 m。炮孔布置見(jiàn)圖2。裝藥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

2.2巷道支護(hù)

2.2.1臨時(shí)支護(hù)

巷道掘進(jìn)施工時(shí)，正常采用“前探梁+螺母吊環(huán)+厚松木板”形式進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)[3]。巷道開(kāi)口、變坡、拐彎、變斷面或頂板條件發(fā)生變化等不能使用正常臨時(shí)支護(hù)的情況下，可以使用帶帽的輕型單體液壓支柱作為臨時(shí)支護(hù)。選用DWB28-30/100型輕型單體液壓支柱進(jìn)行輔助支護(hù)。

圖1　巷道施工布置(單位：mm)

圖2　炮孔布置(單位：mm)

圖3　裝藥結(jié)構(gòu)(單位：mm)

2.2.2永久支護(hù)

正常掘進(jìn)期間的永久支護(hù)選擇錨桿主動(dòng)支護(hù)。按懸吊理論計(jì)算錨桿參數(shù)，錨桿間排距取800 mm，全斷面采用8根φ20 mm×2 200 mm的左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，兩幫采用6根φ18 mm×2 200 mm的左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿[4-5]。見(jiàn)圖4。

圖4　斷面支護(hù)示意(單位：mm)

下山頂錨桿必須緊跟迎頭施工，錨桿角度無(wú)法保證時(shí)，可暫不打設(shè)，但必須進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。兩幫最上部一排幫錨桿，爆破前滯后迎頭不超過(guò)1排；兩幫最下部一排幫錨桿在成巷前施工完畢；兩幫中間部分幫錨桿不超過(guò)爆破前滯后迎頭，其余幫錨桿每次爆破前必須緊跟迎頭施工4排，爆破后不超過(guò)7排。

2.2.3穿煤支護(hù)

巷道揭煤時(shí)，底板為煤，幫錨距巷道底板起錨高度不能超過(guò)200 mm,錨噴厚度小于100 mm,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，除了錨網(wǎng)噴外，加打錨索以加強(qiáng)支護(hù)，每排布置3根，正頂1根，兩肩窩各1根，間排距為1 600 mm，錨索采用φ18.9 mm的鋼絞線。穿煤層、圍巖破碎等錨網(wǎng)噴支護(hù)困難時(shí)，采用相應(yīng)斷面的29U型鋼棚支護(hù)。架棚支護(hù)時(shí)必須另行編制補(bǔ)充措施。

2.3斜巷運(yùn)輸出渣

使用P-90B型耙矸機(jī)裝巖，施工上段時(shí)，耙矸機(jī)于上坡點(diǎn)出矸，直至上段施工結(jié)束。施工下段時(shí)，耙矸機(jī)于回風(fēng)道下平巷倒矸出渣，直至施工結(jié)束。斜巷采用絞車提升，平巷采取人力推車。

2.4施工作業(yè)平臺(tái)的搭設(shè)

下段施工時(shí)，迎頭矸石易滑落，造成支護(hù)困難，巷道爆破后，迎頭存留積矸時(shí)，可攤成一個(gè)小平臺(tái)，人員站在積矸上作業(yè)；若迎頭無(wú)積矸，可搭設(shè)一個(gè)施工平臺(tái)[3]。

2.4.1平臺(tái)材料

吊環(huán)采用φ89 mm×500 mm套筒與φ20 mm的圓鋼制作；鋼管規(guī)格為φ57 mm×4 000 mm，加工3根；木板規(guī)格為3 000 mm×200 mm×70 mm(長(zhǎng)×寬×厚)，加工10塊。

2.4.2平臺(tái)搭建方法

將一根鋼管兩端預(yù)先套入吊環(huán)的套筒中，然后將2個(gè)吊環(huán)固定在兩幫第二根錨桿上，再在鋼管與套筒間打入木楔，使套筒緊貼巷幫，將整體固定。

將2根鋼管搭在橫放的鋼管上，使用雙股8#鐵絲捆扎牢固，鋼管搭接必須平行、水平，沿中心對(duì)稱布置，間距約2 500 mm。

在2根鋼管上鋪設(shè)木板，寬度滿足施工要求，鋪設(shè)必須穩(wěn)定、牢固、嚴(yán)密，并有限位裝置，架板間不得留有縫隙。鋼管要用銷子固定，防止出現(xiàn)滑落。平臺(tái)搭設(shè)好，由現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人確認(rèn)牢固后，方可作業(yè)。作業(yè)平臺(tái)搭建示意見(jiàn)圖5。

2.5上山施工特殊支護(hù)

由于迎面墻巖石的層理紊亂，爆破松動(dòng)了圍巖，在迎頭作業(yè)稍有震動(dòng)就可能發(fā)生迎面墻片落，為了確保施工安全，巷道迎面墻必須進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。使用5根修復(fù)錨桿及3片金屬平網(wǎng)(橫放)護(hù)住迎面墻上部，每隔300 mm使用雙股14#鍍鋅鐵絲將金屬平網(wǎng)上部與頂網(wǎng)相連。見(jiàn)圖6。

上山施工支護(hù)時(shí)，頂錨桿及上部2根幫錨桿緊跟迎頭，爆破前距離迎頭不超過(guò)400 mm。其中，因3根正頂錨桿角度不符合要求，在每2排錨桿中間按設(shè)計(jì)要求，垂直巷道輪廓補(bǔ)打3根正頂錨桿。現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)作業(yè)時(shí)，當(dāng)班打完爆破施工的2排頂錨桿后，再打上個(gè)班2排頂錨桿的補(bǔ)打錨桿，依次循環(huán)作業(yè)。見(jiàn)圖7。

圖5　平臺(tái)搭設(shè)示意

圖6　迎面墻臨時(shí)支護(hù)示意

圖7　上山施工頂錨桿支護(hù)示意(單位：mm)

3　實(shí)施效果

采用分段施工方式，降低了大坡度斜巷施工的危險(xiǎn)性，節(jié)省了絞車、軌道、斜巷擋車裝置等設(shè)備投入，以最簡(jiǎn)化、最合理的施工方案組織生產(chǎn)，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了巷道施工時(shí)間，比全段施工節(jié)省了10 d，降低了巷道成本，提升了人員工效，效果顯著。

4　結(jié)　語(yǔ)

大坡度巷道施工與平巷施工相比，在支護(hù)、運(yùn)輸、掘進(jìn)等方面有很多不同之處，施工難度相對(duì)較大，針對(duì)大坡度施工必須制定相應(yīng)的安全技術(shù)措施，才能確保施工的順利進(jìn)行，坡度較大使設(shè)備固定成為最大難題，通過(guò)分段施工，解決了大坡度設(shè)備固定的問(wèn)題，同時(shí)運(yùn)用多種支護(hù)形式，保證了施工安全高效、質(zhì)量合格，對(duì)類似短距離大坡度巷道掘進(jìn)工程具有一定的指導(dǎo)作用。

[1]朱杰明.幾種大坡度巷道短掘進(jìn)法的技術(shù)分析[J].有色金屬,1996(6)：65.

[2]李忠.大傾角下回采巷道掘進(jìn)技術(shù)[J].河北煤炭,2005(6)：15-16.

[3]李愛(ài)軍.大傾角上山巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)[J].中州煤炭,2007(1):14-15.

[4]弓海軍.大傾角傾斜巷道掘進(jìn)施工[J].西部探礦工程,2012(1):131-132.

[5]常小荷.淺談巖巷上山掘進(jìn)探索及應(yīng)用[J].工程管理,2012(10):71.

2014-08-16)

鄧如彬(1989—)，男，助理工程師，476600 河南省永城市。