黃燕波

(同煤大唐塔山煤礦有限公司，山西 大同 037003)

·技術經驗·

千萬噸礦井回風暗立井施工新工藝研究

黃燕波

(同煤大唐塔山煤礦有限公司，山西 大同 037003)

為解決塔山礦3～5#層二盤區(qū)輔助回風巷原設計中部回風系統(tǒng)巷拐點多，巷道斷面相對較小，施工困難，工期長等問題，提出了在2218回風繞道處施工暗立井，使用反井鉆機導硐施工法施工，采用回風暗立井替代回風暗斜井，縮短了施工距離和工期，節(jié)約了材料，降低了勞動強度，經濟效益顯著。

千萬噸礦井；回風暗立井；反井鉆機導硐施工法

1 礦井概況

同煤大唐塔山煤礦有限公司是大同煤礦集團公司為開發(fā)大同煤田石炭二疊系煤層而新建的一座特大型的現代化礦井。礦井于2003年開工建設，2006年試生產，2008年通過國家整體驗收，2009年達產。井田劃分為4個分區(qū)、8個盤區(qū)，地質儲量50.7億t，工業(yè)儲量47.6億t，可采儲量30.7億t，按設計能力1 500萬t/年計算，礦井服務年限為140年。井田走向長度24.3 km，傾向寬度11.7 km，面積170.9 km2. 可采煤層5層，分別是山4#、2#、3#、5#、8#層。前期開采的一、二盤區(qū)中，4#、2#遭受煌斑巖破壞無開采價值，僅開采3～5#合并層和8#煤層；后期開采的盤區(qū)中，自上而下分別開采山4#、2#、3#、5#、8#煤層。礦井采用平硐、立井混合開拓，盤區(qū)布置皮帶巷、輔助運輸巷和回風巷3條大巷，工作面為皮帶運輸巷、回風巷、頂板高抽巷3巷布置，采用單一走向長壁后退式綜合機械化低位放頂煤工藝進行回采。

2 千萬噸礦井回風暗立井施工原因及貫通前準備

2.1 回風暗立井施工原因

塔山礦3-5#層二盤區(qū)輔助回風巷原設計中部回風系統(tǒng)巷為長302 m，+12°上坡穿層斜巷，拐點多，巷道斷面相對較小，施工困難，工期長。后改為在2218回風繞道處施工暗立井的設計，使用反井鉆機導硐施工法施工，采用回風暗立井替代回風暗斜井，縮短了施工距離，節(jié)約了材料，降低了勞動強度，并縮短了施工工期，經濟效益顯著。

二盤區(qū)回風聯(lián)絡暗立井工程，是由暗立井取代穿層斜巷，暗立井上口位于二盤區(qū)3～5#2218順槽回風繞道，距二盤區(qū)回風巷10.5 m處。下口布置于二盤區(qū)輔助回風巷1 230 m處，暗立井全長41 m，施工時先采用ZFYD-1200低矮型反井鉆機施工1.2 m鉆孔，然后由上而下進行擴刷，擴刷采用光面爆破的方式完成施工。

2.2 立眼貫通前準備

在距貫通點5 m時，設專人對暗立井于二輔回聯(lián)巷貫通點的頂板進行觀察，防止二輔回頂板因暗立井爆破而發(fā)生變化。

距貫通5 m時，在二盤區(qū)輔助回風巷聯(lián)巷內(貫通點下口處)支設4個“井”字形木垛，木垛間距1.5 m. 裝載機裝巖出矸時要保護木垛，并檢查木垛是否牢固，觀察立眼下部頂板情況。

貫通前對暗立井下口二輔回內機組、電纜進行保護，并將瓦斯探頭撤出50 m，防止損壞瓦斯探頭。

3 施工方法及新工藝

3.1 施工方法

擴刷前3 m，采取軟梯上下人員、人工繩索運送、光面爆破、人工鏟渣、鉆孔溜渣、裝載機裝渣、皮帶運渣、錨噴支護的施工方法。暗立井3 m以下擴刷，采取吊桶運送、光面爆破、人工鏟渣、鉆孔溜渣、裝載機裝渣、皮帶運渣、錨噴支護的施工方法。

暗立井開口前3 m，由于每次放炮對周圍圍巖的穩(wěn)定性破壞嚴重，成型差，所以，采取對暗立井上口3 m范圍進行砌碹的措施，加工半徑為2.7 m的碹箍，利用腳手架管分層搭設，用鉛絲捆綁牢固，盒板上油后進行砼充填，能夠有效地保證暗立井上口的成型。

3.2 爆破作業(yè)

暗立井擴刷工作面采取一次性裝藥、一次性聯(lián)線起爆的方法，爆破采用1～5段毫秒延期電雷管，煤礦許用三級乳化炸藥，炮眼裝藥結構采用正向偶合連續(xù)裝藥結構，裝藥量為64.8 kg，每孔裝藥量為2卷(即0.6 kg)，裝藥時，各藥卷間彼此密接，但不得沖撞和搗實；每個炮眼內至少裝1個水泡泥，黃土炮泥長度不小于600 mm. 前期(暗立井施工前22 m)連線方式采取串并聯(lián)法，經常出現雷管拒爆現象，后經過現場研究決定，暗立井后期(其余19 m)采用大串聯(lián)的方式聯(lián)線起爆，該方式需要電流小，具有只要1發(fā)雷管不響，其余雷管都不會引爆的特性，有效地減少了雷管拒爆的現象出現，提高了施工速度，達到最佳起爆效果。

每次打108個放炮孔(孔深1.4～1.5 m，第一圈施工14個起爆孔，第二圈施工22個起爆孔，第三圈施工32個起爆孔，最后一圈周邊眼為保證暗立井成形，每次施工40個起爆孔)，有效控制因爆破后矸石太大而造成的堵鉆孔現象，前期1.2 m鉆孔能夠為炮眼的布置作為參照，炮眼布置圖見圖1. 另外，根據現場實際掘進過程中的巖層條件，施工過程中在巖層較軟的地方打80～100個放炮孔的情況下也可以有效保證放炮質量。建議后期根據巖層條件適當調整放炮孔個數，從而進一步完善爆破作業(yè)工序。

每次待爆破炮煙吹完、收起爆破母線后，對暗立井上口進行各項安全檢查，并在暗立井下口，安全地點、使用手杖檢查瓦斯。經檢查確認安全后，到工作面進行炮后巡查。

圖1 二盤區(qū)回風聯(lián)絡暗立井放炮炮眼平面布置圖

3.3 出矸與提升系統(tǒng)

暗立井排矸方式仍沿用下部二盤區(qū)輔助回風巷出煤系統(tǒng)，工作面爆破后，部分矸石通過d1.2 m的鉆孔，自然溜到鉆孔下面。剩余的矸石，則通過人工鏟入d1.2 m鉆孔溜到鉆孔下面的二盤區(qū)輔助回風巷，由裝載機上二盤區(qū)輔助回風巷皮帶，具體出矸線路為：人工鏟入鉆孔溜到鉆孔下方→裝載機→二盤區(qū)輔助回風巷SSJ-80皮帶→二盤區(qū)輔助回風巷運煤系統(tǒng)巷SSJ-80皮帶→二盤區(qū)皮帶巷ST-1.6 m皮帶→一盤區(qū)皮帶巷皮帶→主平硐皮帶→地面。

暗立井擴刷3 m后安裝使用提升裝置。在距暗立井上口中心10～15 m的巷道底板安裝JH-18.5型回柱絞車作為提升絞車，絞車上纏繞d20-18×19型多層不旋轉圓鋼鋼絲繩提吊吊桶，為掛鉤式舊吊桶，容積為1 m3，吊桶型號為MZS5.2-0. 暗立井上口用11#礦用工字鋼制作“井”字形起吊梁，天輪梁采用MZS2.1-0-1×0.680型(非標)鑿井單槽懸吊天輪，每根11#礦用工字鋼起吊梁上掏4個孔用螺絲與天輪梁瓦座固定。吊桶提升中心和暗立井中心相距500 mm.

由于JH-18.5型回柱絞車制動剎車裝置為手動控制，人工控制開停絞車的時間和距離，給施工人員的安全留下隱患，經研究決定把絞車更換為一臺河南南陽JSDB-13型雙速絞車，該絞車斷電后制動裝置自動抱死，有效地提高了人員的人身安全。

每次放炮后，交接班時，對絞車地錨、鋼絲繩、鋼絲繩繩卡、天輪架和天輪進行安全檢查。

3.4 封口盤

封口盤在擴刷5 m后安裝，封口盤梁使用6 m長20#礦用工字鋼6根、80 mm×80 mm的等邊角鋼、M16×70 mm螺栓、50 mm厚的木板加工、組裝、鋪設、綁扎而成，由于前期施工暗立井的經驗不足，放炮時距離太近，沖擊波將封口盤20#礦用工字鋼打壞3根，受損嚴重無法繼續(xù)使用，后在已有的經驗基礎上重新加工11#礦用工字鋼封口盤并進行改進，采用6根6 m長11#礦用工字鋼，以吊桶外徑(1 150 mm)為限，中間兩根工字鋼梁間距為1 500 mm，然后以800 mm為間距依次架設工字鋼梁，在工字鋼梁上架設6 m長50 mm厚木板，并用4根6 m長10#槽鋼和2根6 m長40 mm×40 mm方鋼進行加固(導線位置預留孔)。根據現場實際情況決定，為免于受沖擊波影響，每次放炮前，將暗立井封口盤進行拆除，放炮后再重新搭設。

由于原設計在封口盤上的推拉門笨重，不利于現場作業(yè)人員作業(yè)，為保護人員安全，改用1英寸管焊制兩扇1.6 m×0.8 m的框子，為保證通風，中間捆綁70 mm×70 mm的菱形金屬網，防止雜物掉落傷人，在菱形金屬網上鋪設一層紗窗。

由于暗立井放炮后的渣子需要人工下到井筒清理，為保證作業(yè)人員安全施工，在1.2 m鉆孔上方放置一個溜煤篦子，篦子采用2英寸管以200 mm×200 mm網格焊制而成，溜煤篦子的規(guī)格為1 500 mm×1 500 mm.

3.5 通風方式

暗立井擴刷施工中采用礦井負壓通風方式，將2218順槽巷內的新鮮風流吸到工作面，工作面的乏風流通過負壓通風方式到鉆孔下口，再經過二盤區(qū)輔助回風巷回風繞道進入二盤區(qū)回風立井。

為防止爆破后出現大量矸石堵塞1.2 m鉆孔，造成二輔回瓦斯超限，特制定一系列保障措施：1) 每次放炮前切斷二盤區(qū)輔助回風巷內所有電器設備電源及暗立井上口的電器設備電源。2) 二輔回運煤系統(tǒng)巷風機處，如發(fā)現鉆孔堵塞時，必須通知通風區(qū)，經同意后，立即打開運煤系統(tǒng)巷風門、拆下風門調節(jié)板，風機開啟一級風，為二輔回供風，待鉆孔疏通，風流穩(wěn)定后，再關閉風門，安裝風門調節(jié)板，關閉風機。3) 如發(fā)現鉆孔堵塞，暗立井上口則用高壓風管對暗立井井筒進行供風，嚴禁人員下到暗立井井筒內疏導鉆孔。4) 提前在1 m3吊桶下方綁一根30 m長鋼絞線，鋼絞線下部以500 mm為間距捆綁3根300 mm長11#礦用工字鋼，鋼絞線預留在1.2 m鉆孔內，發(fā)現鉆孔堵塞時，上下來回提升吊桶，直至將鉆孔疏通。

4 施工中存在的問題以及采取的安全措施

4.1 施工中存在的問題

1) 工人在施工過程中佩帶的安全繩在保證工人安全的前提下，也使得工人在工作當中受到影響。

2) 爆破前，封口盤必須預先拆除，否則爆破時容易損毀封口盤，而爆破后再搭設，工序相對比較繁瑣。

3) 爆破過后鋼絲繩與天輪受爆破沖擊波的影響容易脫落，此處應進一步進行改善和優(yōu)化。

4.2 采取相應的安全措施

1) 暗立井施工時放炮孔必須打夠，防止大塊矸石堵住鉆孔下口，并且鉆孔下口矸石堆距鉆孔下口距離不得小于2.4 m，保證工作面風量。

2) 過煤層時，必須進行錨、網、噴支護并使用混凝土澆筑。

3) 吊桶內、工作面以及暗立井上方工作人員必須佩帶保險繩，以保證施工人員的安全，保險繩長為2.0～3.6 m，直徑不得小于20 mm，暗立井上口應設置人員扶手，在暗立井上口兩幫，距底板1.5 m處各施工3根d22 mm×2 000 mm錨桿，錨桿錨固力60 kN，幫錨桿上捆綁鋼絲繩，并用鋼絲繩繩卡固定牢固，便于人員過往手扶和作業(yè)期間捆綁安全帶，同時要加強施工人員對佩戴安全繩的意識，以確保人身安全。

4) 暗立井由上而下擴刷至20 m以上時，確保使用吊桶時工作人員的安全。

5 應用情況及社會經濟效益

塔山礦回風聯(lián)絡暗立井的施工，是塔山礦首次使用暗立井代替回風暗斜井，原設計中回風暗斜井巷為長302 m，+12°上坡穿層斜巷，拐點多，巷道斷面相對較小，施工困難，工期長。采用回風暗立井代替回風暗斜井后，暗立井長41 m，施工工期約30天，使用反井鉆機后使得工序相對簡單，該優(yōu)化節(jié)省掘巷費用約200萬元，縮減工期約120天，在提高工作效率的同時，經濟效益顯著，值得進一步推廣。

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2017-06-15

黃燕波(1985—)，男，湖北人，2016年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學，工程碩士，工程師，主要從事煤礦安全生產與管理工作(E-mail)492886072@qq.com