小直徑直立溜煤眼施工技術應用

馬旭克

（中國平煤神馬集團平煤八礦，河南 平頂山467000）

［欄目責任編輯 邵冰欣郵箱shaobx0729@163.com］

隨著煤礦機械化水平的提高，對于直立溜煤眼的施工一般采用反井掘進，反井掘進可以采用吊罐法、鉆井法、普通法和深孔爆破法［1］。但對于小直徑溜煤眼而言，由于溜煤眼直徑較小、車場聯絡巷斷面小，吊罐法和鉆井法并不適應。基于此，車場聯絡巷中的溜煤眼采用上、下分段深孔爆破一次成井技術，實現了安全、快速施工。采區溜煤眼承擔著整個采區的煤炭運輸任務，在采煤的過程中，往往會產生較大的煤塊和矸石，溜煤眼使用一段時間后，會產生溜煤眼井壁破裂和堵眼的現象，嚴重影響著采區的出煤量。針對此種情況，采用溜煤筒和澆筑混凝土的加固方法，取得了較好地使用效果［2］。

1 溜煤眼概況

平煤八礦二號井己五采區1#中部車場聯絡巷溜煤眼位于1#中部車場聯絡巷和皮帶上山的交點位置，上口位于車場聯絡巷底板，下口位于皮帶上山巷道頂板，溜煤眼深度為9.5m，圓形斷面，設計直徑為1m。根據皮帶上山和車場已掘巷道地質情況表明，溜煤眼從上而下的地質情況為：2.2m厚灰巖、1.4m厚細砂巖、2.6m厚灰及深灰色灰巖、1.3m厚深灰色灰巖。由于受到皮帶上山和車場聯絡巷施工的影響，對溜煤眼施工區域的圍巖擾動較大，圍巖的整體性遭到了破壞，因此施工時應加強片幫工作。根據東翼回風上山的探水情況，溜煤眼施工附近不存在水源，施工溜煤眼時不會出現涌水事故。

2 施工技術設計

溜煤眼的施工方法很多，概括起來主要分為2種，第一種是自下往上掘進，稱為反井法；第二種是從上往下掘進，稱為導硐室法。反井法施工中有木垛法、普通法、吊罐法、爬罐法、深孔爆破法和鉆井法。導硐室法有鉆進導硐和鉆孔導硐法［3］。

由于溜煤眼的直徑較小，深度僅有9.5m，若采用普通鉆爆法自下而上的施工方法，每循環進尺較小，施工人員很難進入溜煤眼進行清矸作業；若采用普通鉆爆法自下而上的施工方法，需要較多次的循環，而且隨著上部溜煤眼深度的增加，鉆眼施工難度較大。因此采用上、下分段深孔爆破一次成井的施工技術，由下往上逐段的進行深孔爆破成井，每次深孔爆破時，都以中心的鉆孔為中心，增加爆破時的自由面，用光面爆破技術一次全斷面爆破成型。即先用LF100潛孔鉆機在溜煤眼中心鉆探直徑為330mm圓形相連的中空眼，增加深孔爆破的自由面，然后在皮帶上山頂板對溜煤眼下半部分進行深孔爆破，最后在車場聯絡巷底板對溜煤眼上半部分進行深孔爆破，與下部溜煤眼貫通。溜煤眼貫通后，應先對溜煤眼內部的危矸進行清理，再對溜煤筒進行安裝，然后在眼壁和溜煤筒之間澆灌混凝土，使兩者連為一體，增強溜煤眼壁自身的強度，防止眼壁的破壞。

3 溜煤眼施工工藝

3.1 溜煤筒的加工

溜煤筒采用厚度為10mm鋼板加工成直徑為1m的圓筒形。根據溜煤眼的深度9.5m，設計5節溜煤筒，其中頂節溜煤筒1節，底節溜煤筒1節，中間段溜煤筒3節，每節長度為2m。每節連接部位設計4個連接構件，且連接構件要中心對稱布置。連接構件是由連接板和肋板構成，肋板與連接板均選用厚度為10mm鋼板加工，連接板為矩形狀，長為200mm，寬為150mm，同時在連接板中心兩側預留2個間距為100m螺栓孔，螺栓孔直徑為24mm。肋板為梯形狀，上底寬為50mm，下底寬為150mm，高為250mm，焊接在連接板和溜煤筒之間。每節溜煤筒采用直徑為20mm，長度為100mm螺栓連接，如圖1所示。其中頂節溜煤筒上部不需要焊接連接構件，底節溜煤筒僅焊接對稱的連接構件，用于將溜煤筒固定在鎖口梁上。同時應在每節溜煤筒的頂端焊接下4個下放鼻，并且與連接構件錯開分布，便于安裝溜煤筒。

3.2 溜煤眼導孔地鉆進

在溜煤眼施工前，由測量人員根據皮帶上山巷道的中心及1#車場聯絡巷中心給出溜煤眼施工的十字中心。為了防止潛孔鉆機和YT～28型風鉆在底板鉆進的過程中出現塌眼和卡鉆的發生，清理車場聯絡巷十字中心附近巷道底板的浮矸，同時溜煤眼開挖范圍鋪設100mm的混凝土。按照LF～100潛孔鉆機的技術要求，對潛孔鉆機進行安裝、調試、試運轉。

由于大直徑中心空孔的布置有利于巖石的爆破，對巖石裂隙的發展和破裂起到促進的作用，同時也能為排矸提供足夠的空間［4］。因此，在溜煤眼中心的位置利用潛孔鉆機由上往下鉆進直徑110mm的鉆孔與皮帶上山的頂板貫通，然后再利用潛孔鉆機由上往下將鉆孔擴大至直徑為330mm的鉆孔，將此直徑為330mm的鉆孔作為溜煤眼掘進的超前導硐。

3.3 上下分段深孔爆破

3.3.1 深孔爆破的設計原則。為了保證成型效果和較小對圍巖的破壞，溜煤眼深孔爆破按光面爆破技術設計，設計原則如下：

3.3.1.1 一般煤礦巖體情況大致可以分為2～3種，分別是軟弱巖、中硬巖和堅硬巖，軟弱巖的普氏系數f一般約為2～5，換算為巖石抗破碎強度fk為1.1～1.3；中硬巖的普氏系數f一般約為5～10，換算為巖石抗破碎強度fk為1.3～1.6；堅硬巖的普氏系數f一般大于10～15，換算為巖石抗破碎強度fk為1.6～2.0。

3.3.1.2 溜煤眼圍巖抗震壞速度標準：以爆破地震波的最大速度為標準。由于溜煤眼的地質情況主要是砂巖和石灰巖，因此溜煤眼圍巖的抗震壞速度不應大于60m/s。

3.3.1.3 有害炮煙和熾熱產物的標準應以煤礦安全規程中的要求作為安全標準。

3.3.2 爆破參數的設計。根據鑿巖爆破動力學原理，只有炮孔內部的能量大于等于深部巖體的抗破碎強度fk時，鑿巖爆破的效果才是最理想的。在溜煤眼爆破的設計時，每孔的裝藥量既要滿足爆破的要求，還要考慮爆破震動波對溜煤眼眼壁的破壞。因此應從溜煤眼的中心向掘進邊界逐漸地降低單位裝藥量、裝藥相對威力和爆破作用指數。

溜煤眼光面爆破的參數可以參考（1）、（2）、（3）。

式中：gb—炸藥的相對威力指數；d—炮孔直徑，mm；H—炮孔的深度；fk—巖體抗破碎強度。

圖1 溜煤筒加工示意圖

根據地質情況，溜煤眼的圍巖按照中硬巖進行計算，即巖體抗破碎強度取1.5。下部深孔爆破的炮眼深度按3.5m計算，上部炮眼的深度按2.5m計算。按照以上公式計算可得，下部深孔爆破的轉藥量約為30kg，取32kg；炮孔間距為428.6mm，取300mm。上部深孔爆破的裝藥量為20kg，取24kg，炮眼間距仍取300mm。由于已經使用潛孔鉆機鉆探了直徑為330mm的超前導硐，為深孔爆破提供了較大的自由面，能滿足爆破的要求，故不再設計掏槽眼。

3.3.3 上下分段深孔爆破施工。由于皮帶上山巷道中的皮帶已安裝，施工人員在皮帶架子上方搭設施工工作平臺，利用YT～28型風鉆按照炮眼布置圖（如圖2所示）在皮帶上山進行打眼，溜煤眼的掘進直徑為1.5m。根據皮帶上山巷道的容矸量，確定分段段高為3.5m，因此炮眼的深度確定為3.5m。雷管采用煤礦許用毫秒延期電雷管，炸藥采用煤礦許用三級乳化炸藥，正向裝藥，串聯引爆，光面爆破。在下部深孔爆破一次后，及時進行觀山找頂，及時進行臨時支護，確保施工人員安全，然后按照第一循環在皮帶上山進行分段第二次爆破。當下部分段深孔爆破完成后，根據剩余鉆孔量取剩余的巖柱為7.2m，因此從車場聯絡巷上部進行深孔爆破的炮眼深度為2.1m。施工人員將施工工具轉移至車場聯絡巷按照爆破布置圖進行上部深孔爆破。

在進行下部分段深孔裝藥時，將藥卷綁扎在4m長的14#鐵絲上，緩緩地送入炮孔內，用炮泥封堵，封堵的長度為1m，每個孔內4藥卷。上部裝藥時應將孔口周圍的小碎石清理干凈，防止堵眼，每孔3卷藥，炮眼的封堵長度為0.8m。

圖2 炮眼布置圖

3.4 安裝溜煤筒

3.4.1 溜煤筒的下放與組裝。在組裝溜煤筒之前，在溜煤眼的正上方巷道頂板上吊掛4個兩兩相互垂直的1t倒鏈，用以下放溜煤筒，并利用在巷道兩幫繩扣將溜煤筒臨時固定。通過下放倒鏈依次安裝溜煤筒，兩溜煤筒之間用直徑為24m、長度為100mm的螺栓固定。對接溜煤筒時，應將溜煤筒中的焊縫對接。下放溜煤筒時4個倒鏈應同時緩慢下放，下放速度一致，防止溜煤筒在溜煤眼中間晃動。5節溜煤筒都按照同樣的方法下放，直至達到設計位置。最后，依據溜煤眼的十字中心線將溜煤筒找正,并保證溜煤筒垂直，之后進行臨時固定，防止位置偏移。

3.4.2 溜煤筒的固定。在皮帶上山頂板溜煤眼的設計位置上，用樹脂錨桿將鎖口梁固定好，錨桿采用直徑為20mm、長度為2m的高強樹脂錨桿，鎖口梁采用長度為2.4m長的11#工字鋼，同時在工字鋼兩翼的設計位置上鉆孔，用于固定溜煤筒。待溜煤筒到鎖口梁上時，將溜煤筒用螺栓固定在鎖扣梁上，將溜煤筒的位置按照設計位置擺設好，然后在溜煤筒和鎖口梁的上方鋪設鋼笆網和木板，用噴射混凝土將溜煤筒下方封閉嚴實，噴射混凝土的厚度為400mm，防止澆筑混凝土下漏。

3.5 澆筑混凝土

待下部鎖口位置的噴射混凝土凝固達到一定強度后，在溜煤眼的上口將混凝土攪拌均勻，然后將混凝土充填在溜煤筒和溜煤眼眼壁間，混凝土的支護厚度為250mm。混凝土的配合比為：水泥：沙：石子=1:2:2，水灰比為0.5。水泥采用用Po42.5級普通硅酸鹽水泥，砼強度不低于C30，石子用碎石，粒徑10～15mm；砂子使用中粗砂，含水量達4%～6%。

4 結論

4.1采用上下分段深孔爆破取得了較好的效果，下部2次深孔爆破進尺分別為3.6m、3.5m，炮眼的利用率較高：同時采用上下分段深孔爆可以將矸石直接堆落到皮帶上山，節省了大量人工出矸時間，提高了施工速度，降低了施工的人工成本。

4.2通過在1#車場聯絡巷溜煤眼的施工證明：上下分段深孔爆破一次成井施工技術是可行的，適用于直徑1～3m，深度小于15m的各種小直徑暗立井和溜煤眼。

4.3采用溜煤筒和澆筑混凝土加固技術，可以增強溜煤眼的使用年限，同時也可以很好地防止因溜煤眼眼壁的破裂或較大煤塊而造成堵眼，同時也可以防止周圍巷道的破壞變形，保障了礦井的安全生產。

4.4此種加固溜煤眼的技術，使用材料較為普通，施工工藝簡單，溜煤眼的施工材料成本較低，同時，人員不需要進入溜煤眼內施工，改善了施工人員的施工環境，保障了施工人員的安全。

4.5此外，此種加固技術對于巖石較為破碎、地質條件較為復雜的溜煤眼支護同樣較為適應。

［1］徐振國，楊志堅.井底煤倉機械化施工技術［J］.煤炭科學技術，2002（9）：11-13.

［2］張輝，王多春.溜煤眼加固支護技術實踐［J］.煤炭技術，2007（6）：56-57.

［3］段寶富.工程爆破［M］.北京：北京大學出版社，2012.

［4］王青泉，焦宏興.溜煤眼深孔爆破一次成井施工技術［J］.礦業安全與環保，2003（30）：198-200.