煤礦井下大斷面硐室施工方法探討

裴 世 紅

(1.太原理工大學，山西 太原 030024； 2.太原煤氣化公司，山西 太原 030000)

?

煤礦井下大斷面硐室施工方法探討

裴 世 紅1,2

(1.太原理工大學，山西 太原 030024； 2.太原煤氣化公司，山西 太原 030000)

針對煤礦井下大斷面硐室施工中存在掘進難度大、施工效率低、勞動強度大等問題，提出了上下臺階施工方案，并闡述了具體的施工流程及技術措施，經實踐證明，該施工技術取得了良好的經濟效益，應用前景廣闊。

煤礦，硐室，施工方法，經濟效益

0 引言

煤礦井下大斷面硐室的施工方法和支護技術一直是礦井開拓掘進的難點，制約礦井高產高效，特別是在松軟破碎煤巖層中施工的大斷面硐室施工，更面臨著很多困難，尤其是支護問題，要求支護強度高，混凝土砌暄用殖胎跨度大,需要克服破胎易變形、殖胎不易移動等技術難題。

目前厚煤層礦井工作面回采不是采用放頂煤綜采工藝就是一次采全高綜采工藝，都要求開拓掘進巷道斷面大，便于設備運輸、安裝和減小通風助力。傳統大斷面硐室施工采用分層施工法，一般將開拓掘進工作面斷面從上而下分成3個分層進行分層施工，采用打眼放炮工藝，用人工或耙巖機出矸，這種施工方法不僅勞動效率低而且安全沒有保障，礦井萬噸掘進率低、生產成本大。實現高產高效，需要一種投入少、效率高、安全保障性大的施工方法。

1 國內外同類技術現狀

目前，國內外對大斷面硐室施工方法一般有全斷面施工法、導硐施工法和分層施工法三種。

全斷面施工法是按硐室的開拓掘進斷面采用綜掘機一次性掘進及安裝錨桿的工作臺的掘進方法，將掘進、支護、出渣等施工工序并行連續作業。這種方法適用于穩定和基本穩定的圍巖情況下的硐室和巷道。全斷面施工法施工大斷面硐室效率高，但初期投資特別大，施工時每個循環工作量大，并且由于開挖面較大而使圍巖穩定性降低。

導硐施工法是在松軟破碎的巖層施工斷面較大的硐室施工，采用先掘進1條～2條小斷面巷道(稱為導硐)，然后再進行開幫、挑頂或臥底，最后將小斷面巷道擴大到硐室設計斷面再進行永久支護。導硐施工法施工大斷面硐室效率低，安全保障程度低。

分層工作面(或稱臺階工作面)施工法就是將開拓掘進工作面斷面分成2個～3個分層(每個分層的高度一般為1.8 m～2.5 m)，上分層(或下分層)工作面始終超前于下分層(或上分層)工作面一定距離，以形成分層工作面或稱臺階工作面同時施工，采用放炮掘進工藝，這樣施工安全性差，而且施工時打眼間距和深度不夠合理，加之工藝復雜、排矸困難，掘進效率相當低下，施工20 m硐室起碼需要1個多月才能完成。

2 施工工藝和方法

在煤層中施工大斷面硐室時，采用錨網噴+鋼筋托梁+錨索+雙層配筋混凝土砌坡聯合支護方式,利用樹杈形碹胎與滑軌移碹聯合施工法,在滑軌上移植等方法,就能確保礦井建設工程快速、安全、優質施工。

根據我公司所屬龍泉煤礦的實際，為了解決大部分煤礦大斷面硐室炮掘施工方法效率低下的問題，借鑒國內外礦井大斷面硐室的施工方法和支護技術，經研究試驗并摸索出一種煤礦大斷面硐室施工工藝和方法。

2.1 施工工藝

施工工藝為：將開拓掘進巷道斷面由上而下分為上、下兩個分層，打眼放炮掘進上分層，使用綜掘機掘進下分層，矸石或煤利用刮板輸送機運出工作面，放炮后產生的大塊矸石可由綜掘機進行破碎。硐室施工順序圖見圖1。

2.2 施工方法

采用如下施工方法進行煤礦井下大斷面硐室施工：

1)巷道開口后即向煤層頂板方向爬坡掘進，采用矩形小斷面放炮掘進上坡巷道，先不進行擴幫，采用錨桿+錨索+網片方式進行支護，頂板使用φ20×2 400 mm錨桿，巷道兩幫用玻璃鋼錨桿配合打眼木托板作為臨時支護，支護緊隨掘進，放一茬炮即跟進支護，錨索排距為1 600 mm×2 000 mm(φ17.8×6 300 mm)，采用三花眼布置。

2)上坡掘進到硐室設計高度后，進行硐室拱基線以上巷道斷面施工，施工采用分斷面分次放炮進行掘進，先掘進拱基以上右半部分并支護，再掘進拱基以上左半邊部分并支護，放炮前將風筒放置在不放炮的一側，按照作用規程爆破圖表爆破后，作業時在煤矸上搭設穩固的工作平臺進行臨時和永久支護作業，打設錨桿+噴漿支護，錨桿間排距為1 000 mm×1 000 mm。

3)巷道按每循環進度交替施工超前3 m～5 m后停止上部掘進。施工硐室下部，掘進機先掘出巷道左幫一排，再掘出右幫一排，然后進行永久支護。采用綜掘機掘進至滯后上分層3 m～5 m后再用放炮掘進硐室上部，以此類推循環推進，直至整個硐室全部掘進完畢。

掘進機進刀方式示意圖見圖2，正臺階法施工上分層炮掘下分層綜掘示意圖見圖3。

3 經濟效益

龍泉煤礦基建時計劃購買全斷面掘進機，由于龍泉礦井地質工程條件特殊，4號煤層比較松軟，如開挖面較大將使巷道圍巖穩定性差而難以支護，使用全斷面掘進機不僅初期投資特別大而且礦井還不適用。

經研究試驗，龍泉煤礦采用了分層工作面(或稱臺階工作面)施工法，將傳統的三分層施工變為兩分層施工，實現了打眼放炮掘進和綜掘機掘進聯合施工作業，打眼放炮掘進作業超前綜掘機掘進作業3 m～5 m，避免了因上分層和下分層錯差過大造成矸石用人工出矸勞動強度大的問題。下分層用綜掘機掘進節省了打眼、放炮等工序，放炮后產生的大塊矸石由綜掘機進行破碎，可以將上分層產生的矸石和下分層產生的煤通過刮板輸送機傳送出去，大大提高了工作效率。

龍泉煤礦采用兩分層施工大斷面硐室的方法后，加快了施工進度，提高了掘進效率；分層掘進可使巷道頂板減少礦山壓力，使工作面提前進入穩定區，實現超前支護，便于永久支護；分層掘進可實現矸、煤分裝分運，提高了煤質，增加了效益；上分層實行放炮掘進后，下分層煤巖層頂板壓力釋放可降低煤巖層硬度系數，從而大大提高了綜掘機的效能，并可降低綜掘機截齒的損耗。總之，龍泉煤礦采用兩分層施工大斷面硐室的方法后每米巷道的成本降低了20%左右。

4 推廣前景

實行上下臺階施工即打眼放炮掘進巷道斷面的上分層、采用綜掘機掘進巷道斷面的下分層的大斷面硐室施工方法，不僅適用煤礦井下大斷面硐室的施工，還適用交通隧道工程的施工，針對上分層為矸石、下分層為煤層等軟巖層的大斷面硐室施工該方法更顯其優越。

[1] 路興義,李天佑.煤倉砌碹支護專用碹胎的設計與應用[J].中國西部科技,2008(20)：107-108.

[2] 路興義,李天佑.煤礦井下大斷面硐室施工法[J].中國西部科技,2008(29)：210-212.

[3] 溫路軍.大斷面硐室的支護設計優化應用[J].煤,2013(1)：23-25.

[4] 李炳其,劉傳波,廖萬生,等.大斷面硐室支護技術改進及施工[J].煤礦支護，2003(1)：88-89.

[5] 夏 雷.導硐臺階聯合法在大斷面硐室施工中應用探討[J].江蘇煤炭,2004(2)：19-21.

[6] 楊榮基.淺析煤礦井下大斷面硐室施工方法[J].中國科技縱橫,2014(13)：128.

Discussion on the construction method of large section chamber underground coal mine

Pei Shihong1,2

(1.Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China; 2.Taiyuan Coal Gasification Limited Company, Taiyuan 030000, China)

According to existing excavation difficult, low construction efficiency, high labor intensity and other problems in large section chamber underground coal mine, put forward the ascending and descending the stairs construction scheme, and elaborated specific construction process and technical measures, proved though the practice, the construction technology achieved good economic benefits, had wide application prospect.

coal mine, chamber, construction method, economic benefit

1009-6825(2016)30-0107-02

2016-08-15

裴世紅(1966- )，男，在讀工程碩士，教授級高級工程師

TD264.3

A