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)

·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#層二盤區輔助回風巷原設計中部回風系統巷拐點多，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、8個盤區，地質儲量50.7億t，工業儲量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#層二盤區輔助回風巷原設計中部回風系統巷為長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。

二盤區回風聯絡暗立井工程，是由暗立井取代穿層斜巷，暗立井上口位于二盤區3～5#2218順槽回風繞道，距二盤區回風巷10.5 m處。下口布置于二盤區輔助回風巷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生變化。

距貫通5 m時，在二盤區輔助回風巷聯巷內(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

暗立井擴刷工作面采取一次性裝藥、一次性聯線起爆的方法，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)采用大串聯的方式聯線起爆，該方式需要電流小，具有只要1發雷管不響，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 二盤區回風聯絡暗立井放炮炮眼平面布置圖

3.3 出矸與提升系統

暗立井排矸方式仍沿用下部二盤區輔助回風巷出煤系統，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輔助回風巷，由裝載機上二盤區輔助回風巷皮帶，具體出矸線路為：人工鏟入鉆孔溜到鉆孔下方→裝載機→二盤區輔助回風巷SSJ-80皮帶→二盤區輔助回風巷運煤系統巷SSJ-80皮帶→二盤區皮帶巷ST-1.6 m皮帶→一盤區皮帶巷皮帶→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，不利于現場作業人員作業，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，再經過二盤區輔助回風巷回風繞道進入二盤區回風立井。

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) 二輔回運煤系統巷風機處，如發現鉆孔堵塞時，必須通知通風區，經同意后，立即打開運煤系統巷風門、拆下風門調節板，風機開啟一級風，為二輔回供風，待鉆孔疏通，風流穩定后，再關閉風門，安裝風門調節板，關閉風機。3) 如發現鉆孔堵塞，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，該優化節省掘巷費用約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。

TD823.1

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2017-06-15

黃燕波(1985—)，男，湖北人，2016年畢業于中國礦業大學，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