岳城煤礦回風立井施工方案的優化研究

穆恩弘

（晉城無煙煤礦業集團金成礦山建筑工程有限責任公司，山西 晉城 048000）

岳城煤礦回風立井延深段掘進工作面，地面位于岳城礦工業廣場以南，地面標高812～848 m，開口位置位于東翼回風大巷內回風立井正下方，回風立井延深段設計總長為51.888 m，中心線沿傾角90°向下進行施工?；仫L立井延深段為圓形斷面，斷面毛直徑為7.2 m，凈直徑為7.0 m，毛斷面積40.69 m2，凈斷面積38.47 m2。根據實際地質測量，在進行施工的過程中需要穿過的煤巖層依次為K7砂巖、K6 石灰巖、5#煤層、K5 石灰巖、7#煤層、細粒砂巖、8-1#煤層、8-2#煤層、細粒砂巖，地質結構相對復雜。在施工時采用現有的一次打眼同時爆破和錨桿永久支護的方案，極易導致巷道低結構強度區域在爆破中產生整體坍塌，不僅導致需要額外清理塌陷區域，而且還存在著極大的安全隱患，同時極大地增加了支護作業的工作量，無法滿足岳城煤礦回風立井的施工周期需求。

結合岳城礦回風立井施工區域的實際地質情況，提出了分次裝藥分次爆破成巷[1]及錨網聯合支護方案。通過區分不同區域的實際地質穩定狀態，合理設置爆破孔及裝藥量，在確保爆破效率的情況下提升了爆破安全性，而且采用錨網聯合支護方案，降低了支護作業工作量，提升了支護效率。根據實際應用表明，該方案能夠將施工效率提升24.2%以上，一次爆破成功率提升7.6%，將支護周期降低31.1%，施工安全性得到極大優化。

1 分次裝藥分次爆破

打眼采用全斷面一次打眼，打眼設備為YT-28型風動鑿巖機[2]，以工作面壓風管路為鉆機的動力源。為了保證鉆進過程中的連續性，每班需要配備至少3 臺鉆機，兩用一備，避免出現異常。鉆進時采用了中空巖鉆桿，鉆頭直徑統一為43 mm，鉆桿的長度可根據煤礦井下的地質情況選擇。在地質條件堅硬的地方選擇長度為2.2 m 的長鉆桿，在地質條件松軟的地方選擇長度為1.5 m 的短鉆桿，滿足不同地質條件下的鉆進安全性需求。

在循環進度為1.2 m 的情況下，第一次爆破設計炮眼96 個。其中，輔助眼72 個，眼距為500 mm，眼深1.5 m，角度90°，每眼裝藥量設計為3 卷；周邊眼24 個，眼距500 mm，眼深1.5 m，角度82°，每眼裝藥量設計為3 卷。第一次爆破設計最大裝藥量為57.6 kg。

第二次爆破設計炮眼69 個，其中輔助眼50 個，眼距500 mm，眼深1.5 m，角度90°，每眼裝藥量設計為3 卷；周邊眼19 個，眼距500 mm，眼深1.5 m，角度82°，每眼裝藥量設計為3 卷。第二次爆破設計最大裝藥量為41.4 kg。

循環進度1.2 m 情況下回風立井延深段炮眼布置及爆破聯線結構如圖1。

圖1 炮眼布置及爆破聯線結構示意圖

爆破時采用分次裝藥分次爆破成巷的方法。第一次爆破時，將第二次爆破炮眼用炮棍、鍬把等堵住，再用廢舊皮帶進行覆蓋保護。第一次爆破完成后，將皮帶上的矸石清理干凈，移除皮帶，再進行吹眼裝藥爆破作業。炸藥采用三級煤礦許用乳化炸藥，其規格為：Ф35 mm×180 mm，重200 g/卷，全串聯連線方式。雷管采用8#三米腳線的毫秒延期電雷管，正向爆破，爆破采用FD200D（B）型發爆器。

該爆破方案的優點在于能夠根據井下不同的地質情況進行合理的爆破孔的設置，避免了一次打眼同時爆破時出現的塌方，靈活性高，而且一次爆破合格率達到了97%以上。

2 錨網聯合支護

回風立井段由于需穿過9 層不同結構的地層，不同區域對支護需求差異性較大，傳統的依靠錨桿支護的方案穩定性好但支護強度過剩[3]，而且支護效率低，支護成本高，因此在對多種支護方案進行對比后，選擇了錨網聯合支護方案[4]。

錨桿采用MSGLW-400-22/2200 mm 高強度螺紋鋼錨桿，托盤采用配套15 mm×150 mm×10 mm 拱形高強度托盤。錨桿布置方式為矩形布置，每排布置29 根錨桿，間距為800 mm，排距為900 mm。錨桿安設角度為垂直于巷道輪廓線安設。錨桿錨固方式為樹脂加長錨固，錨固長度不小于1208 mm，采用一支規格為MSK2335（先放）和一支規格為MSZ2360（后放）的樹脂錨固劑，錨桿錨固力不小于120 kN，預緊力矩不小于350 N·m（煤層中不小于250 N·m），錨桿螺母以外外露長度不大于50 mm，不小于10 mm。

網片采用JW10/50×50-1.2×10 型的經緯網，10#鉛絲編織而成，網孔規格為50 mm×50 mm，網片采用搭接形式，搭接長度為100 mm，并用16#雙股聯網絲每隔100 mm 一道聯緊，并且扭結圈數不少于2 圈。

在施工過程中，首先采用敲幫問頂的方案對支護區域進行安全檢查，然后利用中空麻花鉆進行支護錨桿孔的打孔作業，對鉆孔結構進行測量，滿足要求后逐次放入MSK2335 錨固劑和MSZ2360 錨固劑，然后在孔內設置錨桿，利用錨桿將錨固劑推入到錨桿孔的底部，同時對錨固劑進行攪拌處理，然后再進行錨桿布設和錨網連接。該方案不僅具有錨桿支護的結構穩定性，而且適當地簡化了支護結構，顯著提升了支護效率和穩定性。錨網支護的整體結構如圖2。

圖2 錨網支護整體結構示意圖

3 回風立井施工方案應用情況

該方案在岳城煤礦投入應用以來表現出了極高的應用靈活性和穩定性。井下分次裝藥分次爆破成巷的方法確保一次爆破合格率達到了97%以上，比傳統爆破方案提升了7.6%，而且在爆破過程中的安全性高，未出現過爆破導致的塌方事故。錨網聯合支護的方案，支護結構優化，支護周期從最初的37 h，降低到了目前的25.5 h，將支護周期降低了31.1%。整個回風立井的施工效率比優化前提升了4.2%以上，頂板的支護穩定性得到了較大的提升。優化前后頂板的變形量如圖3。

圖3 優化前后頂板變形量變化示意圖

由圖3 可知，優化后頂板的最大變形量在第10 d 后達到最大，約為45 mm；優化前的最大變形量在第25 d 時達到最大，約為240 mm。優化后的變形量比優化前降低了81.25%，達到穩定后的天數縮短了60%，支護安全性和穩定性均得到了巨大的提升。

4 結論

針對回風立井施工區域地質條件復雜、施工效率低，井筒易出現塌陷的異常，從爆破方案及井筒支護結構優化入手，提出了分次裝藥分次爆破成巷及錨網聯合支護方案，一次爆破合格率達到了97%以上，顯著提升了支護效率和穩定性，施工效率提升24.2%以上，一次爆破成功率提升7.6%，將支護周期降低31.1%，施工安全性得到極大優化。