小直径直立溜煤眼施工技术应用

马旭克

（中国平煤神马集团平煤八矿，河南 平顶山467000）

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随着煤矿机械化水平的提高，对于直立溜煤眼的施工一般采用反井掘进，反井掘进可以采用吊罐法、钻井法、普通法和深孔爆破法［1］。但对于小直径溜煤眼而言，由于溜煤眼直径较小、车场联络巷断面小，吊罐法和钻井法并不适应。基于此，车场联络巷中的溜煤眼采用上、下分段深孔爆破一次成井技术，实现了安全、快速施工。采区溜煤眼承担着整个采区的煤炭运输任务，在采煤的过程中，往往会产生较大的煤块和矸石，溜煤眼使用一段时间后，会产生溜煤眼井壁破裂和堵眼的现象，严重影响着采区的出煤量。针对此种情况，采用溜煤筒和浇筑混凝土的加固方法，取得了较好地使用效果［2］。

1 溜煤眼概况

平煤八矿二号井己五采区1#中部车场联络巷溜煤眼位于1#中部车场联络巷和皮带上山的交点位置，上口位于车场联络巷底板，下口位于皮带上山巷道顶板，溜煤眼深度为9.5m，圆形断面，设计直径为1m。根据皮带上山和车场已掘巷道地质情况表明，溜煤眼从上而下的地质情况为：2.2m厚灰岩、1.4m厚细砂岩、2.6m厚灰及深灰色灰岩、1.3m厚深灰色灰岩。由于受到皮带上山和车场联络巷施工的影响，对溜煤眼施工区域的围岩扰动较大，围岩的整体性遭到了破坏，因此施工时应加强片帮工作。根据东翼回风上山的探水情况，溜煤眼施工附近不存在水源，施工溜煤眼时不会出现涌水事故。

2 施工技术设计

溜煤眼的施工方法很多，概括起来主要分为2种，第一种是自下往上掘进，称为反井法；第二种是从上往下掘进，称为导硐室法。反井法施工中有木垛法、普通法、吊罐法、爬罐法、深孔爆破法和钻井法。导硐室法有钻进导硐和钻孔导硐法［3］。

由于溜煤眼的直径较小，深度仅有9.5m，若采用普通钻爆法自下而上的施工方法，每循环进尺较小，施工人员很难进入溜煤眼进行清矸作业；若采用普通钻爆法自下而上的施工方法，需要较多次的循环，而且随着上部溜煤眼深度的增加，钻眼施工难度较大。因此采用上、下分段深孔爆破一次成井的施工技术，由下往上逐段的进行深孔爆破成井，每次深孔爆破时，都以中心的钻孔为中心，增加爆破时的自由面，用光面爆破技术一次全断面爆破成型。即先用LF100潜孔钻机在溜煤眼中心钻探直径为330mm圆形相连的中空眼，增加深孔爆破的自由面，然后在皮带上山顶板对溜煤眼下半部分进行深孔爆破，最后在车场联络巷底板对溜煤眼上半部分进行深孔爆破，与下部溜煤眼贯通。溜煤眼贯通后，应先对溜煤眼内部的危矸进行清理，再对溜煤筒进行安装，然后在眼壁和溜煤筒之间浇灌混凝土，使两者连为一体，增强溜煤眼壁自身的强度，防止眼壁的破坏。

3 溜煤眼施工工艺

3.1 溜煤筒的加工

溜煤筒采用厚度为10mm钢板加工成直径为1m的圆筒形。根据溜煤眼的深度9.5m，设计5节溜煤筒，其中顶节溜煤筒1节，底节溜煤筒1节，中间段溜煤筒3节，每节长度为2m。每节连接部位设计4个连接构件，且连接构件要中心对称布置。连接构件是由连接板和肋板构成，肋板与连接板均选用厚度为10mm钢板加工，连接板为矩形状，长为200mm，宽为150mm，同时在连接板中心两侧预留2个间距为100m螺栓孔，螺栓孔直径为24mm。肋板为梯形状，上底宽为50mm，下底宽为150mm，高为250mm，焊接在连接板和溜煤筒之间。每节溜煤筒采用直径为20mm，长度为100mm螺栓连接，如图1所示。其中顶节溜煤筒上部不需要焊接连接构件，底节溜煤筒仅焊接对称的连接构件，用于将溜煤筒固定在锁口梁上。同时应在每节溜煤筒的顶端焊接下4个下放鼻，并且与连接构件错开分布，便于安装溜煤筒。

3.2 溜煤眼导孔地钻进

在溜煤眼施工前，由测量人员根据皮带上山巷道的中心及1#车场联络巷中心给出溜煤眼施工的十字中心。为了防止潜孔钻机和YT～28型风钻在底板钻进的过程中出现塌眼和卡钻的发生，清理车场联络巷十字中心附近巷道底板的浮矸，同时溜煤眼开挖范围铺设100mm的混凝土。按照LF～100潜孔钻机的技术要求，对潜孔钻机进行安装、调试、试运转。

由于大直径中心空孔的布置有利于岩石的爆破，对岩石裂隙的发展和破裂起到促进的作用，同时也能为排矸提供足够的空间［4］。因此，在溜煤眼中心的位置利用潜孔钻机由上往下钻进直径110mm的钻孔与皮带上山的顶板贯通，然后再利用潜孔钻机由上往下将钻孔扩大至直径为330mm的钻孔，将此直径为330mm的钻孔作为溜煤眼掘进的超前导硐。

3.3 上下分段深孔爆破

3.3.1 深孔爆破的设计原则。为了保证成型效果和较小对围岩的破坏，溜煤眼深孔爆破按光面爆破技术设计，设计原则如下：

3.3.1.1 一般煤矿岩体情况大致可以分为2～3种，分别是软弱岩、中硬岩和坚硬岩，软弱岩的普氏系数f一般约为2～5，换算为岩石抗破碎强度fk为1.1～1.3；中硬岩的普氏系数f一般约为5～10，换算为岩石抗破碎强度fk为1.3～1.6；坚硬岩的普氏系数f一般大于10～15，换算为岩石抗破碎强度fk为1.6～2.0。

3.3.1.2 溜煤眼围岩抗震坏速度标准：以爆破地震波的最大速度为标准。由于溜煤眼的地质情况主要是砂岩和石灰岩，因此溜煤眼围岩的抗震坏速度不应大于60m/s。

3.3.1.3 有害炮烟和炽热产物的标准应以煤矿安全规程中的要求作为安全标准。

3.3.2 爆破参数的设计。根据凿岩爆破动力学原理，只有炮孔内部的能量大于等于深部岩体的抗破碎强度fk时，凿岩爆破的效果才是最理想的。在溜煤眼爆破的设计时，每孔的装药量既要满足爆破的要求，还要考虑爆破震动波对溜煤眼眼壁的破坏。因此应从溜煤眼的中心向掘进边界逐渐地降低单位装药量、装药相对威力和爆破作用指数。

溜煤眼光面爆破的参数可以参考（1）、（2）、（3）。

式中：gb—炸药的相对威力指数；d—炮孔直径，mm；H—炮孔的深度；fk—岩体抗破碎强度。

图1 溜煤筒加工示意图

根据地质情况，溜煤眼的围岩按照中硬岩进行计算，即岩体抗破碎强度取1.5。下部深孔爆破的炮眼深度按3.5m计算，上部炮眼的深度按2.5m计算。按照以上公式计算可得，下部深孔爆破的转药量约为30kg，取32kg；炮孔间距为428.6mm，取300mm。上部深孔爆破的装药量为20kg，取24kg，炮眼间距仍取300mm。由于已经使用潜孔钻机钻探了直径为330mm的超前导硐，为深孔爆破提供了较大的自由面，能满足爆破的要求，故不再设计掏槽眼。

3.3.3 上下分段深孔爆破施工。由于皮带上山巷道中的皮带已安装，施工人员在皮带架子上方搭设施工工作平台，利用YT～28型风钻按照炮眼布置图（如图2所示）在皮带上山进行打眼，溜煤眼的掘进直径为1.5m。根据皮带上山巷道的容矸量，确定分段段高为3.5m，因此炮眼的深度确定为3.5m。雷管采用煤矿许用毫秒延期电雷管，炸药采用煤矿许用三级乳化炸药，正向装药，串联引爆，光面爆破。在下部深孔爆破一次后，及时进行观山找顶，及时进行临时支护，确保施工人员安全，然后按照第一循环在皮带上山进行分段第二次爆破。当下部分段深孔爆破完成后，根据剩余钻孔量取剩余的岩柱为7.2m，因此从车场联络巷上部进行深孔爆破的炮眼深度为2.1m。施工人员将施工工具转移至车场联络巷按照爆破布置图进行上部深孔爆破。

在进行下部分段深孔装药时，将药卷绑扎在4m长的14#铁丝上，缓缓地送入炮孔内，用炮泥封堵，封堵的长度为1m，每个孔内4药卷。上部装药时应将孔口周围的小碎石清理干净，防止堵眼，每孔3卷药，炮眼的封堵长度为0.8m。

图2 炮眼布置图

3.4 安装溜煤筒

3.4.1 溜煤筒的下放与组装。在组装溜煤筒之前，在溜煤眼的正上方巷道顶板上吊挂4个两两相互垂直的1t倒链，用以下放溜煤筒，并利用在巷道两帮绳扣将溜煤筒临时固定。通过下放倒链依次安装溜煤筒，两溜煤筒之间用直径为24m、长度为100mm的螺栓固定。对接溜煤筒时，应将溜煤筒中的焊缝对接。下放溜煤筒时4个倒链应同时缓慢下放，下放速度一致，防止溜煤筒在溜煤眼中间晃动。5节溜煤筒都按照同样的方法下放，直至达到设计位置。最后，依据溜煤眼的十字中心线将溜煤筒找正,并保证溜煤筒垂直，之后进行临时固定，防止位置偏移。

3.4.2 溜煤筒的固定。在皮带上山顶板溜煤眼的设计位置上，用树脂锚杆将锁口梁固定好，锚杆采用直径为20mm、长度为2m的高强树脂锚杆，锁口梁采用长度为2.4m长的11#工字钢，同时在工字钢两翼的设计位置上钻孔，用于固定溜煤筒。待溜煤筒到锁口梁上时，将溜煤筒用螺栓固定在锁扣梁上，将溜煤筒的位置按照设计位置摆设好，然后在溜煤筒和锁口梁的上方铺设钢笆网和木板，用喷射混凝土将溜煤筒下方封闭严实，喷射混凝土的厚度为400mm，防止浇筑混凝土下漏。

3.5 浇筑混凝土

待下部锁口位置的喷射混凝土凝固达到一定强度后，在溜煤眼的上口将混凝土搅拌均匀，然后将混凝土充填在溜煤筒和溜煤眼眼壁间，混凝土的支护厚度为250mm。混凝土的配合比为：水泥：沙：石子=1:2:2，水灰比为0.5。水泥采用用Po42.5级普通硅酸盐水泥，砼强度不低于C30，石子用碎石，粒径10～15mm；砂子使用中粗砂，含水量达4%～6%。

4 结论

4.1采用上下分段深孔爆破取得了较好的效果，下部2次深孔爆破进尺分别为3.6m、3.5m，炮眼的利用率较高：同时采用上下分段深孔爆可以将矸石直接堆落到皮带上山，节省了大量人工出矸时间，提高了施工速度，降低了施工的人工成本。

4.2通过在1#车场联络巷溜煤眼的施工证明：上下分段深孔爆破一次成井施工技术是可行的，适用于直径1～3m，深度小于15m的各种小直径暗立井和溜煤眼。

4.3采用溜煤筒和浇筑混凝土加固技术，可以增强溜煤眼的使用年限，同时也可以很好地防止因溜煤眼眼壁的破裂或较大煤块而造成堵眼，同时也可以防止周围巷道的破坏变形，保障了矿井的安全生产。

4.4此种加固溜煤眼的技术，使用材料较为普通，施工工艺简单，溜煤眼的施工材料成本较低，同时，人员不需要进入溜煤眼内施工，改善了施工人员的施工环境，保障了施工人员的安全。

4.5此外，此种加固技术对于岩石较为破碎、地质条件较为复杂的溜煤眼支护同样较为适应。

［1］徐振国，杨志坚.井底煤仓机械化施工技术［J］.煤炭科学技术，2002（9）：11-13.

［2］张辉，王多春.溜煤眼加固支护技术实践［J］.煤炭技术，2007（6）：56-57.

［3］段宝富.工程爆破［M］.北京：北京大学出版社，2012.

［4］王青泉，焦宏兴.溜煤眼深孔爆破一次成井施工技术［J］.矿业安全与环保，2003（30）：198-200.