千万吨矿井回风暗立井施工新工艺研究

黄燕波

(同煤大唐塔山煤矿有限公司，山西 大同 037003)

·技术经验·

千万吨矿井回风暗立井施工新工艺研究

黄燕波

(同煤大唐塔山煤矿有限公司，山西 大同 037003)

为解决塔山矿3～5#层二盘区辅助回风巷原设计中部回风系统巷拐点多，巷道断面相对较小，施工困难，工期长等问题，提出了在2218回风绕道处施工暗立井，使用反井钻机导硐施工法施工，采用回风暗立井替代回风暗斜井，缩短了施工距离和工期，节约了材料，降低了劳动强度，经济效益显著。

千万吨矿井；回风暗立井；反井钻机导硐施工法

1 矿井概况

同煤大唐塔山煤矿有限公司是大同煤矿集团公司为开发大同煤田石炭二叠系煤层而新建的一座特大型的现代化矿井。矿井于2003年开工建设，2006年试生产，2008年通过国家整体验收，2009年达产。井田划分为4个分区、8个盘区，地质储量50.7亿t，工业储量47.6亿t，可采储量30.7亿t，按设计能力1 500万t/年计算，矿井服务年限为140年。井田走向长度24.3 km，倾向宽度11.7 km，面积170.9 km2. 可采煤层5层，分别是山4#、2#、3#、5#、8#层。前期开采的一、二盘区中，4#、2#遭受煌斑岩破坏无开采价值，仅开采3～5#合并层和8#煤层；后期开采的盘区中，自上而下分别开采山4#、2#、3#、5#、8#煤层。矿井采用平硐、立井混合开拓，盘区布置皮带巷、辅助运输巷和回风巷3条大巷，工作面为皮带运输巷、回风巷、顶板高抽巷3巷布置，采用单一走向长壁后退式综合机械化低位放顶煤工艺进行回采。

2 千万吨矿井回风暗立井施工原因及贯通前准备

2.1 回风暗立井施工原因

塔山矿3-5#层二盘区辅助回风巷原设计中部回风系统巷为长302 m，+12°上坡穿层斜巷，拐点多，巷道断面相对较小，施工困难，工期长。后改为在2218回风绕道处施工暗立井的设计，使用反井钻机导硐施工法施工，采用回风暗立井替代回风暗斜井，缩短了施工距离，节约了材料，降低了劳动强度，并缩短了施工工期，经济效益显著。

二盘区回风联络暗立井工程，是由暗立井取代穿层斜巷，暗立井上口位于二盘区3～5#2218顺槽回风绕道，距二盘区回风巷10.5 m处。下口布置于二盘区辅助回风巷1 230 m处，暗立井全长41 m，施工时先采用ZFYD-1200低矮型反井钻机施工1.2 m钻孔，然后由上而下进行扩刷，扩刷采用光面爆破的方式完成施工。

2.2 立眼贯通前准备

在距贯通点5 m时，设专人对暗立井于二辅回联巷贯通点的顶板进行观察，防止二辅回顶板因暗立井爆破而发生变化。

距贯通5 m时，在二盘区辅助回风巷联巷内(贯通点下口处)支设4个“井”字形木垛，木垛间距1.5 m. 装载机装岩出矸时要保护木垛，并检查木垛是否牢固，观察立眼下部顶板情况。

贯通前对暗立井下口二辅回内机组、电缆进行保护，并将瓦斯探头撤出50 m，防止损坏瓦斯探头。

3 施工方法及新工艺

3.1 施工方法

扩刷前3 m，采取软梯上下人员、人工绳索运送、光面爆破、人工铲渣、钻孔溜渣、装载机装渣、皮带运渣、锚喷支护的施工方法。暗立井3 m以下扩刷，采取吊桶运送、光面爆破、人工铲渣、钻孔溜渣、装载机装渣、皮带运渣、锚喷支护的施工方法。

暗立井开口前3 m，由于每次放炮对周围围岩的稳定性破坏严重，成型差，所以，采取对暗立井上口3 m范围进行砌碹的措施，加工半径为2.7 m的碹箍，利用脚手架管分层搭设，用铅丝捆绑牢固，盒板上油后进行砼充填，能够有效地保证暗立井上口的成型。

3.2 爆破作业

暗立井扩刷工作面采取一次性装药、一次性联线起爆的方法，爆破采用1～5段毫秒延期电雷管，煤矿许用三级乳化炸药，炮眼装药结构采用正向偶合连续装药结构，装药量为64.8 kg，每孔装药量为2卷(即0.6 kg)，装药时，各药卷间彼此密接，但不得冲撞和捣实；每个炮眼内至少装1个水泡泥，黄土炮泥长度不小于600 mm. 前期(暗立井施工前22 m)连线方式采取串并联法，经常出现雷管拒爆现象，后经过现场研究决定，暗立井后期(其余19 m)采用大串联的方式联线起爆，该方式需要电流小，具有只要1发雷管不响，其余雷管都不会引爆的特性，有效地减少了雷管拒爆的现象出现，提高了施工速度，达到最佳起爆效果。

每次打108个放炮孔(孔深1.4～1.5 m，第一圈施工14个起爆孔，第二圈施工22个起爆孔，第三圈施工32个起爆孔，最后一圈周边眼为保证暗立井成形，每次施工40个起爆孔)，有效控制因爆破后矸石太大而造成的堵钻孔现象，前期1.2 m钻孔能够为炮眼的布置作为参照，炮眼布置图见图1. 另外，根据现场实际掘进过程中的岩层条件，施工过程中在岩层较软的地方打80～100个放炮孔的情况下也可以有效保证放炮质量。建议后期根据岩层条件适当调整放炮孔个数，从而进一步完善爆破作业工序。

每次待爆破炮烟吹完、收起爆破母线后，对暗立井上口进行各项安全检查，并在暗立井下口，安全地点、使用手杖检查瓦斯。经检查确认安全后，到工作面进行炮后巡查。

图1 二盘区回风联络暗立井放炮炮眼平面布置图

3.3 出矸与提升系统

暗立井排矸方式仍沿用下部二盘区辅助回风巷出煤系统，工作面爆破后，部分矸石通过d1.2 m的钻孔，自然溜到钻孔下面。剩余的矸石，则通过人工铲入d1.2 m钻孔溜到钻孔下面的二盘区辅助回风巷，由装载机上二盘区辅助回风巷皮带，具体出矸线路为：人工铲入钻孔溜到钻孔下方→装载机→二盘区辅助回风巷SSJ-80皮带→二盘区辅助回风巷运煤系统巷SSJ-80皮带→二盘区皮带巷ST-1.6 m皮带→一盘区皮带巷皮带→主平硐皮带→地面。

暗立井扩刷3 m后安装使用提升装置。在距暗立井上口中心10～15 m的巷道底板安装JH-18.5型回柱绞车作为提升绞车，绞车上缠绕d20-18×19型多层不旋转圆钢钢丝绳提吊吊桶，为挂钩式旧吊桶，容积为1 m3，吊桶型号为MZS5.2-0. 暗立井上口用11#矿用工字钢制作“井”字形起吊梁，天轮梁采用MZS2.1-0-1×0.680型(非标)凿井单槽悬吊天轮，每根11#矿用工字钢起吊梁上掏4个孔用螺丝与天轮梁瓦座固定。吊桶提升中心和暗立井中心相距500 mm.

由于JH-18.5型回柱绞车制动刹车装置为手动控制，人工控制开停绞车的时间和距离，给施工人员的安全留下隐患，经研究决定把绞车更换为一台河南南阳JSDB-13型双速绞车，该绞车断电后制动装置自动抱死，有效地提高了人员的人身安全。

每次放炮后，交接班时，对绞车地锚、钢丝绳、钢丝绳绳卡、天轮架和天轮进行安全检查。

3.4 封口盘

封口盘在扩刷5 m后安装，封口盘梁使用6 m长20#矿用工字钢6根、80 mm×80 mm的等边角钢、M16×70 mm螺栓、50 mm厚的木板加工、组装、铺设、绑扎而成，由于前期施工暗立井的经验不足，放炮时距离太近，冲击波将封口盘20#矿用工字钢打坏3根，受损严重无法继续使用，后在已有的经验基础上重新加工11#矿用工字钢封口盘并进行改进，采用6根6 m长11#矿用工字钢，以吊桶外径(1 150 mm)为限，中间两根工字钢梁间距为1 500 mm，然后以800 mm为间距依次架设工字钢梁，在工字钢梁上架设6 m长50 mm厚木板，并用4根6 m长10#槽钢和2根6 m长40 mm×40 mm方钢进行加固(导线位置预留孔)。根据现场实际情况决定，为免于受冲击波影响，每次放炮前，将暗立井封口盘进行拆除，放炮后再重新搭设。

由于原设计在封口盘上的推拉门笨重，不利于现场作业人员作业，为保护人员安全，改用1英寸管焊制两扇1.6 m×0.8 m的框子，为保证通风，中间捆绑70 mm×70 mm的菱形金属网，防止杂物掉落伤人，在菱形金属网上铺设一层纱窗。

由于暗立井放炮后的渣子需要人工下到井筒清理，为保证作业人员安全施工，在1.2 m钻孔上方放置一个溜煤篦子，篦子采用2英寸管以200 mm×200 mm网格焊制而成，溜煤篦子的规格为1 500 mm×1 500 mm.

3.5 通风方式

暗立井扩刷施工中采用矿井负压通风方式，将2218顺槽巷内的新鲜风流吸到工作面，工作面的乏风流通过负压通风方式到钻孔下口，再经过二盘区辅助回风巷回风绕道进入二盘区回风立井。

为防止爆破后出现大量矸石堵塞1.2 m钻孔，造成二辅回瓦斯超限，特制定一系列保障措施：1) 每次放炮前切断二盘区辅助回风巷内所有电器设备电源及暗立井上口的电器设备电源。2) 二辅回运煤系统巷风机处，如发现钻孔堵塞时，必须通知通风区，经同意后，立即打开运煤系统巷风门、拆下风门调节板，风机开启一级风，为二辅回供风，待钻孔疏通，风流稳定后，再关闭风门，安装风门调节板，关闭风机。3) 如发现钻孔堵塞，暗立井上口则用高压风管对暗立井井筒进行供风，严禁人员下到暗立井井筒内疏导钻孔。4) 提前在1 m3吊桶下方绑一根30 m长钢绞线，钢绞线下部以500 mm为间距捆绑3根300 mm长11#矿用工字钢，钢绞线预留在1.2 m钻孔内，发现钻孔堵塞时，上下来回提升吊桶，直至将钻孔疏通。

4 施工中存在的问题以及采取的安全措施

4.1 施工中存在的问题

1) 工人在施工过程中佩带的安全绳在保证工人安全的前提下，也使得工人在工作当中受到影响。

2) 爆破前，封口盘必须预先拆除，否则爆破时容易损毁封口盘，而爆破后再搭设，工序相对比较繁琐。

3) 爆破过后钢丝绳与天轮受爆破冲击波的影响容易脱落，此处应进一步进行改善和优化。

4.2 采取相应的安全措施

1) 暗立井施工时放炮孔必须打够，防止大块矸石堵住钻孔下口，并且钻孔下口矸石堆距钻孔下口距离不得小于2.4 m，保证工作面风量。

2) 过煤层时，必须进行锚、网、喷支护并使用混凝土浇筑。

3) 吊桶内、工作面以及暗立井上方工作人员必须佩带保险绳，以保证施工人员的安全，保险绳长为2.0～3.6 m，直径不得小于20 mm，暗立井上口应设置人员扶手，在暗立井上口两帮，距底板1.5 m处各施工3根d22 mm×2 000 mm锚杆，锚杆锚固力60 kN，帮锚杆上捆绑钢丝绳，并用钢丝绳绳卡固定牢固，便于人员过往手扶和作业期间捆绑安全带，同时要加强施工人员对佩戴安全绳的意识，以确保人身安全。

4) 暗立井由上而下扩刷至20 m以上时，确保使用吊桶时工作人员的安全。

5 应用情况及社会经济效益

塔山矿回风联络暗立井的施工，是塔山矿首次使用暗立井代替回风暗斜井，原设计中回风暗斜井巷为长302 m，+12°上坡穿层斜巷，拐点多，巷道断面相对较小，施工困难，工期长。采用回风暗立井代替回风暗斜井后，暗立井长41 m，施工工期约30天，使用反井钻机后使得工序相对简单，该优化节省掘巷费用约200万元，缩减工期约120天，在提高工作效率的同时，经济效益显著，值得进一步推广。

TD823.1

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：1672-0652(2017)07-0040-03

2017-06-15

黄燕波(1985—)，男，湖北人，2016年毕业于中国矿业大学，工程硕士，工程师，主要从事煤矿安全生产与管理工作(E-mail)492886072@qq.com