暗立井反井施工一次成井法施工技术

缪志炳，邱晓念

（同煤大唐塔山煤矿有限公司，山西 大同 037000）

塔山矿现主采石炭二叠系3～5#煤层，为高瓦斯矿井。综放工作面瓦斯治理以风排为主，工作面采用U+I型三巷布置形式，即沿3～5#煤层底板布置一进一回两条顺槽，另外内错回风顺槽20 m布置一条顶板高抽巷。与高抽巷相接的瓦斯抽放管路均安装在3～5#煤层回风大巷。这样就造成了塔山矿3～5#煤层回风大巷风量大、风阻大、风速易超限、矿井供风紧张等问题。为此，塔山矿提前开拓一盘区及二盘区8#层回风大巷，主要就是为了构筑双回风系统，以达到降阻增风的目的。

一盘区及二盘区8#层回风大巷与上位的3～5#层回风大巷重叠布置。在一盘区8#层回风巷掘进至5112巷对应位置（里程3 703 m），二盘区8#层回风巷掘进至2228巷对应位置（里程2 670 m）时，一方面由于巷道供电、出煤、辅运、通风等各系统过长，另一方面也为尽快发挥一盘区8#层回风巷及二盘区8#层回风巷作用，需及时联通3～5#煤层回风大巷与8#煤层回风大巷，形成双回风系统。

经过技术经济比较，塔山矿选择了反井施工一次成井法施工暗立井用以作回风联络通道[1-3]。下面就塔山矿一盘区回风联络暗立井该施工法工艺技术进行详细阐述。

1 暗立井反井施工方法的选定

塔山矿一盘区3～5#煤层与8#煤层之间层间距为40 m，3～5#煤层回风大巷与8#煤层回风大巷联络巷设计可选择以下三种方案：

方案一：采用暗斜井联络。暗斜井坡度12°，长度300 m，其中穿层段250 m；巷道断面为矩形，规格4 m×3.3 m（宽×高），净断面面积12.16 m2，炮掘施工。

方案二：采用暗立井联络。立井直径5 m，长度40 m，净断面面积19.6 m2，采用反井溜渣再刷扩施工法。塔山矿于2218回风绕道采取此法施工了一个直径5 m的暗立井，见文献[4]。

方案三：采用暗立井联络。施工一对直径3 m暗立井，长度34 m，净断面面积14.13 m2，采用反井施工法一次成井。

以上三种方案优缺点比较如表1所示。

表1 三种方案的优缺点比较

经过安全、经济、技术综合比较，方案三优势明显，故而选择方案三，采用反井施工法一次成井，暗立井联络。

2 工程概况

2.1 暗立井设计参数

塔山煤矿一盘区3～5#煤层—8#煤层回风联络暗立井位于5112回风绕道，共设计两个反井，两个暗立井中心距11 m，设计深度34 m，井口标高+1 018 m，井底标高+984 m，直径3 m。

3～5#层煤层与8#煤层之间为砂岩、砂质泥岩、炭质泥岩等互层，围岩完好。暗立井支护设计为：孔口3 m范围钢筋混凝土+锚杆支护，孔底3 m范围喷浆+锚索支护，中间段喷浆支护。一盘区回风联络暗立井设计平、剖面如图1所示。

图1 一盘区回风联络暗立井（5112）平、剖面

2.2 施工机具选型及钻场空间设计

使用BMC400反井钻机施工，配套主泵功率为2×75 kW，副泵功率为18.5 kW，泥浆泵根据塔山矿实际条件选型，扬程50 m，功率45 kW。配套钻杆分两种，分别为φ228 mm×1 550 mm（普通杆）和φ267 mm×1 550 mm（稳定杆），每根钻杆有效长度为1 400 mm。导孔钻头直径为φ270 mm，扩孔钻头直径为φ3 000 mm。设备布置如图2所示。钻场宽5.5 m，局部高5.5 m，长22.5 m，钻场平、剖面如图3所示。

图2 一盘区回风联络钻孔反井施工设备布置

图3 一盘区回风联络钻孔反井施工钻场平、剖面

3 施工工艺

3.1 施工准备

（1）提前勘查设备运输路线，确定运输方式，存在问题提前处理。

（2）提前勘查供电路线，出具供电设计图，并组织实施。

（3）从就近1070回风大巷取静压水，引至施工地点，满足施工期间用水需要，供水量不小于12 m3/h。

（4）于5112回风绕道钻场安装一台瓦斯探头，并对施工区域所有用电设备实现瓦斯电闭锁。于5112回风绕道上下水平巷道分别安装一部防爆电话，形成通讯网络系统。

（5）由地测部门根据钻孔施工图，放线给定钻孔中心位置。

3.2 施工流程

钻机及配套设备安装→打地锚固定钻机底座→系统调试试运转→导孔钻进→拆导孔钻头，接扩孔钻头→扩孔钻进和下口出渣→扩孔结束。

3.3 导孔施工

钻机安装完成后，对钻机进行调平找正，保证开孔垂直度。使用地锚杆将钻机固定后开始导孔钻进，由上向下钻进施工。将导孔钻头与稳定钻杆以丝扣连接在一起进行开孔作业，采用低钻压、低扭矩稳步开孔，进一步保证开孔垂直度。导孔钻进的过程，也是对地层的勘探过程，反井钻机虽然不是取芯钻进，但根据对钻进过程观测以及返出岩屑的情况，可以对地层有初步定性分析和了解，为扩孔钻进、孔壁维护提供参考。

3.4 扩孔施工

导孔钻进与下水平巷道贯通后，在下水平安装扩孔钻头。安装前首先将吊帽等专用工具运至井底，扩孔钻头运到钻孔中心点地面。确保上下水平通讯通畅，连接时上下呼应，上水平钻机操作手根据下水平指令操作。

3.5 完孔及钻机拆除

当钻头扩孔至距上水平钻机基础2.5 m时，降低钻压慢速钻进，认真观察，如果基础周围出现异常现象，要及时采取措施处理，之后继续缓慢进行扩孔，直至钻头露出上水平面。完孔后，将扩孔钻头固定悬挂，将钻架主机和一些辅助设备拆下。然后将钻头提出孔外，运到井上；再将泵车、油箱等拆装整理、运输。清理现场后，全部钻孔工作结束。

4 社会及经济效益

塔山矿于一盘区及二盘区均采用反井施工一次成井法成功施工了3～5#层回风大巷与8#层回风大巷之间的通风联络暗立井，形成双回风系统后，降阻增风效果显著。

经济效益：原设计一个回风联络斜巷300 m，约需240万元，取而代之以2个34 m直径3 m的暗立井，工程费用为136万元，即每个回风联络通道较原设计节省费用104万元。

5 结语

暗立井反井施工一次成井法相较于斜井施工及传统的暗立井施工方法，施工工艺简单，安全性高，成孔速度快，优点明显。但此方法存在井筒支护与掘进无法同步进行，成孔后井筒支护施工难度大等问题，故该方法不适用于围岩不稳定，井筒支护要求高的立井施工。对于围岩稳定，功能相对单一的立井（比如回风立井）施工，该施工方法具有积极的推广和借鉴意义。