淺談煤礦斜井施工技術(shù)

李成翼

(遼寧東煤基本建設(shè)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110022)

1 斜井

1.1 斜井的特點

斜井施工既不同于立井也不同于平巷，它是指掘進方向在垂直方向和水平方向之間的一種施工方式，其斜度一般在10°——25°之間，但由于地形及煤層條件的限制，也有大于25°乃至35°的大傾角斜井。通常，在長隧道施工中設(shè)置斜井，用來增加工作面、縮短工期，但同時也會增加修建礦井的投入和使用過程中的運輸成本。當(dāng)隧道貫通后，根據(jù)設(shè)計，斜井通常作為運輸通道，或是通風(fēng)管道，或是封死，或是堵住。斜井的井筒斷面形狀和支護形式的選擇與平巷基本一致，但斜井服務(wù)年限長，并且從受力性能、采用石材整體式支護及錨噴支護的方便性等因素考慮，斜井?dāng)嗝娑嗖捎冒雸A拱形、圓弧拱形或三心拱形斷面。

1.2 斜井的分類

斜井按用途一般可分為:提升煤炭或礦石的主斜井;提升矸石、下放材料、設(shè)備和行人通風(fēng)的副斜井;出風(fēng)和兼作安全出口的斜風(fēng)井;對特大涌水的礦井，還有專門敷設(shè)管路的排水斜井;采用水砂充填處理采空區(qū)的礦井還有專門的注砂斜井等。其中主斜井按其提升方式又有礦車單車或串車提升斜井;箕斗提升斜井;膠帶運輸提升斜井和無極繩提升的斜井;而副斜井作為輔助提升，多為串車提升斜井。

2 斜井施工

2.1 斜井開拓施工技術(shù)

適對于緩傾斜和傾斜礦床，斜井開拓?zé)o疑使最適合的施工方式，特別是在傾角為20°—40°之間的層狀礦床的開拓。而對于急傾斜側(cè)翼傾覆的礦床可用側(cè)翼斜井開拓，也有在急傾斜礦床采用偽傾斜斜井開拓的。

斜井開拓比豎井開拓要簡單的多，其建設(shè)速度與投資相對豎井而言擁有較大的優(yōu)勢。早期，由于斜井提升能力小，經(jīng)營費用高，管理復(fù)雜，故多用于開拓礦層埋藏較淺的中、小型礦山，大型礦山使用較少。但是，隨著帶式輸送機的發(fā)展，為大型或特大型礦山采用斜井開拓提供了廣泛的發(fā)展空間。

在國外，煤礦采用帶式輸送機斜井開拓已得到廣泛運用，并逐步朝向大型化發(fā)展。帶寬達1400—2000mm，單機長度已突破1000m，斜井斜長達2000—4000m，帶式輸送機上坡可達18°—20°，下坡15°—16°，自動化程度也越來越高，保護裝置和安全設(shè)施也日益完善。。

2.2 爆破施工技術(shù)

斜井掘進施工中通常采用爆破的方法形成所設(shè)計需要的輪廓。所謂爆破施工就是利用炸藥在空氣、水、土石介質(zhì)或物體中爆炸所產(chǎn)生的巨大能量“破壞”某些物體的原始結(jié)構(gòu)，從而達到預(yù)期目的的一門技術(shù)。這種“破壞”效果不是其他方法能代替的，它雖然不是獨立完成一個工程，但卻是一個重要的工序，在煤礦建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。

光面爆破也叫輪廓爆破、周邊爆破，是井巷掘進中的一種新爆破技術(shù)，使用這種方法爆破出的新壁面保持平整而不受明顯破壞。它是控制爆破中的一種方法，目的是使爆破后留下的井巷圍巖形狀規(guī)則，符合設(shè)計要求，具有表面平整、損傷小、穩(wěn)定性好的特點。對于提高井巷施工進度、降低巷道支護成本起著重大作用。

但是在目前實際應(yīng)用中，由于部分施工人員對光爆的認識不足，在巖巷掘進爆破實施過程中，大多存在著打眼數(shù)量不足、打眼無規(guī)則、裝藥過多、亂放炮的現(xiàn)象，造成了炮眼利用率低、巖石碎塊拋擲遠、爆堆不集中、周邊超挖大、巷道成形差、圍巖松動破壞嚴重等后果，特別在松軟巖層中，周邊很難留下半邊眼痕。嚴重影響掘進速度，同時也增加了不必要的支護成本。

2.3 錨噴支護施工技術(shù)

與傳統(tǒng)的支撐式巷道支護相比，錨噴支護的技術(shù)性和經(jīng)濟性更為優(yōu)越。當(dāng)前，錨噴支護已經(jīng)成為井下巷道支護的重要形式，但同時錨噴支護技術(shù)也是一項較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它的成功與否不僅與巷道支護設(shè)計、現(xiàn)場施工、材料質(zhì)量有關(guān)，還與巷道所處的圍巖巖性密切相關(guān)。尤其是對于由于軟巖產(chǎn)生的破壞，錨噴支護技術(shù)效果顯著。

錨噴支護在原理上屬于“主動”支護，其通過錨桿的安裝，在圍巖內(nèi)部對圍巖進行加固，迅速形成一個圍巖——支護的整體承載結(jié)構(gòu)，充分地將圍巖的自身承載能力加以利用，同時，減小圍巖變形，防止離層和片幫，改善巷道的穩(wěn)定。

在巷道開挖后，巖體的原有力學(xué)平衡狀態(tài)遭到破壞，使巷道周圍的巖石發(fā)生位移，造成應(yīng)力的重新分布，導(dǎo)致頂板下沉、底板鼓起、兩幫移近及片幫冒頂?shù)群蠊鷰r所處的地質(zhì)條件和物理力學(xué)性質(zhì)，也使這些現(xiàn)象出現(xiàn)的時間、形式、及程度等有多不同。以斷面為拱形巷道為例，依次安裝錨桿后，錨固端與墊板之間會形成壓縮帶。這種壓縮帶在巷道圍巖內(nèi)形成后，它與巷道幫頂?shù)纳畈繃鷰r緊密嚙合，行程類似于完整碹體。錨桿壓縮帶形成的碹體與巷道內(nèi)襯混凝土碹、其它框形支架相比，擁有的抗壓性能更好，這種結(jié)構(gòu)也不易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。由此可見錨桿支護不僅成本上優(yōu)勢明顯，而且有很大的支撐力與發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在支護安裝前后，由于應(yīng)力條件差，會在巷道圍巖處產(chǎn)生變形，使噴體與外層圍巖處于受壓狀態(tài)，即巷道圍巖會產(chǎn)生切向應(yīng)力。如果圍巖切向的壓應(yīng)力超過圍巖的單軸抗壓強度時，就會產(chǎn)生變形，嚴重的會發(fā)生斷裂。錨噴支護巷道圍巖受壓所產(chǎn)生的斷裂破壞，一般情況下首先是發(fā)生在拱頂部位。當(dāng)斷裂裂口碎屑脫離噴體后，裂口兩側(cè)的切向壓力立即緩解，導(dǎo)致圍巖向巷內(nèi)移動，錨桿拉力同時增大，錨桿拉長。因為有圍巖變形處斷裂裂口存在，在切向應(yīng)力作用圍巖會向深部轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致斷裂現(xiàn)象向深部發(fā)展，新的斷裂碎屑在擠壓過程中使外部斷口擴大變寬甚至造成巖塊脫落，桿體外端裸露。由于圍巖變形，壓應(yīng)力繼續(xù)向外層圍巖轉(zhuǎn)移，斷裂繼續(xù)向深部發(fā)展，導(dǎo)致錨桿切向載荷增加，使桿體呈彎曲變形導(dǎo)錨桿失效。

3 結(jié)語

隨著我國東部煤炭資源明顯下降的狀況，煤炭工業(yè)建設(shè)重點逐步西移。我國中西部地區(qū)煤炭資源極為豐富，且賦存較淺，適合斜井開拓。這對斜井施工技術(shù)的發(fā)展帶來了前所未有的際遇，提出了更高的挑戰(zhàn)，因此，煤礦斜井施工技術(shù)也越來越受到各方的重視。

［1］西安礦業(yè)學(xué)院編.《井巷工程》第五分冊，北京.煤炭工業(yè)出版社，1978 .

［2］沈季良等編.《建井工程手冊》，北京.煤炭工業(yè)出版社，1985.

［3］趙全福編.《煤礦安全手冊、第八冊、鑿井安全》，北京.煤炭工業(yè)出版社，1988.