立井井筒揭煤措施金屬骨架施工的改進

牛充山

【摘 要】 立井井筒穿過具有突出危險性的煤層時要特別注重區域防突措施和局部防突措施的質量，防突措施并檢驗有效后須采取防止突出的加固措施。本文通過對防突加固措施施工的比較分析，得出了特制的鉆桿的金屬骨架施工方法具有較快的施工速度和良好的經濟效益的結論，該項目的順利實施對同類型揭穿突出煤層施工具有較強的指導和參考意義。

【關鍵詞】 立井井筒 措施 金屬骨架

一、項目產生的背景

安陽鑫龍煤業大眾煤礦120萬噸/年改擴建項目新副井井筒施工工程期間，將揭過二1煤層，井筒垂深751.5m。按照《煤礦安全規程》煤層突出危險性預測和防治突出措施效果檢驗規定[1]，大眾煤礦項目部已完成了前期的防突措施，并經區域效果論證有效，符合井筒揭煤施工的條件。

大眾煤礦新副井已施工結束抽采鉆孔，防突鉆孔的施工明顯減弱了揭煤段煤體的應力，瓦斯釋放效果較為明顯。由于二1煤煤質較為松軟，堅固性系數較小，在鉆孔施工結束后容易塌孔，減小了鉆孔中煤體的暴露面積，影響瓦斯的繼續釋放，因而應該在鉆孔全部施工結束后對鉆孔進行重新透孔加大煤體的暴露面積進一步的釋放煤體瓦斯。考慮到后期揭煤后煤體較為松軟，需在揭煤前對揭煤段煤體進行煤體加固，增強煤體的強度。

二、項目的基本內涵

立井井筒中的金屬骨架是在立井工作面揭開突出危險煤層前，將鋼管或鋼軌插入預先在工作面斷面周邊處布置的鉆孔內，其前端伸入煤層的頂（底）板巖石中，后端支撐在靠近工作面中的支架上或者工作面的井壁上形成超前支護。

超前支護的防突措施的主要作用是依靠金屬骨架加強工作面前方煤體的穩定性，其次是通過安裝金屬骨架的鉆孔，排放鉆孔附近煤體中的瓦斯并緩和煤體的應力緊張狀態。

金屬骨架用于立井揭煤時，由于金屬骨架兩端是支撐在煤層頂（底）板的巖石中，它需承受上懸和兩幫煤體的壓力，因此在緩傾斜和傾斜煤層中會因跨度加大而導致骨架承載力降低，在煤層較厚的地區采用此措施時，對此現象要給予足夠的重視。由于金屬骨架措施不能大量釋放突出潛能，只能在一定程度上起到抑制突出發生的作用，所以，其預防突出的能力有限。故該措施應在采用了其他防突措施并檢驗有效后方可在揭開煤層前實施。

經項目部各參建單位研究討論，認為防突措施已實施完畢且檢驗有效，施工金屬骨架對加固煤體強度和瓦斯的進一步釋放有較好的作用，是防揭煤突出的有效方法。結合大眾煤礦新副井揭煤煤層前期預測情況，按照規定要求，在工作面距煤層法距為2m之前開始施工金屬骨架，設計鉆孔在立井周邊0.5m處，各個鉆孔見煤點間距為0.3m，金屬骨架鉆孔剖面圖（見圖1），井筒工作面鉆孔施工圖（見圖2）：

三、項目實施的主要做法

大眾煤礦新副井揭煤區經過實施防突鉆孔經檢驗達到安全指標具備施工金屬骨架的條件，井筒工作面掘進至距煤層法距為2m時實施金屬骨架。

1.金屬支架施工工藝比較：

（1）鉆桿成孔后拔出鉆桿下鋼管法

此方法亦即傳統的施工方法，先由鉆機打鉆成孔，然后拔出鉆桿下放鋼管骨架。此方法的主要問題在于鉆桿成孔拔出鉆桿后下放鋼管時出現的問題就是由于塌孔導致鋼管無法下到孔內，需經反復鉆孔后鋼管才能下到設計深度，此方法的施工時間過長。

（2）鋼管充當鉆桿直接施工法

此方法是使用特制的“鉆桿”直接鉆至設計深度，然后進行注漿加固。此方法減少了因為塌孔而造成的反復鉆孔下放鋼管的時間，較傳統的金屬骨架施工方法大大地減少了施工時間。

通過上述兩種金屬支架施工方法的比較，采用經改進后的鋼管充當鉆桿的施工方法更為先進，更符合本工程的實際情況。

2.本項目施工方法

金屬骨架加固方案：孔口設置Φ108×6長2m套管，作為鉆孔導向并兼作金屬骨架孔內壓水泥漿用。為了便于井下金屬鋼管的安裝，鋼管加工長度為2m一根，加工絲扣為兩端一公一母。為便于鋼管灌漿時出漿的需要，鋼管在直徑兩端對稱20cm各開一排10mm的孔，并兩端適當錯開；每一孔第一根管子前端應加工成封閉錐形，以便于下放安裝；每一孔最后一根管子應加工成與注漿管配套的法蘭，以便于鉆孔內灌漿。

孔內灌漿直接在工作面進行，注漿泵采用2ZBQ-30/6型氣動注漿泵。

終孔時要核實鉆具長度，確保鉆孔深度符合要求。采用鉆一孔，安一金屬鋼管工藝，防止浸水塌孔；鋼管灌漿視情況分組灌漿。灌漿時鉆孔口是開口的，灌漿以灌滿孔為原則，故灌漿壓力不作限制。

四、結論

安陽大眾煤礦新副井井筒自開始采取防突措施以來已達9個月時間，遠遠超出了6個月的計劃工期，復雜的地質條件是工期較長的主要因素，因而，在揭煤施工階段必須采取更為快速的措施。經過項目部各方的集思廣益，大眾煤礦新副井井筒揭煤段施工很快順利完成，并且產生了良好的經濟效益，具有廣泛的推廣意義。

1.直接節約工程投資約60余萬元。按照傳統的金屬骨架施工方法施工96根鋼管骨架用時需40天，而改進后的施工方案僅用時10天，節約施工時間30天。按照《煤炭建設井巷工程輔助費綜合定額》輔助費補償費規定計算30天費用約為65萬元，因此本項目直接節省費用65萬元。

2.有利于大眾煤礦改擴建項目新副井區域工程順利推進。新副井井筒掘砌工程是大眾煤礦改擴建項目的關鍵線路工程，其順利的落底開展后續的工程的施工對整個改擴建項目具有重要的意義。

3.利用特制的鋼管施工金屬骨架工藝經實踐證明具有其優越性，在防塌孔和趕工期時具有十分有效地的利用價值，在安全生產管理方面的作用尤為突出，值得我們在松軟地層的巷道和立井井筒揭煤施工時應用，具有較好的效果。

【參考文獻】

[1] 國家煤礦安全監察局.煤礦安全規程[M].北京：煤炭工業出版社，2011.