大斷面副斜井快速掘進工藝優化

王宏偉

（大同煤礦集團宏泰礦山工程建設有限責任公司，山西 大同 037003）

斜井施工當前普遍采用多臺氣腿式鑿巖機打眼，耙斗裝巖機裝巖，箕斗提升，風動潛水泵排水，激光指向，遠距離輸料噴射混凝土等配套方案。當前馬脊梁礦副斜井掘進效率不高，影響了煤礦的接續。論文以大同煤礦集團馬脊梁礦副斜井為研究對象，對副斜井的掘進工藝進行優化，有效提高了斜井掘進速度。

1 工程概況

馬脊梁礦位于大同市西部邊緣40km，已有近70年的開采歷史。礦井開拓方式為斜井單水平多煤層開拓，通風方式為中央并列分區混合式。馬脊梁礦副斜井井筒自表土開口，沿方位角195° 30'、坡度-5.5°掘進，設計掘進總全長2109m，井口以下430m后變為-7.5°，掘進斷面為22.9m2，該副斜井穿過的巖層為三疊紀延長群砂巖、砂泥巖、侏羅紀花斑泥巖，巖層傾角15°左右，基巖涌水不大。

一般在巷道掘進作業過程中，支護工作時間占總作業時間的75%，因此需要做好巷道的支護設計方案，達到提高巷道掘進速度的目的。副斜井支護設計方案如下：臨時支護采用吊掛前探梁，4根Φ75×3000mm圓鋼，間距1.6m，用金屬錨桿和吊環固定，前探梁上方用規格為1800×200×150mm的木板梁接頂。永久支護：基巖段采用錨桿金屬網噴射混凝土加鋼筋拱架支護。錨桿間排距800×800mm，矩形布置，使用Φ16×2200mm圓鋼樹脂端頭錨固錨桿；噴射混凝土厚度100mm。

2 施工工藝優化方案研究

2.1 掘進工藝的設計

馬脊梁礦副斜井巷道斷面為半圓拱形，掘進寬5.6m，掘進高度4.7m，掘進斷面22.9m2。考慮到全斷面一次開挖工藝方式無法進行平行作業的現狀，決定采用2臺掘進機單側壁導坑法施工的方式。

選用太原礦山機器集團公司生產的EBZ160型懸臂式掘進機，2臺掘進機同時工作，由于第1臺掘進機掘進后進行了支護，就起到了保護第2臺掘進機掘進安全的目的。設定掘進機截割破巖工藝如下：EBZ160型掘進機在工作時主要是使用橫向往復式截割，截割過程為第1臺掘進機以4m寬小斷面沿前進方向靠右前行掘進。在截割過程中出現截割高度不夠的情況應該先將上部截割斷面截出，退出掘進機，完成頂板支護后再進行起底；第2臺掘進機滯后第1臺掘進機50m采用與第1臺掘進機相同工藝連續進行工作。每個循環進度為1.6m，每刀進度0.4m，4刀一循環，截割完成后將掘進機退出5m后再進行相應的支護工作。掘進機截割軌跡圖如圖1所示。

圖1 掘進機截割軌跡示意圖（單位：mm）

2.2 支護工藝的優化

（1）臨時支護。掘進機割出2排錨桿進度后，首先將掘進機退出迎頭5m后進行臨時支護。第1臺掘進機掘出小斷面后，先期對能進行永久支護的范圍進行永久支護，然后對無法進行永久支護的范圍打臨時錨桿，臨時錨桿間排距小于等于1.2m。當第2臺掘進機掘出全斷面后，需進行所有的永久支護工作。

（2）永久支護。永久支護工作面最大空頂距1.9m，最小空頂距0.3m。

（3）噴射混凝土。噴射混泥土工作分2個階段完成，第一階段滯后第1臺掘進機迎頭20～25m進行初噴，其厚度為50mm；第二階段滯后第2臺掘進機迎頭20～25m進行復噴，厚度50mm。

2.3 施工安全措施

（1）裝巖時的安全措施如下：耙斗裝巖機下放前，應注意提升絞車拉緊后方可拆除后車輪的卡軌器，并且絞車須開慢，牽引力量不可過猛。耙斗裝巖機下放時，其下面不準站人。下放后，要把固定裝置固定好，并檢查無誤后才能正式裝巖。箕斗或礦車下放接近耙斗裝巖機時，應減速，防止沖壞耙斗裝巖機。裝巖完畢，關掉電門，將兩個操作手把放在松閘位置上，再將手把取出，由司機保存備用。

（2）支護時的安全要求：斜井支護在井筒傾角大于45°時，與豎井基本相同；小于45°時，與平巷基本相同。但因各具有不同的傾角，因而要特別注意支架結構的穩定性。噴射混凝土永久支護施工時，遵循一般的施工安全措施，噴射方向應從上往下方噴射，這樣做不僅有利于安全，也有利于噴射工準確地掌握噴咀對頂、幫的噴射距離與噴射方向。當斜井穿過比較松軟、節理發育、易冒落的巖層時，仍然可以使用噴射混凝土支護或錨桿與噴射混凝土混合支護。

（3）副斜井施工的排水：由于地表水流入斜井，使井內積存水，在井口還要挖掘環形排水溝，以便將水及時排除。井筒中的水有的是來自透水巖層，這種情況下，可以采取堵水或排水的方法。在堵水時，可采取注漿的辦法。妥善地處理井筒涌水和工作面積水是保證施工質量、改善工作面和工人勞動條件、加快掘進速度的重要內容。當工作面涌水量小于5～7m3/h的情況下，可采用提升器配合風動潛水泵或電動潛水泵排水，即水泵將水排至提升容器內，上提倒入矸石倉或平巷水溝，再排至地面；當工作面涌水量較大時，采用水力噴射泵并配合分段排水。

3 循環作業方式

3.1 循環時間計算

破裝運巖（煤），按EBZ160型掘進機參數以及其截割工藝，每循環所需時間為20min；臨時支護時間取30min；永久支護時間通過計算取100min；噴漿作業因其與掘進平行故不計算時間；鋪底與水溝同步施工，工序時間不計入循環時間。故循環時間=破裝運巖+臨時支護+錨桿支護=150min。班循環數=3.07個，取3個。

3.2 作業循環圖表

本次副斜井掘進作業采用“三、八”制作業，每班一個循環，全月作業3ld，共124個班，實際作業77個班。副斜井掘進作業采用的正規循環作業圖表如圖2所示。

圖2 副斜井掘進斷面正規作業循環圖表

4 結論

以大同煤礦集團馬脊梁礦副斜井為研究對象，對其掘進工藝實施優化，通過2臺掘進機同時工作，第1臺超前50m掘進，第2臺掘進成形的方法，為實現副斜井巷道快速永久支護提供了條件。通過合理的工時安排，實現了人機結合的最優化，達到了副斜井快速掘進的目的。