開拓煤業水平延深回風暗斜井設計

葉世興

山西潞安集團蒲縣開拓煤業有限公司 山西 臨汾 041206

井巷設計堅持“少投入，多產出”的方針。改革礦井開拓布置、簡化系統，合理集中生產、節省井巷工程量、多開煤巷、少開巖巷，以降低造價，縮短建設工期。

目前礦井設有主斜井、副斜井與回風立井三個井筒。主斜井安裝帶式輸送機，擔負井下煤流提升任務；副斜井設有架空乘人裝置與異形軌，擔負礦井人員與材料的運輸；回風立井設有梯子間，擔負礦井回風任務，與主副斜井形成完整的通風系統，二水平開采11號煤層，開拓采用井筒直接延深方式。

1 概況

目前，礦井為生產礦井，3號煤層與11號煤層之間間隔91.22～96.25m，平均93.78m，直接延深井筒存在以下問題：

（1）現有回風立井井底標高+1207.97m，開采下組11號煤時井筒需垂直延深100m，回風立井延深需將礦井長期停產改造，影響礦井正常生產，同時全礦井300多名員工需停職在家，對于社會的穩定性亦有不利影響；

（2）較斜井井筒施工，立井井筒延深施工難度大，施工工藝較為復雜，施工進度慢；

（3）經濟效益方面，采用暗斜井延深回風井，施工期間基本對礦井正常生產無影響，水平延深投資費用來自于礦井生產效益，全部由礦方自籌解決，直接延深井筒，礦井停產，資金鏈斷失，需要貸款解決水平延深工程投資問題。

根據井田內11號煤層資源情況，本次設計綜合考慮礦井現有場地設施設備、場地可利用空間及投資成本，采用暗斜井延深井筒方案。

2 回風暗斜井巷道布置方案

方案一：回風暗斜井：在回風井與一水平回風巷交叉處開口，沿49°方位以-25度向下施工153m，再水平施工30m，后沿90°方位以25度向下施工93m，與11煤回風大巷連通。井筒為直墻半圓拱斷面，凈寬4.0m，凈斷面10.28m2，巷道總長276m，擔負礦井二水平的回風任務，兼做二水平的安全出口，如圖1，圖2方案一所示。

圖1 回風暗斜井設計平面

圖2 回風暗斜井設計剖面

方案二：回風暗斜井：在回風井與一水平回風巷交叉處開口，沿49°方位以-18度向下施工，掘進317m（斜距），與二水平回風大巷聯通。井筒為直墻半圓拱斷面，凈寬4.0m，凈斷面10.28m2，總斜長317m，擔負礦井二水平的回風任務，兼做二水平的安全出口，如圖1，圖2方案二所示。

3 回風暗斜井11#落底點標高計算

方案一：已知回風暗斜井開口處的巷道底板標高為+1183.4， 先按方位角49°，腰線-25°度向下施工153m，施工30m平段后，再按方位角90°，腰線-25°度向下施工93m揭露11#煤層。設落底點標高為h0，如圖1方案一所示，則

h0=h1-h2-h3

h1——回風暗斜井開口處標高+1183.4；h2——按斜距153m施工第一段落差；h3——按斜距93m施工第三段落差；

h2=L2sinα

L2——第一段施工斜距153m；α——腰線坡度-25°；所以h2=L2sinα=153*sin25°=64.66m；

h3=L3sinα

L3——第二段施工斜距93m；α——腰線角度-25°；所以h3=L3sinα=93*sin25°=39.30m；

h0=h1-h2-h3= 1183.4-64.66-39.30=1079.44m，因此按方案一落底點標高為+1079.44m。

方案二：已知回風暗斜井開口處的巷道底板標高為+1183.4， 按方位角49°，腰線-18°度向下施工317m。設落底點標高為h0，如圖2方案二所示，則

h0=h1-Lsinα；

h0——落底點標高；h1——回風暗斜井開口處的巷道底板標高為+1183.4；L——向下施工斜距317m；α——腰線坡度-18°；

h0=h1-Lsinα=1183.4-317sin18°=1183.4-97.96=1085.44m；因此按方案二落底點標高為+1085.44m。

根據標高計算結果，兩種方案巷道落底點均在11#煤層內，將傾角從負25°調整為負18°不影響回風暗斜井落底點揭煤及二水平三條大巷的布置方式，所以采用傾角負18°，綜合機械化掘進工藝方案二可行。

4 兩方案掘進作業方式

方案一、巷道傾角為25°度

由于方案一的巷道傾角為25°度，若采用綜掘機組作業的，綜掘機在向下作業的過程中，不能后退，無法完成退機錨桿支護工藝，只能在掘進機往前截割的截割距離超過機身長度后才能在掘機機組尾部進行錨桿支護作業。不能使用綜合機械化掘進機作業，只能采用炮掘工藝作業。

方案二、巷道傾角為-18°度

方案二采用巷道傾角為-18°，目前有適合-18度以下傾角作業的綜掘機組，且可以匹配相應的矸石運輸設備進行快速掘進，若采用炮掘作業，工藝落后，掘進速度慢，且安全隱患多；所以巷道傾角-18°時，采用綜合機械化掘進工藝比較有利。

方案一和方案二的優缺點比較

方案一（巷道傾角-25°炮掘工藝），優點：-25°傾角掘進巷道長度276m，而18°傾角掘進巷道總長度317m,相比之下掘進巷道進尺少，出矸少，支護材料費用及后期巷道做水溝及亮化費用底。缺點：炮掘工藝巷道成型差，巷道坡度大矸石在運輸過程中極易造成溜矸傷人事故；目前根據相關部門管理規定，開拓煤業所在礦區，炮掘工藝火工品審批流程復雜，且根據公安局安保要求，需請爆破公司和安保公司，審批流程比較順利的話每月至少也得耽擱5至8天左右，整個掘進巷道成本很高；炮掘作業過程，產生有毒有害氣體，作業環境相對較差，也容易發生爆破作業崩傷人員等事故。

方案二（巷道傾角-18°綜合機械化掘進工藝），優點：巷道掘進速度快，成型好，工程質量有保證；省去火工品炮掘作業審批流程，誤工少，節省爆破公司及安保公司費用每月50萬元；作業環境不產生炮煙，相對較好。缺點：巷道掘進長度317m，較276m多出41m，支護材料消耗相應較多。

綜上所述，選擇方案二巷道傾角-18°綜合機械化掘進工藝。

5 巷道斷面及支護

回風暗斜井呈直墻半圓拱形，永久支護采用錨網索噴聯合支護，井筒為直墻半圓拱斷面，毛斷面寬4.2m，高3.1m，掘進斷面積11.06；凈斷面寬4.0m，凈高3.0m，凈斷面積10.28㎡。錨桿間排距為800×900mm，錨索間排距為1200×1800mm。附回風暗斜井巷道斷面特征表如下。

表1 回風暗斜井巷道斷面特征表

1）錨桿規格型號：MSGLW-335/20-2200mm左旋無縱筋螺紋鋼，配合球形墊和減阻尼龍墊圈。

2）錨桿托盤規格：150×150×10mm，托盤拱高不低于36mm。

3）網片規格：鋼筋網采用φ6mm鋼筋制作，網片規格2000×1000mm，網格規格100×100mm。網片采用搭接方式連接，搭接長度100mm，用16#綁絲雙絲雙扣綁絲間距200mm，扭結不少于三圈。

4）錨固劑規格：錨桿采用1支MSK-2335（在前）和1支MSZ-2360（在后）型樹脂藥卷錨固。錨索采用1支MSK-2335（在前）和2支MSZ-2360（在后）型樹脂藥卷錨固。錨桿錨固長度約為1.31m，錨索錨固長度約為1.76m。

5）錨桿布置及角度：拱頂部錨桿沿巷道中心線布置，然后按照間距800mm向兩邊布設3根（共7根），幫部左右幫各布設2根，間距800mm，拱頂部+幫部每排共打設11根錨桿；錨桿全部垂直巖面打設，角度偏差不得大于5°。

6）錨桿扭矩、錨固力：錨桿扭矩300N·m，錨固力不小于100KN。

7）錨索形式及規格：錨索規格SKP17.8-7300mm；沿巷道中線在兩排錨桿中間布設第一根錨索，左右各間距1200mm布設兩根錨索；錨索排距1800mm；錨索應全部垂直巖面打設，角度偏差不大于3°，外露長度為鎖具外150～250mm之間。

8）錨索托盤規格：300×300×15mm拱形托盤，承載能力不低于400KN，托板拱高不低于60mm。

9）錨索預緊力：錨索要求超張拉至180KN，損失后預緊力不小于150KN。

10）噴射混凝土：混凝土標號C20，厚度100mm。

6 結論

綜上所述，回風暗斜井設計選用如圖2所示方案二：在回風井與一水平回風巷交叉處開口，采用綜合機械化掘進工藝，沿49°方位角以-18°傾角度向下施工，掘進317m（斜距），與二水平回風大巷聯通。井筒為直墻半圓拱斷面，凈寬4.0m，凈高3.0m，凈斷面10.28㎡，設計總斜長317m。

節省巷道掘進工程人工成本，掘進速度快，掘進效率高，以降低井巷工程造價，縮短巷道掘進工期。

相比于-25°傾角炮掘工藝，-18°傾角綜掘工藝避開了復雜的火工品審批流程，避免了爆破作業崩落矸石傷人及炮掘產生的有毒有害氣體，優化了作業環境，且巷道成型好。

相比于-25°傾角炮掘工藝，-18°傾角綜掘工藝，由于傾角小，避免了掘進作業過程中溜矸傷人等事故的發生，更安全高效。