開拓煤業(yè)水平延深回風(fēng)暗斜井設(shè)計

葉世興

山西潞安集團(tuán)蒲縣開拓煤業(yè)有限公司 山西 臨汾 041206

井巷設(shè)計堅持“少投入，多產(chǎn)出”的方針。改革礦井開拓布置、簡化系統(tǒng)，合理集中生產(chǎn)、節(jié)省井巷工程量、多開煤巷、少開巖巷，以降低造價，縮短建設(shè)工期。

目前礦井設(shè)有主斜井、副斜井與回風(fēng)立井三個井筒。主斜井安裝帶式輸送機，擔(dān)負(fù)井下煤流提升任務(wù)；副斜井設(shè)有架空乘人裝置與異形軌，擔(dān)負(fù)礦井人員與材料的運輸；回風(fēng)立井設(shè)有梯子間，擔(dān)負(fù)礦井回風(fēng)任務(wù)，與主副斜井形成完整的通風(fēng)系統(tǒng)，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(chǎn)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(xiàn)有回風(fēng)立井井底標(biāo)高+1207.97m，開采下組11號煤時井筒需垂直延深100m，回風(fēng)立井延深需將礦井長期停產(chǎn)改造，影響礦井正常生產(chǎn)，同時全礦井300多名員工需停職在家，對于社會的穩(wěn)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(fù)雜，施工進(jìn)度慢；

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

根據(jù)井田內(nèi)11號煤層資源情況，本次設(shè)計綜合考慮礦井現(xiàn)有場地設(shè)施設(shè)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(fēng)暗斜井巷道布置方案

方案一：回風(fēng)暗斜井：在回風(fēng)井與一水平回風(fēng)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(fēng)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(dān)負(fù)礦井二水平的回風(fēng)任務(wù)，兼做二水平的安全出口，如圖1，圖2方案一所示。

圖1 回風(fēng)暗斜井設(shè)計平面

圖2 回風(fēng)暗斜井設(shè)計剖面

方案二：回風(fēng)暗斜井：在回風(fēng)井與一水平回風(fēng)巷交叉處開口，沿49°方位以-18度向下施工，掘進(jìn)317m（斜距），與二水平回風(fēng)大巷聯(lián)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(dān)負(fù)礦井二水平的回風(fēng)任務(wù)，兼做二水平的安全出口，如圖1，圖2方案二所示。

3 回風(fēng)暗斜井11#落底點標(biāo)高計算

方案一：已知回風(fēng)暗斜井開口處的巷道底板標(biāo)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(shè)落底點標(biāo)高為h0，如圖1方案一所示，則

h0=h1-h2-h3

h1——回風(fēng)暗斜井開口處標(biāo)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(biāo)高為+1079.44m。

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

h0=h1-Lsinα；

h0——落底點標(biāo)高；h1——回風(fēng)暗斜井開口處的巷道底板標(biāo)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(biāo)高為+1085.44m。

根據(jù)標(biāo)高計算結(jié)果，兩種方案巷道落底點均在11#煤層內(nèi)，將傾角從負(fù)25°調(diào)整為負(fù)18°不影響回風(fēng)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(fù)18°，綜合機械化掘進(jìn)工藝方案二可行。

4 兩方案掘進(jìn)作業(yè)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(yè)的，綜掘機在向下作業(yè)的過程中，不能后退，無法完成退機錨桿支護(hù)工藝，只能在掘進(jìn)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(jìn)行錨桿支護(hù)作業(yè)。不能使用綜合機械化掘進(jìn)機作業(yè)，只能采用炮掘工藝作業(yè)。

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(yè)的綜掘機組，且可以匹配相應(yīng)的矸石運輸設(shè)備進(jìn)行快速掘進(jìn)，若采用炮掘作業(yè)，工藝落后，掘進(jìn)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(jìn)工藝比較有利。

方案一和方案二的優(yōu)缺點比較

方案一（巷道傾角-25°炮掘工藝），優(yōu)點：-25°傾角掘進(jìn)巷道長度276m，而18°傾角掘進(jìn)巷道總長度317m,相比之下掘進(jìn)巷道進(jìn)尺少，出矸少，支護(hù)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(jù)相關(guān)部門管理規(guī)定，開拓煤業(yè)所在礦區(qū)，炮掘工藝火工品審批流程復(fù)雜，且根據(jù)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(jìn)巷道成本很高；炮掘作業(yè)過程，產(chǎn)生有毒有害氣體，作業(yè)環(huán)境相對較差，也容易發(fā)生爆破作業(yè)崩傷人員等事故。

方案二（巷道傾角-18°綜合機械化掘進(jìn)工藝），優(yōu)點：巷道掘進(jìn)速度快，成型好，工程質(zhì)量有保證；省去火工品炮掘作業(yè)審批流程，誤工少，節(jié)省爆破公司及安保公司費用每月50萬元；作業(yè)環(huán)境不產(chǎn)生炮煙，相對較好。缺點：巷道掘進(jìn)長度317m，較276m多出41m，支護(hù)材料消耗相應(yīng)較多。

綜上所述，選擇方案二巷道傾角-18°綜合機械化掘進(jìn)工藝。

5 巷道斷面及支護(hù)

回風(fēng)暗斜井呈直墻半圓拱形，永久支護(hù)采用錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)，井筒為直墻半圓拱斷面，毛斷面寬4.2m，高3.1m，掘進(jìn)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(fēng)暗斜井巷道斷面特征表如下。

表1 回風(fēng)暗斜井巷道斷面特征表

1）錨桿規(guī)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(guī)格：150×150×10mm，托盤拱高不低于36mm。

3）網(wǎng)片規(guī)格：鋼筋網(wǎng)采用φ6mm鋼筋制作，網(wǎng)片規(guī)格2000×1000mm，網(wǎng)格規(guī)格100×100mm。網(wǎng)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(jié)不少于三圈。

4）錨固劑規(guī)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(shè)3根（共7根），幫部左右?guī)透鞑荚O(shè)2根，間距800mm，拱頂部+幫部每排共打設(shè)11根錨桿；錨桿全部垂直巖面打設(shè)，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(guī)格：錨索規(guī)格SKP17.8-7300mm；沿巷道中線在兩排錨桿中間布設(shè)第一根錨索，左右各間距1200mm布設(shè)兩根錨索；錨索排距1800mm；錨索應(yīng)全部垂直巖面打設(shè)，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(guī)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(yù)緊力：錨索要求超張拉至180KN，損失后預(yù)緊力不小于150KN。

10）噴射混凝土：混凝土標(biāo)號C20，厚度100mm。

6 結(jié)論

綜上所述，回風(fēng)暗斜井設(shè)計選用如圖2所示方案二：在回風(fēng)井與一水平回風(fēng)巷交叉處開口，采用綜合機械化掘進(jìn)工藝，沿49°方位角以-18°傾角度向下施工，掘進(jìn)317m（斜距），與二水平回風(fēng)大巷聯(lián)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(shè)計總斜長317m。

節(jié)省巷道掘進(jìn)工程人工成本，掘進(jìn)速度快，掘進(jìn)效率高，以降低井巷工程造價，縮短巷道掘進(jìn)工期。

相比于-25°傾角炮掘工藝，-18°傾角綜掘工藝避開了復(fù)雜的火工品審批流程，避免了爆破作業(yè)崩落矸石傷人及炮掘產(chǎn)生的有毒有害氣體，優(yōu)化了作業(yè)環(huán)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(jìn)作業(yè)過程中溜矸傷人等事故的發(fā)生，更安全高效。