正佳煤矿大断面主斜井表土段快速施工技术

张宏伟

(山西汾西正佳煤业有限责任公司，山西临汾 041300)

1 工程概况

山西汾西正佳煤业有限责任公司正佳煤矿位于山西省隰县东北部下李乡梁家河村，设计生产能力为年产90万t。主斜井设计斜长572.48 m，其中表土段156.19 m，基岩段416.29 m，为早日形成井下的运输系统，不影响矿井其他工程的施工进度，主斜井的快速施工就成为影响矿井建设总工期的主要环节。

主斜井在开始井筒表土段156.19 m掘砌施工初期，由于表土段绝大部分被第三、四系地层覆盖，冲沟发育，呈暗红色黏土结构，含少量砾石层或胶结黏土层，遇水易软化溶解，遇风易干裂剥落，围岩很不稳定。原井筒掘进施工采用YT-28型风动凿岩机凿岩，浅孔光面爆破的施工方法掘进。临时支护采用管棚迎头支护的临时支护方式，具体操作为根据工作面围岩情况，用3根～5根8 m长的管棚，在工作面最前一模拱部向工作面的表土内打入，并超前一个循环距离1 m～2 m，每6 m进行一次超前支护。放炮后进行永久支护，永久支护采用单层钢筋混凝土分段支护。内环筋圆钢Φ18@300 mm，内纵筋Φ16@300 mm，搭接长度35 cm，混凝土厚度拱部500 mm;墙部呈梯形，上部500 mm、下部800 mm，断面基础深度800 mm、宽800 mm，混凝土标号C30。支护段长为3m，采取从上向下的施工顺序，掘够一次支护段长及时进行永久支护。

在施工过程中由于工序繁琐复杂，工程现场作业人员实际操作困难重重，严重的影响了施工速度。本文就工程实践中影响表土段井筒快速施工的施工工序、支护方式等问题进行了探讨，提出了合理的主斜井表土段施工技术方案与支护方式，并在工程实践中获得了较快的施工速度，缩短了正佳煤矿的矿井基本建设工期，取得了明显的技术经济效益［1，2］。

2 主斜井表土段施工技术方案

2.1 井筒施工方案

选择井筒施工方案时，要综合考虑井筒的围岩岩性、井筒的直径、井筒深度、现场施工机械现代化水平、施工单位管理水平、施工作业人员操作水平高低等因素确定井筒施工方案。针对主斜井表土段的工程及水文地质条件，在表土段围岩允许的情况下，采用1 m3反铲式挖掘机挖掘，人工风镐配合施工。如岩土坚硬，在挖机挖不动的情况下可用打眼放炮的方式，采用中心眼掏槽，周边放震动小炮，然后挖机挖掘人工风镐配合施工掘进，每循环进尺1 000 mm。

2.2 主斜井井筒表土段施工临时支护方案

主斜井井筒表土段施工临时支护采用半圆拱临时支架结合混凝土喷浆联合支护，其中半圆拱支架采用18号槽钢按掘进断面制作临时半圆拱支架，支架分段组成，支架拱腿长2 400 mm(包括基础800 mm)，拱架净高2 950 mm，净宽5 900 mm。每掘进1 000 mm支设一架，拱部用6 mm钢筋网挂网，木背板勾顶。支架各段成形工作在地面完成，在井筒掘进断面成形后立即进行临时支护，拱架由铲车运送到工作面，先立两旁拱腿，立腿时要校正好拱腿位置，并按8°迎山角支设拱架。顶部半圆拱现场组合，每个接口由4条20 mm螺栓连接，安装时由机械配合安装。支架组合完成后用拉杆与上一架支架拉接牢固。

钢筋施工同样也是在地面使用钢筋弯曲机将拱部钢筋弯成固定规格的半圆弧形，然后将钢筋使用平板车或人工(离井口近的情况)搬运到井下。

在每掘进5 m～10 m后，将进行一次喷射混凝土临时支护，及时将围岩土层进行封闭，喷射时不拆除临时拱架，喷射厚度100 mm。混凝土强度等级C20。

2.3 主斜井井筒表土段施工永久支护方案

永久支护采用单层钢筋混凝土支护，内环筋圆钢 Φ18@300 mm，内纵筋圆钢Φ16@300 mm，搭接长度350 mm，喷射混凝土支护厚度500 mm。但支护方法和以前有所不同，永久支护时不拆除临时支护，将临时支护18号槽钢制作的半圆拱支架一并浇筑在混凝土里边，一方面加强了巷道永久支护的强度，另一方面简化了施工工序，增加了井筒施工期间与后期井筒服务期间的安全性，同时也降低了工人的劳动作业强度，简化了施工工序，提高了施工速度。

喷射混凝土永久支护采用PZ-5F型湿式喷射机。喷射混凝土配拌料，在井口设集中搅拌站，用1台JZC-500C型搅拌机搅拌，6 m3箕斗下料。初喷紧跟掘进迎头，初喷厚度为30 mm～50 mm。多次复喷成巷，成巷滞后掘进工作面迎头20 m～30 m，多次喷射达到设计厚度150 mm。为防止渗水，混凝土中添加JJ91S硅质密实防水剂，添加量为水泥用量的8%。

永久支护仍采用单层钢筋混凝土支护，纵筋采用Φ16 mm螺纹钢，环筋采用Φ18 mm螺纹钢，喷射混凝土支护厚度500 mm。但支护方法和以前有所不同，永久支护时不拆除临时支护，将临时支护18号槽钢制作的半圆拱支架一并浇筑在混凝土里边，一方面加强了巷道永久支护的强度，另一方面简化了施工工序，增加了井筒施工期间与后期井筒服务期间的安全性，同时也降低了工人的劳动作业强度，简化了施工工序，提高了施工速度［3，4］。

3 主斜井井筒施工机械化装备的综合配套

井筒施工机械化装备的综合配套必须考虑水文地质条件、作业方式和施工工艺以及能够满足工程质量要求等方面的要求，同时保证各配套设备性能稳定、可靠，充分发挥其 综合效能。

考虑到提升能力与装岩能力的匹配，表土段施工期间采用WZJ150型履带式挖斗装岩机装岩，提升采用JK-2.0/20提升机，单钩提升，6 m3箕斗，地面设翻矸架，ZL-50型装载机配10 t自卸汽车排矸。混凝土搅拌系统由井口附近设集中搅拌站，2台JS-750搅拌机搅拌混凝土。混凝土输送泵直接将混凝土入模，风动振动棒捣固。喷射混凝土临时支护采用PZ-5F型湿式喷射机，初喷厚度为30 mm～50 mm。多次复喷成巷，多次喷射达到设计厚度100 mm。井筒施工期间通风系统选用FBDNO6.3/2×22型对旋风机，φ800 mm PVC阻燃性风筒压入式通风。排水系统备用1台DC50-80×4型卧泵排水及风泵和潜水泵，根据井筒涌水情况，在适当部位开凿临时水仓，采用多级提升将工作面水排出地面［5］。

4 几点体会

1)合理的施工工序与支护技术，不仅要满足矿井巷道支护强度的要求，同时还要考虑施工过程中操作的可行性。本文通过分析正佳煤矿主斜井表土段施工的特点和要求，对表土段井筒施工过程中的施工工序和支护技术进行了优化，实现了表土层大断面井筒的快速施工，而且大大减轻了工人的劳动强度，技术经济效益明显。2)对表土段井筒施工期间的机械设备进行配套优化，既降低了工人的劳动强度，又减少了施工作业时间，并能更大程度地发挥机械设备的生产能力，有力地保证了矿井基本建设的按期完成。

［1］ 高喜才，伍永平，董柏林.复杂围岩环境大断面斜井筒耦合支护技术实践［J］.煤炭工程，2008(1):43-45.

［2］ 李德裕，王 东，李赞先.斜井过浅埋地表沟的施工［J］.建井技术，1993(6):9-10.

［3］ 常乃惠，贾云峰，孟荣昌.斜井快速施工［J］.建井技术，1992(6):23-25.

［4］ 慕 杨，李景涛.煤矿斜井风化破碎带堵水、围岩加固技术研究［J］.煤炭技术，2011(3):8-10.

［5］ 薛再君.特厚富水松软地层长距离缓坡斜井快速施工［J］.山西建筑，2012，38(4):112-113.