大断面副斜井快速掘进工艺优化

王宏伟

（大同煤矿集团宏泰矿山工程建设有限责任公司，山西 大同 037003）

斜井施工当前普遍采用多台气腿式凿岩机打眼，耙斗装岩机装岩，箕斗提升，风动潜水泵排水，激光指向，远距离输料喷射混凝土等配套方案。当前马脊梁矿副斜井掘进效率不高，影响了煤矿的接续。论文以大同煤矿集团马脊梁矿副斜井为研究对象，对副斜井的掘进工艺进行优化，有效提高了斜井掘进速度。

1 工程概况

马脊梁矿位于大同市西部边缘40km，已有近70年的开采历史。矿井开拓方式为斜井单水平多煤层开拓，通风方式为中央并列分区混合式。马脊梁矿副斜井井筒自表土开口，沿方位角195° 30'、坡度-5.5°掘进，设计掘进总全长2109m，井口以下430m后变为-7.5°，掘进断面为22.9m2，该副斜井穿过的岩层为三叠纪延长群砂岩、砂泥岩、侏罗纪花斑泥岩，岩层倾角15°左右，基岩涌水不大。

一般在巷道掘进作业过程中，支护工作时间占总作业时间的75%，因此需要做好巷道的支护设计方案，达到提高巷道掘进速度的目的。副斜井支护设计方案如下：临时支护采用吊挂前探梁，4根Φ75×3000mm圆钢，间距1.6m，用金属锚杆和吊环固定，前探梁上方用规格为1800×200×150mm的木板梁接顶。永久支护：基岩段采用锚杆金属网喷射混凝土加钢筋拱架支护。锚杆间排距800×800mm，矩形布置，使用Φ16×2200mm圆钢树脂端头锚固锚杆；喷射混凝土厚度100mm。

2 施工工艺优化方案研究

2.1 掘进工艺的设计

马脊梁矿副斜井巷道断面为半圆拱形，掘进宽5.6m，掘进高度4.7m，掘进断面22.9m2。考虑到全断面一次开挖工艺方式无法进行平行作业的现状，决定采用2台掘进机单侧壁导坑法施工的方式。

选用太原矿山机器集团公司生产的EBZ160型悬臂式掘进机，2台掘进机同时工作，由于第1台掘进机掘进后进行了支护，就起到了保护第2台掘进机掘进安全的目的。设定掘进机截割破岩工艺如下：EBZ160型掘进机在工作时主要是使用横向往复式截割，截割过程为第1台掘进机以4m宽小断面沿前进方向靠右前行掘进。在截割过程中出现截割高度不够的情况应该先将上部截割断面截出，退出掘进机，完成顶板支护后再进行起底；第2台掘进机滞后第1台掘进机50m采用与第1台掘进机相同工艺连续进行工作。每个循环进度为1.6m，每刀进度0.4m，4刀一循环，截割完成后将掘进机退出5m后再进行相应的支护工作。掘进机截割轨迹图如图1所示。

图1 掘进机截割轨迹示意图（单位：mm）

2.2 支护工艺的优化

（1）临时支护。掘进机割出2排锚杆进度后，首先将掘进机退出迎头5m后进行临时支护。第1台掘进机掘出小断面后，先期对能进行永久支护的范围进行永久支护，然后对无法进行永久支护的范围打临时锚杆，临时锚杆间排距小于等于1.2m。当第2台掘进机掘出全断面后，需进行所有的永久支护工作。

（2）永久支护。永久支护工作面最大空顶距1.9m，最小空顶距0.3m。

（3）喷射混凝土。喷射混泥土工作分2个阶段完成，第一阶段滞后第1台掘进机迎头20～25m进行初喷，其厚度为50mm；第二阶段滞后第2台掘进机迎头20～25m进行复喷，厚度50mm。

2.3 施工安全措施

（1）装岩时的安全措施如下：耙斗装岩机下放前，应注意提升绞车拉紧后方可拆除后车轮的卡轨器，并且绞车须开慢，牵引力量不可过猛。耙斗装岩机下放时，其下面不准站人。下放后，要把固定装置固定好，并检查无误后才能正式装岩。箕斗或矿车下放接近耙斗装岩机时，应减速，防止冲坏耙斗装岩机。装岩完毕，关掉电门，将两个操作手把放在松闸位置上，再将手把取出，由司机保存备用。

（2）支护时的安全要求：斜井支护在井筒倾角大于45°时，与竖井基本相同；小于45°时，与平巷基本相同。但因各具有不同的倾角，因而要特别注意支架结构的稳定性。喷射混凝土永久支护施工时，遵循一般的施工安全措施，喷射方向应从上往下方喷射，这样做不仅有利于安全，也有利于喷射工准确地掌握喷咀对顶、帮的喷射距离与喷射方向。当斜井穿过比较松软、节理发育、易冒落的岩层时，仍然可以使用喷射混凝土支护或锚杆与喷射混凝土混合支护。

（3）副斜井施工的排水：由于地表水流入斜井，使井内积存水，在井口还要挖掘环形排水沟，以便将水及时排除。井筒中的水有的是来自透水岩层，这种情况下，可以采取堵水或排水的方法。在堵水时，可采取注浆的办法。妥善地处理井筒涌水和工作面积水是保证施工质量、改善工作面和工人劳动条件、加快掘进速度的重要内容。当工作面涌水量小于5～7m3/h的情况下，可采用提升器配合风动潜水泵或电动潜水泵排水，即水泵将水排至提升容器内，上提倒入矸石仓或平巷水沟，再排至地面；当工作面涌水量较大时，采用水力喷射泵并配合分段排水。

3 循环作业方式

3.1 循环时间计算

破装运岩（煤），按EBZ160型掘进机参数以及其截割工艺，每循环所需时间为20min；临时支护时间取30min；永久支护时间通过计算取100min；喷浆作业因其与掘进平行故不计算时间；铺底与水沟同步施工，工序时间不计入循环时间。故循环时间=破装运岩+临时支护+锚杆支护=150min。班循环数=3.07个，取3个。

3.2 作业循环图表

本次副斜井掘进作业采用“三、八”制作业，每班一个循环，全月作业3ld，共124个班，实际作业77个班。副斜井掘进作业采用的正规循环作业图表如图2所示。

图2 副斜井掘进断面正规作业循环图表

4 结论

以大同煤矿集团马脊梁矿副斜井为研究对象，对其掘进工艺实施优化，通过2台掘进机同时工作，第1台超前50m掘进，第2台掘进成形的方法，为实现副斜井巷道快速永久支护提供了条件。通过合理的工时安排，实现了人机结合的最优化，达到了副斜井快速掘进的目的。