岳城煤矿回风立井施工方案的优化研究

穆恩弘

（晋城无烟煤矿业集团金成矿山建筑工程有限责任公司，山西 晋城 048000）

岳城煤矿回风立井延深段掘进工作面，地面位于岳城矿工业广场以南，地面标高812～848 m，开口位置位于东翼回风大巷内回风立井正下方，回风立井延深段设计总长为51.888 m，中心线沿倾角90°向下进行施工。回风立井延深段为圆形断面，断面毛直径为7.2 m，净直径为7.0 m，毛断面积40.69 m2，净断面积38.47 m2。根据实际地质测量，在进行施工的过程中需要穿过的煤岩层依次为K7砂岩、K6 石灰岩、5#煤层、K5 石灰岩、7#煤层、细粒砂岩、8-1#煤层、8-2#煤层、细粒砂岩，地质结构相对复杂。在施工时采用现有的一次打眼同时爆破和锚杆永久支护的方案，极易导致巷道低结构强度区域在爆破中产生整体坍塌，不仅导致需要额外清理塌陷区域，而且还存在着极大的安全隐患，同时极大地增加了支护作业的工作量，无法满足岳城煤矿回风立井的施工周期需求。

结合岳城矿回风立井施工区域的实际地质情况，提出了分次装药分次爆破成巷[1]及锚网联合支护方案。通过区分不同区域的实际地质稳定状态，合理设置爆破孔及装药量，在确保爆破效率的情况下提升了爆破安全性，而且采用锚网联合支护方案，降低了支护作业工作量，提升了支护效率。根据实际应用表明，该方案能够将施工效率提升24.2%以上，一次爆破成功率提升7.6%，将支护周期降低31.1%，施工安全性得到极大优化。

1 分次装药分次爆破

打眼采用全断面一次打眼，打眼设备为YT-28型风动凿岩机[2]，以工作面压风管路为钻机的动力源。为了保证钻进过程中的连续性，每班需要配备至少3 台钻机，两用一备，避免出现异常。钻进时采用了中空岩钻杆，钻头直径统一为43 mm，钻杆的长度可根据煤矿井下的地质情况选择。在地质条件坚硬的地方选择长度为2.2 m 的长钻杆，在地质条件松软的地方选择长度为1.5 m 的短钻杆，满足不同地质条件下的钻进安全性需求。

在循环进度为1.2 m 的情况下，第一次爆破设计炮眼96 个。其中，辅助眼72 个，眼距为500 mm，眼深1.5 m，角度90°，每眼装药量设计为3 卷；周边眼24 个，眼距500 mm，眼深1.5 m，角度82°，每眼装药量设计为3 卷。第一次爆破设计最大装药量为57.6 kg。

第二次爆破设计炮眼69 个，其中辅助眼50 个，眼距500 mm，眼深1.5 m，角度90°，每眼装药量设计为3 卷；周边眼19 个，眼距500 mm，眼深1.5 m，角度82°，每眼装药量设计为3 卷。第二次爆破设计最大装药量为41.4 kg。

循环进度1.2 m 情况下回风立井延深段炮眼布置及爆破联线结构如图1。

图1 炮眼布置及爆破联线结构示意图

爆破时采用分次装药分次爆破成巷的方法。第一次爆破时，将第二次爆破炮眼用炮棍、锹把等堵住，再用废旧皮带进行覆盖保护。第一次爆破完成后，将皮带上的矸石清理干净，移除皮带，再进行吹眼装药爆破作业。炸药采用三级煤矿许用乳化炸药，其规格为：Ф35 mm×180 mm，重200 g/卷，全串联连线方式。雷管采用8#三米脚线的毫秒延期电雷管，正向爆破，爆破采用FD200D（B）型发爆器。

该爆破方案的优点在于能够根据井下不同的地质情况进行合理的爆破孔的设置，避免了一次打眼同时爆破时出现的塌方，灵活性高，而且一次爆破合格率达到了97%以上。

2 锚网联合支护

回风立井段由于需穿过9 层不同结构的地层，不同区域对支护需求差异性较大，传统的依靠锚杆支护的方案稳定性好但支护强度过剩[3]，而且支护效率低，支护成本高，因此在对多种支护方案进行对比后，选择了锚网联合支护方案[4]。

锚杆采用MSGLW-400-22/2200 mm 高强度螺纹钢锚杆，托盘采用配套15 mm×150 mm×10 mm 拱形高强度托盘。锚杆布置方式为矩形布置，每排布置29 根锚杆，间距为800 mm，排距为900 mm。锚杆安设角度为垂直于巷道轮廓线安设。锚杆锚固方式为树脂加长锚固，锚固长度不小于1208 mm，采用一支规格为MSK2335（先放）和一支规格为MSZ2360（后放）的树脂锚固剂，锚杆锚固力不小于120 kN，预紧力矩不小于350 N·m（煤层中不小于250 N·m），锚杆螺母以外外露长度不大于50 mm，不小于10 mm。

网片采用JW10/50×50-1.2×10 型的经纬网，10#铅丝编织而成，网孔规格为50 mm×50 mm，网片采用搭接形式，搭接长度为100 mm，并用16#双股联网丝每隔100 mm 一道联紧，并且扭结圈数不少于2 圈。

在施工过程中，首先采用敲帮问顶的方案对支护区域进行安全检查，然后利用中空麻花钻进行支护锚杆孔的打孔作业，对钻孔结构进行测量，满足要求后逐次放入MSK2335 锚固剂和MSZ2360 锚固剂，然后在孔内设置锚杆，利用锚杆将锚固剂推入到锚杆孔的底部，同时对锚固剂进行搅拌处理，然后再进行锚杆布设和锚网连接。该方案不仅具有锚杆支护的结构稳定性，而且适当地简化了支护结构，显著提升了支护效率和稳定性。锚网支护的整体结构如图2。

图2 锚网支护整体结构示意图

3 回风立井施工方案应用情况

该方案在岳城煤矿投入应用以来表现出了极高的应用灵活性和稳定性。井下分次装药分次爆破成巷的方法确保一次爆破合格率达到了97%以上，比传统爆破方案提升了7.6%，而且在爆破过程中的安全性高，未出现过爆破导致的塌方事故。锚网联合支护的方案，支护结构优化，支护周期从最初的37 h，降低到了目前的25.5 h，将支护周期降低了31.1%。整个回风立井的施工效率比优化前提升了4.2%以上，顶板的支护稳定性得到了较大的提升。优化前后顶板的变形量如图3。

图3 优化前后顶板变形量变化示意图

由图3 可知，优化后顶板的最大变形量在第10 d 后达到最大，约为45 mm；优化前的最大变形量在第25 d 时达到最大，约为240 mm。优化后的变形量比优化前降低了81.25%，达到稳定后的天数缩短了60%，支护安全性和稳定性均得到了巨大的提升。

4 结论

针对回风立井施工区域地质条件复杂、施工效率低，井筒易出现塌陷的异常，从爆破方案及井筒支护结构优化入手，提出了分次装药分次爆破成巷及锚网联合支护方案，一次爆破合格率达到了97%以上，显著提升了支护效率和稳定性，施工效率提升24.2%以上，一次爆破成功率提升7.6%，将支护周期降低31.1%，施工安全性得到极大优化。