莒山煤矿下组煤主斜井开拓特殊段施工方案研究_孔晋刚.pdf

九采区东部辅助巷约 2100m 巷道，巷道西高东 低， 平均断面 14m2， 可采用非胶结膏体充填方式， 处 理 4.4 万 t 矸石。十一采区 113 上 03、 113 下 10 顺槽 约 2400m巷道平均断面 12m2， 可采用膏体充填方式， 处理 4.3 万 t 矸石。 随采场布置变化， 对停采线外不可 采区域的老巷进行充填。 3.4矸石井下处理能力 按 - 740 水平生产能力 300 万 t/a， 50mm矸石率 12.5， 掘进矸石 6 万 t 计， 年可分离矸石 43.5 万 t。 TDS 分离系统年分选矸石 46 万 t/a； 膏体充填系统能 力为 100m3/h， 年可处理矸石 40 万 t。 3.5置换资源量 充填工作面每年置换原煤 36.7 万 t/a，创效约 8000 万元。 5结束语 1 ）利用煤矸分离及矸石充填技术，能够实现矸 石 “不升井、 少上井” ， 有效避免因矸石堆放造成的环 境污染。 2 ）实施充填开采， 能够解放部分 “三下” 压覆资 源， 有利于提高矿井资源回收率， 延长服务年限， 促进 矿井的可持续发展。 3 ）矸石非胶结膏体充填技术，为防止工作面采 空区自然发火提供了有效技术途径， 有利于提高矿井 安全保障程度。 4 ）矸石胶结膏体充填利用部分井下涌水，根据 设计每年充填用水量在 13 万 m3， 减少了矿井污水处 理工作量和处理费用。 作者简介 魏永启 （1977-） ,男， 汉族， 山东滕州人， 毕业于太原理工 大学采矿专业， 大学本科学历， 硕士学位， 采矿高级工程师， 现任兖州煤业股份有限公司生产技术部业务高级主管。 （收稿日期 2019- 12- 5） 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 1工程概况 莒山煤矿 3 号煤层储量日渐枯竭，现已进入残 采， 为实现生产接替， 进行下组煤水平延深项目建设。 设计地面生产系统利用原有的选煤厂、 5 联体筒仓及 铁路运输线路， 新建井口房、 空加室、 原煤封闭储煤 棚、 筛分楼、 带式输送机栈桥、 暗道、 副井绞车房、 器材 库、 机修车间、 综采设备库、 坑木加工坊、 锅炉房； 开拓 工程新掘主斜井、 副斜井、 回风立井， 延深利用现有主 斜井 （改造为行人斜井） 以及井下各辅助生产项目和 莒山煤矿下组煤主斜井开拓特殊段施工方案研究 孔 晋 刚 （山西兰花煤炭实业集团有限公司 ， 山西 晋城 048000 ） 摘要 针对莒山煤矿主斜井在开拓时遇到的特殊问题， 设计了具体的施工方案。通过对井筒底空及 水平十字相交空巷充填注浆， 加固维护， 有效防止井筒底板下沉、 帮壁围岩变形， 有效起到隔绝废旧空 巷、 堵漏、 堵水作用。 关键词 煤矿开采 ； 主斜井开拓 ； 特殊问题 ； 施工方案 中图分类号 TD823文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 05- 0029- 03 Study on Construction Scheme for Developing Special Section of Main Inclined Shaft of Lower Coal Group in Songshan Coal Mine KONG Jingang （Shanxi Orchid Coal IndustryGroup Co., Ltd. , Jincheng 048000 , China ） Abstract A specific construction plan was designed for the special problems encountered in the development of the main inclined shaft of Lushan Coal Mine. Through the filling of the wellbore bottom space and the horizontal cross intersecting empty roadway, the grouting is strengthened and maintained, effectively preventing the sinking of the bottom plate of the wellbore and deing the surrounding rock of the wall, effectivelypreventingthe waste roadway, pluggingand water blocking. Key words coal mining; main inclined shaft development ; special problems ; construction plan 29 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 井底车场、 煤仓、 中央变电所、 水泵房、 水仓等主要硐 室开拓， 项目建设的占地在原 3 号煤层的生产区内。 主斜井井筒开拓设计坡度 16， 方位角 256， 净断面 14.7m2， 表土段井壁采用钢筋混凝土支护， 混 凝土支护厚度为 500mm， 强度等级不低于 C25。基岩 段采用锚网喷支护，锚杆采用 MSGLW- 335/Φ20 2000mm 型左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距 800mm800mm；每根锚杆采用一卷 K2335 快速树 脂药卷和一卷 Z2360 中速树脂药卷，设计锚固力≥ 110kN， 安装预紧扭力矩≥120N.m； 托盘采用高强度 拱型托盘， 规格为 1201208mm； 铺设 Φ6mm 钢 筋焊接的钢筋网， 网格尺寸为 100100mm； 喷射混 凝土厚 150mm， 强度不低于 C20， 施工过程中， 如遇 构造或软岩， 应采取注浆堵水措施， 或采用其它方式 进行加强支护。井筒内一侧装备带宽 1000mm 的带 式输送机担负井下原煤提升任务，另一侧敷设检修 轨道， 井筒侧帮上布置有行人台阶、 扶手， 同时作为 矿井一个进风井筒和安全出口[1]。 由于地面临近的矿供应科库房楼，需要进行保 护。井筒表土段施工不可以进行大面积明槽开挖， 分 两段进行， 明槽开挖和暗槽开拓。井筒施工穿越地面 中央变电所垂直位置时， 需采取措施。 根据 3 煤层巷 道布置情况， 井筒穿越 3 煤层时， 相遇三条空巷， 需 采取专项施工方案及安全技术措施。 2施工方案 2.1井筒表土段施工 在井筒表土段施工时，需要参照井筒综合柱状 图， 表土段厚度 71m,主要为黄土层和风化基岩层。 施 工深入稳定基岩 5m， 施工总斜长 76m， 坡度 16， 垂 深 20.9m。根据实际情况， 表土段施工不可以进行大 面积明槽开挖， 分两段进行， 明槽开挖和暗槽开拓， 如 图 1 所示。 明槽段平行位置 23m～28m 段处于供应科库房 楼， 明槽开挖后会对供应科库房楼影响， 地基松动， 为 确保工程质量及对供应科库房楼的有效保护。 明槽开 挖前在供应科库房楼前 0.65m、 距井筒中心 7.35m 处 平行布置护壁桩 10 根，桩间距 500mm，桩孔直径 300mm， 护壁桩垂直施工深入井筒底板 5m， 然后制作 加工 φ16mm 钢筋 4 根均匀布置、 φ6mm 箍筋稳固 焊接后， 放入桩孔内， 进行混凝土浇筑， 浇筑时采取措 施确保混凝土浇筑密实， 充填严实。凝固期满后进行 明槽开挖， 保护楼体基础稳固， 防止边坡滑坡[2-3]。 明槽 开挖长 28m， 斜长 29m。明槽开挖底部宽 6.5m， 上口 宽度由井口至 28m 位置逐步递增至 13.7m，至 28m 位置施工垂直深度 8.62m。为对建筑物楼梯进行保 护， 根据现场实际情况， 边坡左侧开挖坡度 60， 右 侧开挖坡度 70。 明槽开挖逐层进行， 每层开挖深度 2.55m，开挖后及时对两侧边坡及迎脸裸露面进行锚 网喷临时支护， 保护边坡防止滑坡。 图 1明槽开挖和暗槽开拓示意图 表土段暗槽施工 28m 至 76m 段， 处于黄土层和 基岩风化层， 直接开挖容易造成局部垮落、 冒顶等情 况，暗槽开挖前首先沿井筒拱顶外壁施工 φ50 4mm、 长 3m 的无缝钢管， 间距 300mm 布置， 作为超 前支护，防止开挖后表土层垮落、塌方。循环进度 2m， 每个循环都必须施工超前支护。 循环开挖后布置 14 槽钢拱形支架支设 2 架， 沿拱顶槽钢外圈铺设钢 筋网片接顶， 再进行钢筋混凝土浇筑。主斜井井筒施 工至 78m～125m 段， 经过地面中央变电所， 循环进度 由 2m 变为 1m， 降低循环进度， 采用小炮开拓， 减小 对地面建筑物及供电系统的影响，同时地面加强巡 查。爆破施工前， 通知地面并设置警戒， 爆破后由专 人负责对地面受影响范围进行巡查。 2.2空巷治理措施分析 根据 3 号煤层回采巷道布置资料， 主斜井井筒施 工至 235m 处与 3 煤层废弃空巷揭露，相遇空巷 3 处，其中 1 处空巷位于主斜井井筒底部， 2 处空巷与 主斜井井筒水平十字相交,如图 2 所示。 图 21 空巷剖面图 30 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 施 工 至 160m， 距 井 筒 底 部 空 巷 垂 直 距 离 20m， 160m～190m段根据井筒开拓进度在井筒底板中 心位置逐步对底部空巷进行布孔灌浆， 布孔垂直于底 板， 孔距 10m， 共布置钻孔 4 个 （编号为 1、 2、 3、 4 ） 。 井筒开拓至 200m～215m位置， 停止施工， 将该段 作为主施工钻场， 进行布孔， 孔距 5m， 共布置钻孔 4 个， 放射布孔确保覆盖下部空巷 （5182、 6159、 7136、 8113 ） 。 所有钻孔均施工深入空巷底板以下 2m，施工钻孔孔径 94mm、二次进行扩孔后孔径 133mm。 首先进行灌浆， 160m～190m 的 4 个钻孔根据开 拓进度逐一进行灌水泥砂浆。钻场内 200m～215m段 的 4 个钻孔集中灌浆， 顺序为 4- 3- 2- 1。其次进 行注浆，封口注浆管埋设采用规格 φ42mm 无缝钢 管， 长度 3m， 端头对称开孔 （留设注浆口和安装压力 表） ，孔口外漏长 度 300mm～500mm。 注 浆 顺 序 1- 8- 2- 3- 4- 5- 6- 7。1、 8 孔注浆时采用低 压间歇注浆方式， 避免过大的扩散而浪费浆液， 2- 7 孔注浆直接注单液浆， 半小时不升压， 改注双液浆， 或 在压力达不到终压的 60时改注双液浆，注浆时应 密切关注压力表读数和井筒底板情况， 避免出现跑浆 现象。 灌注浆配合比为水泥砂浆配合比 13。单液浆配 合比为水灰 0.751～11。双液浆配合比为水灰 0.75 1～11， 水泥水玻璃 10.5。初始注浆压力以静水压力 的 1.5 倍左右控制， 即 2.0MPa， 注浆终压力为静水压 的 2.5 倍， 即 3.2MPa。 进行带压密集注浆， 确保井筒下 部空巷充填密实， 保证井筒不受底部空巷影响。 2 空巷位于井筒中下部， 3 空巷位于井筒中上 部。井筒开拓距空巷 20m范围， 进行探空释放空巷内 瓦斯、二氧化碳及有毒有害气体， 20m范围内开拓要 加强监督、 检查， 直至揭露空巷。 穿越 2 空巷时，由于该空巷位于主斜井井筒底 板以下， 揭露空巷后施工工序 1 ） 对主斜井井筒帮壁进行加固临时支护， 接续主 斜井井筒两帮空巷口部施工锚索进行锁口支护， 防止 垮落、 塌方接续对两帮空巷及底部进行巷道内杂物清 理， 并对空巷进行维护、 加固， 采用锚网支护， 间排距 800800mm， 加固长度两帮各 6m。接续在空巷底部 铺设 φ1596.5 的无缝钢管三根，用于导流空巷内 部老空积水； 2 ） 在两帮空巷里面 6m位置施工底梁 砖混结 构挡墙并接顶， 底梁宽 1m、 高 0.5m， 配 φ16200、 箍 筋 φ6200 的钢筋作为砖混挡墙基础，对挡墙起到 稳固作用； 3 ） 对空巷采用片石充填至主斜井两帮空巷口部 1m位置， 同样施工底梁 砖混结构挡墙， 并预留注浆 孔。第六对空巷进行密集注浆， 进一步加固。 穿越 3 空巷时， 采用同样的施工方案， 由于位于 井筒中上部， 需在井筒拱顶预埋导水管， 将积水引流 至井筒内外排。2、 3 空巷完成上述工序后， 在预留 孔进行带压密集注浆，注浆配合比及注浆压力同 1 空巷。主斜井井筒穿越 2、 3 空巷时， 该段处于煤岩 交结段， 拱顶及两帮围岩稳定性差， 容易垮落， 在井筒 底板横跨井筒各布置 3 根水泥横梁 配筋， 布置方式 同挡墙底梁， 横梁两端与挡墙底梁连接浇筑， 起到井 筒底板稳固不下沉， 井筒穿越该段采用 25U 型刚棚 锚网支护 五花布置锚索。 3结论 根据主斜井井口明槽开挖初期，采取打设护壁 桩， 明槽分段施工， 合理控制明槽开挖边坡角度， 有效 保护井口周围楼房建筑基础的稳固， 通过对井筒底空 及水平十字相交空巷充填注浆， 加固维护， 有效防止 井筒底板下沉、 帮壁围岩变形， 有效起到隔绝废旧空 巷、 堵漏、 堵水作用。 参考文献 [1] 贺林. 乌鲁木齐矿区急倾斜煤层开采地表移动变形规律 研究[D].西安科技大学,2008. [2] 屠洪盛. 薄及中厚急倾斜煤层长壁综采覆岩运动规律与 控制机理研究[D].中国矿业大学,2014. [3] 刘程. 急倾斜煤层分段开采围岩裂隙场演化及瓦斯运移 规律研究[D].西安科技大学,2018. [4] 李永明,刘长友,黄炳香,杨敬轩. 急倾斜煤层覆岩破断和 裂隙演化的采厚效应 [J]. 湖南科技大学学报 自然科学 版,2012,27 （03） 10- 15. 作者简介 孔晋刚 （1976 年 9 月 -）， 男， 汉族， 山西晋城人。 2010 年 毕业于太原理工大学采矿工程专业， 本科学历， 采煤工程师， 注册安全工程师， 现任山西兰花集团公司处长， 研究方向采 煤技术。 （收稿日期 2019- 11- 22） 31 ChaoXing