小坡度斜井機械化配套快速施工工法

《小坡度斜井機械化配套快速施工工法》是中煤第五建設有限公司、中平能化建工集團有限公司完成的建築類施工工法，完成人是孟凡良、曹武昌、李明、何志清、李勇、戴傳東。適用於煤炭、黑色金屬、有色金屬、稀有金屬和非金屬等各類礦山工程小坡度斜井井筒或隧道等的施工。

《小坡度斜井機械化配套快速施工工法》主要的工法特點是用鑿岩鑽車代替手抱鑿岩機，提高鑿眼速度；井下採用側卸式裝載機代替耙矸機，提高裝岩的速度；井下採用防爆膠輪車代替絞車和礦車，解決小坡度斜巷施工中矸石運輸問題；運用科學合理的勞動組織，先進的施工工藝，大大提高了單進水平。

2011年9月，《小坡度斜井機械化配套快速施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009-2010年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：小坡度斜井機械化配套快速施工工法
• 工法編號：GJEJGF313-2010
• 完成單位：中煤第五建設有限公司、中平能化建工集團有限公司
• 主要完成人：孟凡良、曹武昌、李明、何志清、李勇、戴傳東
• 套用實例：山西西山晉興能源有限責任公司斜溝礦井副斜井井筒
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）

形成原因

截至2009年，中國的煤炭資源開發重心西移，山西、內蒙、新疆大煤田正逐步啟動，而西部煤炭資源普遍的特點是儲量大、埋藏較淺，平碉或小坡度斜井開拓方式越來越多，而單位所承建的小坡度斜井工程也逐漸增多，為了提高小坡度斜井施工單進水平，縮短建井工期，減輕工人勞動強度，中煤第五建設有限公司、中平能化建工集團有限公司對小坡度斜井施工進行快速施工的研究，在斜井井筒施工中總結形成了《小坡度斜井機械化配套快速施工工法》。

工法特點

《小坡度斜井機械化配套快速施工工法》的工法特點是：

小坡度斜井機械化作業線與《大斷面斜井機械化快速施工工法》施工相比，後者適用於淨斷面S≥7平方米以上、坡度在7°~25°之間的各種角度斜井井筒。主要存在的局限性有：1）提升絞車大，提升距離長，單鉤運輸時間長，提升能力偏低；2）受鑿井絞車纏繩量限制，適用於斜長較短的斜井施工。而小坡度斜井施工作業線可避免上述缺陷，小坡度斜井指傾角在7°以下，又直達地面，由於傾斜角度小，其施工方法與大角度斜井筒相比，鑿岩、裝渣、運輸方式有較多的選擇餘地，迎頭工作面鑿眼、排渣因坡度小而能夠提高效率，施工操作難度較低，施工機械選擇空間大，應充分利用傾角小，不便使用軌道運輸這一有利因素，進行掘進施工作業線的合理配套選擇，以形成打眼速度更快、裝渣出渣效率更高、安全更有保障的配套機械化作業線。其具有如下技術特點：

1.用鑿岩鑽車代替手抱鑿岩機，提高鑿眼速度。

2.半圓狀全斷面一次光面爆破刷大施工技術：光面爆破保持井筒圍岩的完整性、穩定性，爆破矸石塊度比較均勻，為錨、網、噴臨時支護技術的套用奠定了基礎。

3.井下採用側卸式裝載機代替耙矸機，提高裝岩的速度。

4.井下採用防爆膠輪車代替絞車和礦車，解決小坡度斜巷施工中矸石運輸問題。

5.通過後期通風系統改造，解決獨頭掘進距離長，通風問題難以解決的問題。

6.運用科學合理的勞動組織，先進的施工工藝，大大提高了單進水平。

操作原理

適用範圍

《小坡度斜井機械化配套快速施工工法》的適用範圍是：

1.該工法廣泛適用於煤炭、黑色金屬、有色金屬、稀有金屬和非金屬等各類礦山工程小坡度斜井井筒或隧道等的施工；

2.適用於淨斷面≥7平方米以上的斜井井筒，最大淨斷面無限制；

3.對斜井長度無限制，斜井越長，斷面越大，越能充分發揮機械化快速施工優勢；

4.適用於在7°以下，又直通地面的斜井井筒；

5.適用各種水文地質和複雜地層施工；

6.井筒湧水量：當井筒湧水量小於10立方米/小時時，可按工法正常施工；當井筒湧水量大於立方米/小時時，應採取治水措施，否則將影響機械效率的發揮，施工速度和經濟效益將受到一定影響。

工藝原理

《小坡度斜井機械化配套快速施工工法》就是以小坡度機械化作業配套為核心，即井下採用鑿岩鑽車代替手抱鑿岩機，以提高鑿眼速度；採用側卸式裝載機代替耙矸機裝渣，提高裝岩的速度；採用防爆膠輪車代替絞車和箕斗（或礦車），運輸至地面，在地面井口附近設臨時轉載平台，轉載卸入斯太爾汽車，運至排矸場地，解決小坡度斜巷施工中矸石運輸問題；通過後期通風系統改造，解決獨頭掘進距離長，通風問題難以解決的問題。炮孔定位和噴漿成形採用兩台“雷射指向儀”不間斷標定；掘進實施光面爆破，並根據不同岩性不斷“最佳化”爆破參數，實現不超挖、不欠挖，確保工程質量。永久支護採用遠距離輸料噴射混凝土技術，設定兩台（PZ-7B型）噴漿機，初期噴漿機設定於井口地面，後期分別將噴漿機移至井下避車碉室內。採用專業工種，固定工序作業，實現掘進支護平行作業，減少輔助及循環時間，實現快速施工。

施工工藝

《小坡度斜井機械化配套快速施工工法》的施工工藝流程及操作要點敘述如下：

• 工藝流程

施工工藝流程以斜溝煤礦副斜井為例。

山西興縣斜溝煤礦副斜井施工中的小坡度斜井機械化作業線，採用CMJ17HT（改）型掘進鑽車打眼，自上而下，先上部後下部鑿眼，炮眼方向與掘進斷面垂直，各炮眼平、直、齊，以滿足光面爆破要求。採用LWC160型側卸裝載機裝碴，自卸5噸防爆膠輪車排矸，地面井口附近設臨時轉載平台，轉載卸入20噸斯太爾汽車，運至排矸場地。永久支護，先進行拱部錨網噴支護，採用遠距離輸料噴射混凝土技術，設定兩台PZ-7B型噴漿機，初期噴漿機設定於井口地面，後期分別將噴漿機移至井下避車碉室內。工作面鑽車鑿完炮眼後，退鑽車，進行裝藥、連線、爆破，然後出渣，同時進行鑽車維護、檢修。除出磕和裝藥、連線、爆破過程外，進行其他工序時，進行刷幫，復噴成巷。該工藝先進，設備配套合理，施工能力大，並且具有充分的可靠性。工藝流程參見圖1。

施工中按照工藝流程依次反覆循環施工。

圖1 工藝流程圖

操作要點

一、爆破設計

每班循環出盡工作面矸石，井筒採用全斷面光面爆破技術，ф42毫米中空合金鋼釺，ф42毫米柱齒型鑽頭，炮眼深度2.4米，雷射指向儀指向。按爆破圖表進行輪尺布眼，採用分區、定鑽鑿眼，以避免互相影響，加快打眼速度，提高鑽孔質量。施工前，對不同硬度的岩石，進行了不同的爆破參數設計，並在施工中根據爆破效果進行不斷調整，以下為實踐中的中硬岩石爆破設計。

炮眼布置參見圖2。

爆破圖表詳見表1-表3。

圖2 炮眼布置圖

爆破材料選用T330高威力水膠炸藥，毫秒延期雷管，藥卷直徑35毫米；裝藥前利用壓風對每個炮眼進行清掃，嚴格按爆破圖表要求裝藥，實現光面爆破，每茬炮有效循環進尺不小於2.2米。

二、裝岩與出渣

工作面採用LWC160型側卸裝載機裝矸，利用5噸防爆膠輪車運輸，隨著井筒延伸，分階段投入運輸車輛，500米範圍投入5輛，施工至1500米時，投入9輛。井下利用井筒內左側每250米設計的避車碉室調車，讓行車輛可進入避車酮室內（井筒內也可錯車），井筒內空車給重車讓行；距工作面最近的避車嗣室內最大限度不間斷停車待命，以滿足工作面鏟車快速裝矸需要。井筒內錯車示意見圖3。

圖3 井筒內錯車示意圖

因副斜井井筒及地面排矸運輸距離較長，為提高工作面排渣速度，提高井筒施工進度，在井口地面設臨時卸矸平台，5噸防爆膠輪車運矸出井後，在卸矸平台上自卸矸石，溜入20噸斯太爾自卸汽車，運至矸石場地。矸石轉載布置見圖4。

圖4 矸石轉載布置圖

三、支護

利用掘進鑽車由後向前先頂後幫逐排逐根鑿眼，錨桿眼方向為井巷設計輪廓線的法線方向（施工時可做好眼位標誌），錨桿眼深符合《井巷工程質量檢驗評定標準》要求，工作面搭設臨時操作平台，專人安裝錨桿，打一裝一。利用錨桿攪拌器安裝錨桿。臨時支護錨桿為鋼筋樹脂錨桿（臨時支護作為永久支護的一部分），採用端頭錨固，部分採用砂漿充填，間排距700毫米×700毫米，樹脂採用MS28/35型，每根錨桿使用2卷；托板採用Q235鋼，規格150毫米×150毫米×8毫米，鋼筋網採用ф8毫米鋼筋，格線150毫米×150毫米，規格3.00千克/平方米。錨桿規格、預緊力及錨固力嚴格按設計要求施工。

噴漿料由地面集中攪拌站攪拌，電子自動計量系統計量配料，由5噸防爆膠輪車運到井下噴漿機處，人工上料入噴漿機；利用PZ-7B型噴漿機噴射混凝土成巷。錨桿打裝完畢後，進行工作面初噴；在工作面打裝錨桿、迎頭鑿眼、裝藥、初噴時，進行井筒作業線後部噴漿成巷工作。噴漿機置於井下避車碉室內內，遠距離噴射混凝土可達300米以上。

四、遠距離通風

由於副斜井較長（2140米），井下採用防爆膠輪車排矸，尾氣排放量大。若要在井口布置局扇向工作面做獨頭供風，一方面供風距離長，無法保證工作面的有效風量，另一方面受井筒斷面的影響無法選用大直徑的風筒。所以在副斜井施工完成870米處的聯絡巷後，進行通風系統的改造，在聯絡巷中安裝兩台（DKZ-4-NO13）輔助扇風機，形成副斜井進風，主斜井迴風的井下負壓通風系統。兩台輔助扇風機並列運行，全壓風量為4500立方米/分鐘。這樣既能解決副井獨頭通風距離過長，工作面有效風量無法保證的問題，同時也為主斜井進入二期工程施工增加掘進工作面創造條件。副斜井通風距離以900米里程劃分，900米前可滿足1000米施工需要，900米以後的滿足1100米施工需要。局扇選型計算以通風距離1100米為依據，同時考慮爆破和機車尾氣稀釋所需風量有時須疊加的需要。兩台輔扇並聯運行，根據加量不加壓原則，能夠滿足副斜井井筒及主斜井二期工程施工通風需要。

• 勞動組織及安全

在工程施工的管理形式上採用項目法管理，根據作業方式、工期要求按各專業工種配備勞動力。以斜溝副斜井為例，後勤及項目管理人員共同管理主、副、迴風斜井，副斜井掘進隊勞動力配備84人。

鑿井作業制：按照作業工藝要求，採取專業和固定工序作業方式，開始採用“三八”作業制，後來隨著施工速度的加快，每循環時間的縮短，又及時更改採用了“四六”制和“滾班制”，每班出盡矸石。勞動力配備見表4。

表4 勞動力配備表

序號	工種名稱	班 次
		一班	二班	三班	小計	備註
1	汽車司機	8	8	8	24	╱
2	打眼工	5	5	5	15	╱
3	放炮員	2	2	2	6	╱
4	班長	1	1	1	3	╱
5	機電維修工	2	2	2	6	╱
6	噴漿手	1	1	1	3	╱
7	照燈工	1	1	1	3	╱
8	上料工	4	4	4	12	╱
9	噴漿機司機	1	1	1	3	╱
10	刷幫工	2	2	2	6	╱
11	井口把鉤工	1	1	1	3	三八制
合計		84				╱

參考資料：

材料設備

《小坡度斜井機械化配套快速施工工法》所用的材料及設備明細如下：

在井筒施工中，採用小坡度大斷面斜井機械化配套作業線，作業線的配套合理程度，對施工進度、質量、安全具有關鍵性作用，通過實踐檢驗後，才能形成成熟合理的配套作業線。在實際施工過程中，單位採用了掘進液壓雙臂鑽車［CMJ17HT（改）］，配備較長（2.6米）的合金鋼釺桿鑿眼，工作面利用側卸式裝載機（如LWC300型）裝岩，採用自卸防爆膠輪車運輸至地面，地面井口附近設臨時轉載平台，轉載卸入斯太爾汽車（20噸），運至排矸場地。永久支護採用遠距離輸料噴射混凝土技術，設定兩台噴漿機（PZ-7B型），初期噴漿機設定於井口地面，後期分別將噴漿機移至井下避車硐室內，以滿足快速施工需要。採用專業工種，固定工序作業，實現掘進支護平行作業，減少輔助時間，縮短循環時間，實現快速施工。通風選用一台（FBD-NO1.0型，電機功率為2x37千瓦）對旋壓入式局扇，配ф1000毫米阻燃、抗靜電膠質風筒；在聯絡巷中布置兩台（DKZ-4-NO13型，電機功率為2x55千瓦）輔助扇風機，能夠滿足施工要求。斜井機械化快速施工主要配套設備選型見表5。

表5 小坡度斜井機械化快速施工主要設備表

序號	名稱	主要技術特徵	單位	數量
1	鑿岩台車	CNJ17HT（改）型	台	1
2	側卸式裝載機	LWC300型	台	1
3	防爆自卸膠輪車	WYC-13（18）/150（250）S-Z型5噸	輛	9
4	噴漿機	PZ-7B型	台	2
5	風泵	BQF-50/25型	台	1
6	臥泵	MD25-30x9型	台	2
7	風機	FBD-NO1.0型2x37千瓦	台	1
8	風機	DKZ-4-NO13型2x55千瓦	台	2
9	混凝土攪拌機	JS-750型	台	4
10	自動計量系統	PL-1200型	套	1
11	雷射指向儀	DJE-1型127V	台	5

參考資料：

質量控制

《小坡度斜井機械化配套快速施工工法》的質量控制要求如下：

一、執行標準

該工法在煤礦斜井井筒施工中執行的規範和標準有《煤礦安全規程》（2009年版）、《煤礦建設安全規定》（試行，1997年版）、《礦山井巷工程施工及驗收規範》GBJ 213-90、《煤礦井巷工程質量檢驗評定標準》MT 5009-94。

二、按照IS09001:2000國際質量管理體系標準編制了質量管理體系檔案，並已取得認證，在施工中嚴格執行。

三、斜井井筒質量要求

1.井筒淨寬不小於設計，不大於100毫米；

2.井筒淨高不小於設計要求，不大於100毫米；

3.噴射混凝土強度和厚度均不小於設計值；

4.表面平整度≤50毫米；

5.井筒竣工總漏水量≤6立方米，且不得有≥0.5立方米/小時集中出水點；

6.錨桿安裝符合質量要求，拉拔力≥設計值；

7.井筒底板（按腰線）允許偏差-30~+50毫米，鋪底厚度符合設計要求，底板表面平整度≤10毫米；

8.水溝、台階符合質量要求。

安全措施

採用《小坡度斜井機械化配套快速施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

一、認真貫徹“安全第一，預防為主”的方針，根據國家有關規定、條例，結合施工單位實際和工程具體特點，在施工項目部派駐安全監察員，項目部領導班子設專職安全副經理，施工區隊設安全網員，組成全面有效的安全監督、管理系統。

二、裝岩、運輸安全措施

1.裝載機司機應經過專門培訓，持證上崗，裝載機的操作與檢修嚴格按照裝載機操作規程執行。

2.裝載機的狀況完好，不帶病作業。

3.裝載機每班必須做好維護保養和加油工作。

4.裝載機操作時，機前及兩側嚴禁站人，裝載機裝渣完畢後，必須停機。

5.風水管線懸吊要規範。巷道內各種風水管及電纜的敷設方式、敷設地點、敷設高度、吊鉤等必須符合設計和安全要求，並做到美觀。

6.加強一通三防管理，專人承包輔助扇風機、局部扇風機及風筒管理；加強瓦斯檢查力度。

7.項目部必須每班配備安檢員，進行相關檢查，檢查要嚴肅認真，嚴謹細緻；查出的問題反饋要及時準確，並填寫好檢查記錄，記錄必須真實齊全。

8.各工程處必須針對以上專項規定製定考核辦法，獎優罰劣，確保以上規定真正落到實處，切實加強斜井提升運輸管理，確保斜井施工安全，提高斜井施工管理水平。

三、加強頂板管理，嚴禁空頂作業，炮後及時敲幫問頂並進行臨時支護，永久支護跟裝載機。

四、堅持“一炮三檢”和“三人連鎖放炮製”，炮後檢查工作面，發現問題及時處理。

五、定期進行機電設備檢查，及時排除設備故障，確保正常運轉，避免失爆。

六、長距離噴漿要保證井上下的信號聯繫，發現問題及時處理。

環保措施

《小坡度斜井機械化配套快速施工工法》的環保措施如下：

1.矸石及生活垃圾應分開存放，矸石按業主及契約的要求排放到指定地點，生活垃圾經生化處理後排放。

2.生活區應有完善的衛生設施，並安排專人及時清掃處理。

3.使用環保鍋爐，減少大氣污染。

4.不隨意亂倒，如燃料、油料、生活垃圾等有害物質。

5.井下必須採用濕式打眼、放炮採用水炮泥、灑水裝岩。

6.地面備有通風機應設定消聲罩，降低噪聲。

7.在工廠內設臨時污水沉澱池，生活用水及井下污水經沉澱後外排。

效益分析

《小坡度斜井機械化配套快速施工工法》的效益分析是：

小坡度斜井機械化配套快速施工工法的實質就是充分發揮機械化施工的優勢，單進水平從開始的百米左右，穩步增加到200米以上，最高進尺為272米，整個井筒施工速度，與傳統方法施工相比，提前了10個月。實現了快速、優質、高效、安全施工，縮短建井工期。

1.施工速度提升，工期縮短；

2.經濟效益可從人工、輔助系統得到節省；

3.礦井早投產，早收益。

實例一

該工法在斜溝煤礦副斜井施工中運用後，產生直接經濟效益418.98萬元，間接經濟效益3.75億元，而且該工法的運用也為安全施工提供了保障，縮短了施工時間，提前了工期，提高了施工質量。

實例二

該工法在新疆天山煤電106煤礦主副平碉運用後，產生直接經濟效益112.76萬元，而且運用該工法比計畫工期提前2個月。

實例三

山西汾西礦業集團新陽煤礦主斜井井筒採用該套機械化快速施工工法後，比契約工期提前了5個月完成。

註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

套用實例

《小坡度斜井機械化配套快速施工工法》的套用實例如下：

截至2009年，中煤第五建設公司採用“小坡度斜井機械化配套快速施工工法”施工的礦井斜井井筒3個，總生產能力22.8百萬噸/年，月成井破110米的記錄28個。除正在施工的井筒外，都取得效果，較突出的工程實例如下。

• 實例一

山西西山晉興能源有限責任公司斜溝礦井副斜井井筒，與2007年12月開工建設，2009年3月井筒順利落底。

副斜井井筒掘進斷面27.1平方米，傾角55°，長2140.8米；採用CMJ17HT（改）型掘進液壓雙臂鑽車，配備2.6米的合金鋼釺桿鑿眼，工作面利用LWC300型側卸式裝載機裝岩，採用5噸自卸防爆膠輪車運輸至地面，地面井口附近設臨時轉載平台，轉載卸入20噸斯太爾汽車，運至排矸場地。永久支護採用遠距離輸料噴射混凝土技術，設定兩台PZ-7B型噴漿機，初期噴漿機設定於井口地面，後期分別將噴漿機移至井下避車硐室內，以滿足快速施工需要。在副斜井施工完成870米處的聯絡巷後，進行通風系統的改造，在聯絡巷中安裝兩台DKZ-4-NO13輔助扇風機，形成副斜井進風，主斜井迴風的井下負壓通風系統。

鑿井作業制：按照作業工藝要求，採取專業和固定工序作業方式，開始採用“三八”作業制，後來隨著施工速度的加快，每循環時間的縮短，後來又採用了“四六”制和“滾班制”，每班出盡矸石。

• 實例二

中煤能源集團公司新疆天山煤電106煤礦主副平碉，淨斷面分別為15.7平方米、15.2平方米，長度均為1326米，於2009年4月開始施工，預計2010年9月份平酮施工結束。

• 實例三

山西省汾西礦業集團公司新陽煤礦主斜井井筒2383.4米，傾角6°，淨斷面19.5平方米，2006年6月份開工，2008年2月安全順利竣工。

榮譽表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《小坡度斜井機械化配套快速施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。