煤矿井下大断面硐室施工方法探讨

裴 世 红

(1.太原理工大学，山西 太原 030024； 2.太原煤气化公司，山西 太原 030000)



煤矿井下大断面硐室施工方法探讨

裴 世 红1,2

(1.太原理工大学，山西 太原 030024； 2.太原煤气化公司，山西 太原 030000)

针对煤矿井下大断面硐室施工中存在掘进难度大、施工效率低、劳动强度大等问题，提出了上下台阶施工方案，并阐述了具体的施工流程及技术措施，经实践证明，该施工技术取得了良好的经济效益，应用前景广阔。

煤矿，硐室，施工方法，经济效益

0 引言

煤矿井下大断面硐室的施工方法和支护技术一直是矿井开拓掘进的难点，制约矿井高产高效，特别是在松软破碎煤岩层中施工的大断面硐室施工，更面临着很多困难，尤其是支护问题，要求支护强度高，混凝土砌暄用殖胎跨度大,需要克服破胎易变形、殖胎不易移动等技术难题。

目前厚煤层矿井工作面回采不是采用放顶煤综采工艺就是一次采全高综采工艺，都要求开拓掘进巷道断面大，便于设备运输、安装和减小通风助力。传统大断面硐室施工采用分层施工法，一般将开拓掘进工作面断面从上而下分成3个分层进行分层施工，采用打眼放炮工艺，用人工或耙岩机出矸，这种施工方法不仅劳动效率低而且安全没有保障，矿井万吨掘进率低、生产成本大。实现高产高效，需要一种投入少、效率高、安全保障性大的施工方法。

1 国内外同类技术现状

目前，国内外对大断面硐室施工方法一般有全断面施工法、导硐施工法和分层施工法三种。

全断面施工法是按硐室的开拓掘进断面采用综掘机一次性掘进及安装锚杆的工作台的掘进方法，将掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业。这种方法适用于稳定和基本稳定的围岩情况下的硐室和巷道。全断面施工法施工大断面硐室效率高，但初期投资特别大，施工时每个循环工作量大，并且由于开挖面较大而使围岩稳定性降低。

导硐施工法是在松软破碎的岩层施工断面较大的硐室施工，采用先掘进1条～2条小断面巷道(称为导硐)，然后再进行开帮、挑顶或卧底，最后将小断面巷道扩大到硐室设计断面再进行永久支护。导硐施工法施工大断面硐室效率低，安全保障程度低。

分层工作面(或称台阶工作面)施工法就是将开拓掘进工作面断面分成2个～3个分层(每个分层的高度一般为1.8 m～2.5 m)，上分层(或下分层)工作面始终超前于下分层(或上分层)工作面一定距离，以形成分层工作面或称台阶工作面同时施工，采用放炮掘进工艺，这样施工安全性差，而且施工时打眼间距和深度不够合理，加之工艺复杂、排矸困难，掘进效率相当低下，施工20 m硐室起码需要1个多月才能完成。

2 施工工艺和方法

在煤层中施工大断面硐室时，采用锚网喷+钢筋托梁+锚索+双层配筋混凝土砌坡联合支护方式,利用树杈形碹胎与滑轨移碹联合施工法,在滑轨上移植等方法,就能确保矿井建设工程快速、安全、优质施工。

根据我公司所属龙泉煤矿的实际，为了解决大部分煤矿大断面硐室炮掘施工方法效率低下的问题，借鉴国内外矿井大断面硐室的施工方法和支护技术，经研究试验并摸索出一种煤矿大断面硐室施工工艺和方法。

2.1 施工工艺

施工工艺为：将开拓掘进巷道断面由上而下分为上、下两个分层，打眼放炮掘进上分层，使用综掘机掘进下分层，矸石或煤利用刮板输送机运出工作面，放炮后产生的大块矸石可由综掘机进行破碎。硐室施工顺序图见图1。

2.2 施工方法

采用如下施工方法进行煤矿井下大断面硐室施工：

1)巷道开口后即向煤层顶板方向爬坡掘进，采用矩形小断面放炮掘进上坡巷道，先不进行扩帮，采用锚杆+锚索+网片方式进行支护，顶板使用φ20×2 400 mm锚杆，巷道两帮用玻璃钢锚杆配合打眼木托板作为临时支护，支护紧随掘进，放一茬炮即跟进支护，锚索排距为1 600 mm×2 000 mm(φ17.8×6 300 mm)，采用三花眼布置。

2)上坡掘进到硐室设计高度后，进行硐室拱基线以上巷道断面施工，施工采用分断面分次放炮进行掘进，先掘进拱基以上右半部分并支护，再掘进拱基以上左半边部分并支护，放炮前将风筒放置在不放炮的一侧，按照作用规程爆破图表爆破后，作业时在煤矸上搭设稳固的工作平台进行临时和永久支护作业，打设锚杆+喷浆支护，锚杆间排距为1 000 mm×1 000 mm。

3)巷道按每循环进度交替施工超前3 m～5 m后停止上部掘进。施工硐室下部，掘进机先掘出巷道左帮一排，再掘出右帮一排，然后进行永久支护。采用综掘机掘进至滞后上分层3 m～5 m后再用放炮掘进硐室上部，以此类推循环推进，直至整个硐室全部掘进完毕。

掘进机进刀方式示意图见图2，正台阶法施工上分层炮掘下分层综掘示意图见图3。

3 经济效益

龙泉煤矿基建时计划购买全断面掘进机，由于龙泉矿井地质工程条件特殊，4号煤层比较松软，如开挖面较大将使巷道围岩稳定性差而难以支护，使用全断面掘进机不仅初期投资特别大而且矿井还不适用。

经研究试验，龙泉煤矿采用了分层工作面(或称台阶工作面)施工法，将传统的三分层施工变为两分层施工，实现了打眼放炮掘进和综掘机掘进联合施工作业，打眼放炮掘进作业超前综掘机掘进作业3 m～5 m，避免了因上分层和下分层错差过大造成矸石用人工出矸劳动强度大的问题。下分层用综掘机掘进节省了打眼、放炮等工序，放炮后产生的大块矸石由综掘机进行破碎，可以将上分层产生的矸石和下分层产生的煤通过刮板输送机传送出去，大大提高了工作效率。

龙泉煤矿采用两分层施工大断面硐室的方法后，加快了施工进度，提高了掘进效率；分层掘进可使巷道顶板减少矿山压力，使工作面提前进入稳定区，实现超前支护，便于永久支护；分层掘进可实现矸、煤分装分运，提高了煤质，增加了效益；上分层实行放炮掘进后，下分层煤岩层顶板压力释放可降低煤岩层硬度系数，从而大大提高了综掘机的效能，并可降低综掘机截齿的损耗。总之，龙泉煤矿采用两分层施工大断面硐室的方法后每米巷道的成本降低了20%左右。

4 推广前景

实行上下台阶施工即打眼放炮掘进巷道断面的上分层、采用综掘机掘进巷道断面的下分层的大断面硐室施工方法，不仅适用煤矿井下大断面硐室的施工，还适用交通隧道工程的施工，针对上分层为矸石、下分层为煤层等软岩层的大断面硐室施工该方法更显其优越。

[1] 路兴义,李天佑.煤仓砌碹支护专用碹胎的设计与应用[J].中国西部科技,2008(20)：107-108.

[2] 路兴义,李天佑.煤矿井下大断面硐室施工法[J].中国西部科技,2008(29)：210-212.

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[4] 李炳其,刘传波,廖万生,等.大断面硐室支护技术改进及施工[J].煤矿支护，2003(1)：88-89.

[5] 夏 雷.导硐台阶联合法在大断面硐室施工中应用探讨[J].江苏煤炭,2004(2)：19-21.

[6] 杨荣基.浅析煤矿井下大断面硐室施工方法[J].中国科技纵横,2014(13)：128.

Discussion on the construction method of large section chamber underground coal mine

Pei Shihong1,2

(1.Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China; 2.Taiyuan Coal Gasification Limited Company, Taiyuan 030000, China)

According to existing excavation difficult, low construction efficiency, high labor intensity and other problems in large section chamber underground coal mine, put forward the ascending and descending the stairs construction scheme, and elaborated specific construction process and technical measures, proved though the practice, the construction technology achieved good economic benefits, had wide application prospect.

coal mine, chamber, construction method, economic benefit

1009-6825(2016)30-0107-02

2016-08-15

裴世红(1966- )，男，在读工程硕士，教授级高级工程师

TD264.3

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