張國(guó)新　薄海濤　徐忠軍　趙東日

摘 要：為了提高新采區(qū)開拓巷道的掘進(jìn)速度，通過利用反井鉆機(jī)施工，開創(chuàng)了全新的斜巷施工工藝。首先將反井鉆機(jī)安裝在上水平，向下水平導(dǎo)孔鉆進(jìn)，在下水平更換擴(kuò)孔鉆頭，再由下至上鉆進(jìn)，形成溜巖孔排矸。反井鉆機(jī)施工結(jié)束后，采用鉆眼爆破法由上至下掘進(jìn)。此種斜巷施工工藝是以反井鉆機(jī)導(dǎo)孔為主要環(huán)節(jié)，通過對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的改進(jìn)，大大擴(kuò)展了其在斜巷掘進(jìn)中的應(yīng)用。解決了傳統(tǒng)大傾角斜巷掘進(jìn)中存在的危險(xiǎn)性大、容易出現(xiàn)頂板事故、材料運(yùn)輸較困難、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、施工時(shí)間長(zhǎng)等問題。

關(guān)鍵詞：反井鉆機(jī)；44°斜孔；掘進(jìn)

在煤礦生產(chǎn)過程中，及時(shí)快速地為回采開拓出采煤工作面是確保礦井正常生產(chǎn)的前提，尤其是像大興煤礦這樣的“雙突”礦井，如何提高新采區(qū)開拓巷道的掘進(jìn)速度，就成為了我礦管理及工程技術(shù)人員急需解決的重要課題。這使得我們不斷探索在采區(qū)開拓過程中，如何才能最大程度地采用先進(jìn)的技術(shù)裝備，達(dá)到既滿足安全需要，又能實(shí)現(xiàn)井巷的快速掘進(jìn)。此次44°斜巷掘進(jìn)采用反井鉆進(jìn)法施工的成功，為此類巷道實(shí)現(xiàn)安全、快速掘進(jìn)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況及地質(zhì)情況

1.1 工程概況

南五九層入風(fēng)上山作為南五九層采區(qū)的安全出口之一，是采區(qū)開拓巷道中必不可少的一部分，起到行人、通風(fēng)的作用。

南五九層入風(fēng)上山是運(yùn)輸中巷與軌道中巷之間聯(lián)絡(luò)巷，兩條中巷間距40m，高差為22m，入風(fēng)上山巷道全長(zhǎng)45m，其中44°斜長(zhǎng)為40m，設(shè)計(jì)為三心拱斷面（寬4m、高2.8m），采用錨噴支護(hù)。

1.2 地質(zhì)情況

斜巷圍巖巖性為泥巖、粉細(xì)砂巖互層，水平層理，夾中砂、粗砂巖及薄煤線，圍巖硬度適中，較有利于反井鉆機(jī)施工。

2 巷道施工方案選擇與施工

2.1 施工方案的選擇

本巷道施工共設(shè)計(jì)了兩套方案。

方案一：采用傳統(tǒng)炮掘方式。在兩條中巷中間設(shè)計(jì)一條30°斜巷，由下至上掘進(jìn)，掘進(jìn)工程量為88m，其中30°斜巷長(zhǎng)為45m。

方案二：采用反井鉆機(jī)導(dǎo)孔施工。在兩條中巷中間設(shè)計(jì)一條44°斜巷，提前在下口掘進(jìn)一個(gè)5m深硐室（為導(dǎo)孔貫通后上1.2m鉆頭使用），待反井鉆機(jī)施工結(jié)束后，采取由上至下的方式掘進(jìn)，掘進(jìn)工程量為45m，其中44°斜巷長(zhǎng)為40m。

方案一是大傾角斜巷施工的常規(guī)方法，其優(yōu)、缺點(diǎn)如下。

優(yōu)點(diǎn)：上山掘進(jìn)易于排矸，工作面無積水，大大降低了丟炮、落炮的發(fā)生。

缺點(diǎn)：上山掘進(jìn)作業(yè)危險(xiǎn)性大，容易出現(xiàn)頂板事故，材料運(yùn)輸較困難，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工時(shí)間長(zhǎng)。

方案二是既要繼承方案一的優(yōu)點(diǎn)，又要避免其缺點(diǎn)而研究的一種全新的施工工藝。但其技術(shù)難點(diǎn)是如何使用現(xiàn)有的反井鉆機(jī)，滿足巷道設(shè)計(jì)要求，突破其施工傾角限制。

經(jīng)過對(duì)相關(guān)技術(shù)的反復(fù)研究與討論，制定了對(duì)反井鉆機(jī)的安裝與使用的改進(jìn)方案，使之在小傾角鉆進(jìn)過程中始終保持穩(wěn)定的機(jī)身狀態(tài)，控制導(dǎo)孔鉆進(jìn)的方位能夠在設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)。最終確定采取方案二施工。由圖可見，方案二比方案一節(jié)省進(jìn)尺43m，且減少了兩個(gè)拐角。

2.2 鉆機(jī)選型

根據(jù)巖石條件、斜井長(zhǎng)度及以往使用反井鉆機(jī)施工的經(jīng)驗(yàn)，選擇了ZFY1.2/120型 （LM-120）煤礦用反井鉆機(jī)施工。

ZFY1.2/120型 （LM-120）煤礦用反井鉆機(jī)主要部件技術(shù)參數(shù)：主機(jī)運(yùn)搬尺寸（長(zhǎng)寬高）2290*1110*1430mm，主機(jī)工作尺寸2977*1422*3277mm，主機(jī)重量6.0t，全液壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率66kW，導(dǎo)孔直徑244mm，擴(kuò)孔直徑1200mm，最大鉆孔深度120m，出軸轉(zhuǎn)速5-33rpm，額定扭矩15kN·m，最大扭矩30kN·m，鉆頭允許最大推力250kN，擴(kuò)孔最大拉力500kN，鉆孔傾角60-90°，鉆孔偏斜率≤1%，鉆桿直徑*有效長(zhǎng)度？準(zhǔn)182*1000mm。

2.3 鉆機(jī)的安裝及固定

ZFY1.2/120型 （LM-120）煤礦用反井鉆機(jī)由主機(jī)、液壓泵站及操作控制臺(tái)、鉆具部分、轉(zhuǎn)盤吊、機(jī)械手、鉆機(jī)平車、斜撐桿和輔助卸扣裝置等部分組成。由于此次斜巷傾角較小，鉆機(jī)設(shè)計(jì)斜撐桿的最小調(diào)節(jié)角度僅為60°，無法滿足44°反井施工的要求。因此此次施工的重點(diǎn)之一就是鉆機(jī)的穩(wěn)固問題，需要對(duì)其的穩(wěn)定方式、方法進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以滿足施工的需要。

鉆機(jī)基礎(chǔ)具體步驟為：采取澆筑混凝土底座，并安設(shè)錨桿穩(wěn)固的底腳預(yù)埋件；上部采取“錨索-道木”剎頂；最后在主機(jī)與鉆機(jī)平車用斜撐桿連接后，再采用40T輸送機(jī)鏈條將上支撐缸和鉆機(jī)平車多點(diǎn)錨固的方式穩(wěn)固鉆機(jī)。鉆機(jī)穩(wěn)固示意圖，如圖2。

2.3.1 混凝土基礎(chǔ)的澆筑?；炷粱A(chǔ)的澆筑是鉆機(jī)穩(wěn)固的關(guān)鍵步驟之一，可以說鉆機(jī)的穩(wěn)固成與敗主要取決于此。混凝土澆灌的尺寸為4000mm寬，上部厚度為800mm。根據(jù)地測(cè)部門給定的中心、腰線，澆灌出一座混凝土基礎(chǔ)臺(tái)，斜面的方位及傾角偏差？芨1°。在混凝土臺(tái)斜面上按鉆孔中心安設(shè)鉆機(jī)穩(wěn)定預(yù)埋件，并按預(yù)埋件孔位埋設(shè)10根？準(zhǔn)22×2200mm錨桿，要求錨桿外露為200mm。值得注意的是，混凝土基礎(chǔ)在擴(kuò)孔范圍內(nèi)不能有鋼筋等物件，必須為素混凝土，以保證導(dǎo)孔、擴(kuò)孔的質(zhì)量及安全。防止因?yàn)殇摻畹葎傂晕锛?dǎo)致的導(dǎo)孔偏離，以及擴(kuò)孔至混凝土基礎(chǔ)時(shí)因?yàn)殇摻顡p毀，導(dǎo)致的混凝土基礎(chǔ)的整體垮塌而出現(xiàn)的安全事故。

2.3.2 基礎(chǔ)預(yù)埋件的使用。預(yù)埋件采用30mm厚鋼板制成，長(zhǎng)2325mm，寬1340mm，矩形。在鋼板的幾何中心剪切出一個(gè)大于直徑1200mm圓的面積（圖中虛線為擴(kuò)孔圓的面積），同時(shí)按鉆機(jī)底腳的尺寸鉆出四個(gè)配套的螺栓孔，用？準(zhǔn)30mm螺栓將預(yù)埋件與鉆機(jī)連接。鋼板兩側(cè)如圖所示布置10個(gè)錨桿孔位。安設(shè)時(shí)，將四個(gè)？準(zhǔn)30mm螺栓安設(shè)在預(yù)埋件上，并對(duì)角拉線，其交點(diǎn)即為開孔中心。沿混凝土基礎(chǔ)斜面平放校對(duì)中心后，用水平尺調(diào)整至水平后，將其錨固。

鉆機(jī)穩(wěn)固在混凝土預(yù)埋件上，預(yù)埋件由10根？準(zhǔn)22×2200mm錨桿錨固，經(jīng)單根錨桿拉拔力檢測(cè)，單根錨桿的拉拔力不小于10t。由上述內(nèi)容可知，預(yù)埋件的整體拉拔力不小于100t，足以滿足反井鉆機(jī)的最大拉拔力為500kN，也就是50t拉拔力的技術(shù)要求。

2.3.3 鉆機(jī)安裝及角度調(diào)整

混凝土基礎(chǔ)澆灌及預(yù)埋件的安設(shè)完畢，并經(jīng)過24小時(shí)的養(yǎng)生期后，開始進(jìn)行鉆機(jī)機(jī)身的安裝及角度調(diào)整。

利用起重機(jī)通過頂板的起吊錨桿將主機(jī)吊入基礎(chǔ)平臺(tái)上，對(duì)位至連接螺栓并擰緊，在安裝上斜撐桿。使鉆機(jī)主體在和基礎(chǔ)平臺(tái)連接成一個(gè)整體的情況下，在通過斜撐桿將鉆機(jī)主體與鉆車平臺(tái)構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的三角結(jié)構(gòu)。由于鉆機(jī)傾斜放置，且上支撐缸距頂板較遠(yuǎn)，無法直接利用上支撐缸對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定，為此經(jīng)過反復(fù)研究，決定采取用40t鏈條順鉆機(jī)機(jī)身方向，將鉆機(jī)上支撐缸與底板錨桿連接，使其達(dá)到對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行支撐穩(wěn)定的技術(shù)要求。

同時(shí)，為了進(jìn)一步保證鉆機(jī)在使用期間的穩(wěn)定性，除了上述的常規(guī)穩(wěn)鉆手段外，還額外增加了“錨索-道木”剎頂，使鉆機(jī)的穩(wěn)定性得到了最大的保證。具體方法為：先在垂直機(jī)身上部的方向，以機(jī)身寬度為錨索間距，錨固兩個(gè)外露超過機(jī)身300mm的錨索。用預(yù)先加工的鋼板背在機(jī)身后，兩根錨索分別穿過鋼板（預(yù)先已鉆孔），上好鎖具。將準(zhǔn)備好的木道木整齊的排列在鉆機(jī)與頂板之間，道木應(yīng)該略長(zhǎng)于錨索間距，這樣可以使錨索除了能起到緊固的作用，外還能對(duì)道木起到支撐的作用，防止了出現(xiàn)剎頂?shù)滥镜袈涞膯栴}。

結(jié)束了以上的步驟后，就要對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行角度的校對(duì)了。因?yàn)樵诨A(chǔ)平臺(tái)的施工過程中已經(jīng)對(duì)角度及方位進(jìn)行了規(guī)范。這時(shí)只需要采用機(jī)身底腳自帶的調(diào)節(jié)功能進(jìn)行微調(diào)即可，允許偏差在1%以內(nèi)，確定無誤后對(duì)鉆車平臺(tái)機(jī)械手以下部份進(jìn)行二次混凝土澆灌。

2.4 鉆具的組合使用

穩(wěn)定鉆桿與普通鉆桿的組合使用是保證44°小傾角鉆進(jìn)精度的重要途徑，其組合方式與一般的豎井鉆進(jìn)有著顯著區(qū)別，主要原則是靠近導(dǎo)孔鉆頭段加密布置穩(wěn)定鉆桿，20m以后為10m/根。此次施工連接導(dǎo)孔鉆頭的第1根為開孔鉆桿，以后分別在第3根、第6根、第10根、第15根、第21根、第31根使用了穩(wěn)定鉆桿，一共使用6根穩(wěn)定鉆桿，大幅度提高了鉆進(jìn)精度。

2.5 反井施工工藝

2.5.1 導(dǎo)孔施工。開孔前應(yīng)重新校對(duì)中心，尤其是導(dǎo)孔中心必須是鉆機(jī)的幾何中心。否則，穩(wěn)定鉆桿的穩(wěn)定翼將與鉆機(jī)下部棘輪套放生刮卡，阻礙施工的正常進(jìn)行。在正常鉆進(jìn)情況下，導(dǎo)孔鉆進(jìn)采用高速鉆進(jìn)。動(dòng)力頭向下給適當(dāng)壓力，正向旋轉(zhuǎn)即可。導(dǎo)孔施工速度不宜過快，且應(yīng)保持連續(xù)鉆進(jìn)。對(duì)于松軟地層和過度地層采用低鉆壓，對(duì)于硬巖穩(wěn)定地層采用較高鉆壓。本次地質(zhì)巖性為泥巖、粉細(xì)砂巖互層和砂巖，對(duì)導(dǎo)孔較有利，平均每小時(shí)導(dǎo)孔鉆進(jìn)2m。隨著導(dǎo)孔鉆進(jìn)深度的不斷增加，加鉆桿停水前沖洗孔底的時(shí)間應(yīng)適當(dāng)增加（2-5min），在鉆透下水平透點(diǎn)3m左右，應(yīng)逐漸降低鉆壓，并控制水壓，防止堵鉆。

2.5.2 對(duì)接鉆頭及擴(kuò)孔施工。導(dǎo)孔鉆透后，將導(dǎo)孔鉆頭卸下，擴(kuò)孔鉆頭對(duì)接至鉆桿處，通過鉆機(jī)控制鉆桿進(jìn)退、旋轉(zhuǎn)將擴(kuò)孔鉆頭對(duì)接牢固。擴(kuò)孔前，以導(dǎo)孔為圓心人工挖掘一個(gè)深1m的擴(kuò)孔導(dǎo)洞，防止擴(kuò)孔開孔期間鉆頭劇烈晃動(dòng)而損壞鉆頭鉆具鉆。提升時(shí)使用低鉆壓鉆進(jìn)，并注意觀察油泵壓力變化，當(dāng)擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)入導(dǎo)洞并且達(dá)到額定壓力后，即可按正常工序鉆進(jìn)。擴(kuò)孔鉆進(jìn)相對(duì)于導(dǎo)孔來說，其工序比較簡(jiǎn)單。但應(yīng)考慮斜孔提升過程中，巖壁對(duì)鉆頭軸向阻力的增加，所以應(yīng)比常規(guī)擴(kuò)孔鉆進(jìn)速度有所降低，平均每小時(shí)擴(kuò)孔鉆進(jìn)1m。

2.6 擴(kuò)斷面掘進(jìn)施工

反井鉆機(jī)施工完畢后，將上部設(shè)備拆除，保留下水平運(yùn)輸系統(tǒng)，為擴(kuò)斷面排渣服務(wù)。擴(kuò)斷面采用鉆爆法施工，其施工工藝類似煤倉(cāng)擴(kuò)孔，出巖經(jīng)中心鉆孔自溜至下水平，巷道采用錨噴支護(hù)，循環(huán)進(jìn)尺1.6m。

斜巷掘進(jìn)期間人員采用固定梯子上下，梯子鋪設(shè)距工作面不大于10m，兩側(cè)有1m高扶手。為確保施工人員安全，防止墜物傷人及人員墜落，掘進(jìn)期間必須采取以下安全措施：

（1）施工人員必須正確使用安全帶。（2）在斜巷上口安設(shè)護(hù)欄，并設(shè)專人警戒。（3）作業(yè)時(shí)，除放炮外，中心孔必須使用特制箅子進(jìn)行封閉，箅子邊緣與孔壁搭接不小于400mm。箅子安設(shè)在孔底，做到下無浮貨、擺設(shè)均勻，聯(lián)結(jié)牢固。（4）下水平距孔底15m范圍內(nèi)嚴(yán)禁有人。（5）掘進(jìn)迎頭前傾至水平，實(shí)現(xiàn)以迎頭做臨時(shí)底板，為施工提供了一個(gè)水平寬敞的施工空間。

3 結(jié)束語

利用反井鉆機(jī)施工傾角44°的斜巷在國(guó)內(nèi)應(yīng)該是首例，尤其是44°鉆孔的施工更是開創(chuàng)了反井鉆機(jī)緩傾角施工的先河，導(dǎo)孔偏斜率僅為0.28%，精度完全能夠滿足同類施工的要求。

同時(shí)，采用反井鉆機(jī)施工工藝避免了上山斜巷施工片幫事故的發(fā)生，解決了下山出巖困難的問題，縮短了施工時(shí)間，為斜巷掘進(jìn)開創(chuàng)了一個(gè)全新的、安全的、高效的施工工藝。

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作者簡(jiǎn)介：張國(guó)新（1967-），男，蒙古族，遼寧省朝陽市人，碩士，工程師，現(xiàn)任鐵煤集團(tuán)大興煤礦副總工程師，研究方向：巷道掘進(jìn)。