深厚土砂层斜井快速掘进施工工艺及组织
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摘 要：针对柳巷煤矿深厚土砂层斜井的快速掘进，介绍了斜井各层段的施工工艺流程以及支护方式，运用科学的劳动组织优化方法对斜井掘进施工期间的施工工艺及劳动组织进行了优化。综合效益分析表明，优化以后，掘进速度大幅度提高，缓解了开拓紧张的局面，为煤矿高产高效生产提供了保障。
关键词：深厚土砂层；快速掘进；施工工艺；劳动组织；优化
中图分类号：TU443 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2011）032(C)-0186-02
近年来，随着矿井生产机械化的发展，强力皮带运输机和大倾角强力皮带运输机的广泛应用，矿井开拓有向斜井、斜立井联合方式发展的趋势。目前，我国斜井施工已逐步形成了具有自己特色的机械化作业线及设备配套。其中有激光指向、光面爆破、耙斗装岩机、箕斗提升、斗形矸石仓排矸，即“两光三斗”的成熟经验。
榆林柳巷煤矿主斜井掘进速度慢，工期较长，已不能满足矿井正常快速形成开拓系统的需要。其原因主要是斜井井筒表土层施工，由于土质比较松软，开挖后易形成坍塌。在加强支护的一定条件下，采用架设碹拱和普通金属模板进行混凝土浇筑，不仅施工进度缓慢、工序复杂、作业人员多、混凝土浇筑不连续、井壁接茬多、观感差，而且封顶困难，无法保证顶部混凝土厚度。若将掘进距离拉长，混凝土浇筑施工就会滞后，不仅存在安全隐患，而且前后工序不协调，根本无法实行平行作业。本文针对柳巷煤矿深厚土砂层斜井的快速掘进施工技术进行研究，尤其是各层段支护的施工工艺及组织。
一、工程概况
榆林柳巷煤矿主斜井斜长943.2m，倾角22°，其中表土明槽开挖段长度33.234m；黄土、红土及基岩风化段长度为457m；基岩段280.349m。该井田位于陕北侏罗纪煤田榆神矿区的东南部，井田地质构造简单，3号主采煤层厚度大，稳定性好，结构简单，埋藏浅，煤质优佳，是良好的动力用煤和气化、液化等化工用煤。表土层主要为沙层、黄、红土层。
主斜井断面为半圆拱形，底宽为3.94m，中高为3.97m，直墙高为2m。先后贯通沙层、马兰黄土层、红土层、基岩风化段及基岩段。表土层为全新统，主要分布在沟谷中，岩性为砂质粘土和砂砾石；上更新统，马兰黄土，主要分布于梁坡地带，岩性为黄-黄褐色亚粘土和亚砂土，含钙质结核，与下伏地层不整合接触。第四系松散层厚度大，结构松散，孔隙大，透水性强，水位埋藏浅，与地表水水力联系密切，上更新统马兰黄土厚度20.14~38.46m，平均34.72m，富水性弱，基岩风化段覆盖于基岩岩体之上，未胶结，属散体结构。
二、斜井快速掘进施工工艺
（一）各层段合适的支护方式
通过分析计算及结合现场情况，明槽开挖段双层钢筋混凝土支护，支护厚度为300m，砼强度为C30；基岩风化段采用砼砌碹支护，支护厚度为300m，砼强度为C30；基岩段采用锚网喷支护，锚杆长度2.0m，直径为20mm，顶锚杆的间排距采用900mm×1000mm，帮锚杆间排距采用800mm×1000mm，喷层厚度为100mm。
（二）各层段快速掘进施工工序
1、表土段明槽开挖段快速掘进施工
明槽开挖采取连续架设碹胎浇筑砼的方案，按以下流程进行：明槽开挖―槽底找平及铺底―扶内拱型支架上钢模―扎钢筋网―扶外拱型支架上建筑模板―混凝土浇注―拆模、洒水养护及明槽回填。
2、基岩风化段快速掘进施工，按以下流程进行：暗槽整体滑模浇筑混凝土―导洞掘进―超前管棚支护―架设整体滑模浇筑混凝土。
3、基岩段快速掘进施工，按以下流程进行：掘进及排矸―挂网和打点柱―打顶锚和帮锚杆―重复上述两个步骤两次―掘进机前进。
三、斜井快速掘进施工组织
（一）管理形式
实行“工程项目经理负责制”，成立工程项目经理部，下设技术组、经营组、一个机电运输队和一个井巷队。整个项目实行经理负责，项目班子集体承包、风险抵押、单独核算、自负盈亏、按劳分配、全员管理。
（二）劳动作业制度
井筒在表土段及基岩段施工时的掘砌实行“工序滚班混合制”作业方式。采用固定工序，组织专业班组，按循环图表要求控制作业时间，保证正规循环作业，每个班组的作业时间都进行考核、超时或提前都实行不同的奖罚措施，使劳动成果与经济效益直接挂钩，积极开展小指标竞赛活动，提高职工的生产积极性，缩短正规循环作业时间，辅助工为三班作业制：机电采用大班、小班和包机班组三种形式，大班负责日常机电工作，小班采用三八制负责处理24小时的井上下的机电故障，各班组对自用设备要及时进行维修和保养，并负责对使用过程中出现的故障及时处理，保证井下掘进工作顺利进行。设备维修应尽量不占用或少占用掘进时间。
（三）施工进度
井筒采用7655型凿岩机打眼，眼深2m，爆破利用率80%，爆破循环进尺1.6m，两掘一砌，18小时完成一个循环，循环率80%，月成井102m。浇注混凝土每模1m、每天4模，成井4m，循环率83%，月成井100m。
四、快速掘进施工工艺及组织优化
（一）快速掘进施工工艺优化
1、在施工中，采用了激光指向，测量工作也不占用施工循环时间，以激光束为据，用一根带有刻度的尺子，就可以准确、迅速的为井筒掘进、支护、铺设轨道指示方向。在断面中设置两台激光仪，用两条红色光束，控制顶帮的掘进规格。激光仪在每个掘进循环中指向两次，一次在钻眼工序开始，一次在钻眼工序中间。钻眼时，可参照激光束控制炮眼角度，有利于保证爆破的规格质量。
2、斜井采用喷射混凝土施工早期，也曾采用类似平巷施工的设备布置方式。干拌合料在井口经筛选搅拌后，用矿车送到喷射机，喷射机随着喷射工作面的推进而向前移动，这种布置方式的优点是喷射机司机和喷射手之间联系方便，能及时发现堵管事故，事故处理也较简单。但喷射机设在井筒里，占用井筒断面及空间很大，影响了井筒其他设备的布置，不利于掘进与喷射混凝土支护平行作业；而且目前使用的喷射机体积和重量均较笨重，移动不便，上料空间也受到了限制，不利于机械上料；另外，在井筒内上料事，产生粉尘较多，干拌合料向井下运送的方式，也不能满足斜井快速掘进的施工要求。因此，本矿井在掘进时，将混凝土喷射站布置在斜井井口附近，将喷浆作业中用到的喷射机安装也安装在井口，这样做既简化了井下工作面的布置，也减少了提升运输供料的环节，为实行掘进与喷射混凝土平行作业创造了良好条件，有利于一次成井。另外，搅拌机、喷射机都布置在井口，能采用大型机械设备，造作方便，有利于快速施工。
3、耙斗装岩机距工作面太近，耙斗机的进料簸箕口易被炮崩坏；同时耙斗出绳偏角过大，容易挂绳擦斗。耙斗装岩机距工作面太远，操作不便。走绳时摆动大，既不安全，效率又低，同时滚筒缠绳较多，咬绳严重。因此，为了减小装矸压力，将耙斗装岩机距工作面的距离控制在10～25m内，巷道每掘进20m。移1次耙斗装岩机，缩短了出矸的时间。
4、采用中深孔爆破技术，提高掘进速度。中深孔爆破对提高井巷的掘进速度及加快矿井的建设、提高煤炭企业的经济效益具有重要意义。在过去煤矿平巷爆破作业中，大多采用浅进度多循环作业方式，这种作业方式存在着劳动强度大、辅助作业时间长、爆破效率低、循环进尺少、多次爆破等弊端，从而影响掘进速度的提高。井巷掘进中，使用中深孔爆破技术，可以增大循环进尺，增加一次爆破岩石量，提高耙斗装岩机的有效工时利用率和生产效率，减少钻眼、装岩等工序的辅助时间，有利于提高掘进速度和工效。
（二）劳动组织优化
科学的劳动组织与管理是提高掘进速度的重要因素。巷道施工要达到快速、优质、高效、低耗和安全的要求，除合理选择施工技术装备及施工方法外，正确地选择施工作业方式、采用科学的施工组织与先进的施工管理方法，也是很重要的组成部分。
为了加快巷道施工速度，首先，要尽量实行多工序平行交叉作业。可以实现平行交叉作业的工序为：交接班与工作面安全质量检查平行作业；测中、腰线与敷设风水管路平行作业；巷道顶锚杆和帮锚杆支护平行作业。
同时，为了实现安全、快速、高效的掘进目标，掘进配套设施保障也必不可少。掘进速度除了受掘进设备本身的可靠性影响外，还要受支护、转载、运输、供电、供排水、通风、通讯、安全等配套环节的影响。因此，提高掘进速度配套设施的完善是实现提高掘进速度的保证。提高掘进速度评价的一个重要方面就是有没有完善的提高掘进速度配套设施。配套设施主要是指辅助运输系统、通风系统、排水系统、供电系统等。只有这些系统正常稳定的工作，才能保证工作面快速掘进速度提高。
提高掘进速度配套设施保障条件主要体现在以下三个方面：
1、辅助运输系统转载与运输设备能力是否合理、是否保证快速运输、迅速延长是实现快速掘进的关键。
2、通风系统能不能保证掘进工作面安全工作的风量。
3、排水系统、供电系统能不能正常稳定的运行。
五、综合效益分析
（一）斜井快速安全掘进以后，掘进速度大幅度提高，缓解了开拓紧张的局面，为煤矿高产高效生产提供了保障。
（二）斜井快速掘进施工工艺在小循环内完成临时支护和永久支护，而且永久支护实现了多工序平行作业，保障了巷道围岩稳定性，提高了作业效率，实现了安全快速掘进，提高了煤矿企业社会形象。
（三）自整体滑模投入使用以来，在施工技术不断改进和项目部领导的精心组织下，斜井表土层施工平行作业的工法也日渐完善，从以前架设碹拱，利用普通金属模板浇筑混凝土每天成巷1.5m一个循环发展到现在的16小时成巷3m一个循环，仅2009年10月份，回风斜井就完成表土层施工成巷102 m的惊人成绩，而且工程质量全优，从根本上达到了表土层快速施工的要求。
作者单位：江苏省矿业工程集团有限公司第四工程处
作者简介：谭辉(1980― ），男，本科，江苏省徐州市人，助理工程师，现任职于江苏省矿业工程集团有限公司第四工程处经营管理部，主要从事煤炭安全经营管理。