斜井施工技术.docx

1、斜井施工技术斜 井 施 工 技 术赛云秀 编著序 斜井开拓是矿井开拓常用的方式之一。自古以来，我国民间开采均以斜井、平峒为多，建国以来建设的矿井，采用斜井开拓的也占矿井建设总数的四分之一左右。斜井开拓以其投资省、工期短、出煤快、施工设备简单而易于使人们接受。近年来，由于胶带运输机技术的发展，特别是大倾角、大运量胶带运输机的研究成功，不仅扩大了斜井的生产能力，国际采矿业的一些专家还提出了以折返式斜井代替立井开拓的方案，以实现连续提升，建设更加大型的矿井。随着我国东部煤炭资源明显下降的状况，煤炭工业部在“八五”规划中明确提出了建设重点战略西移的方针。我国中西部地区煤炭资源极为丰富，且赋存浅，更适宜

2、斜井开拓。可以预料，今后几十年中，斜井施工是建井界的一个热门话题。 我国斜井施工在60年代以前，大多采用人力装岩、砌碹或木(砼)支架，施工速度一直较慢。70年代后期，随着锚喷支护和耙斗装岩机的广泛应用，逐步形成了以激光指向、光爆锚喷、耙斗装岩机装岩、箕斗提升、矸石仓排矸的“两光三斗”机械化作业线。陕西铜川、湖南涟绍等地先后创造了小断面斜井施工的世界纪录。八十年代后期，山西阳泉和大同在改进装备的基础上，又先后创造了大断面月进150.7m和376.2m的新纪录。我国斜井施工技术处于世界领先地位，受到了国际建井界的注目。 本书作者对我国斜井施工经验作了较全面的总结，从斜井表土施工、基岩施工、施工机械

3、化配套、大倾角斜井施工、斜井延深及斜井施工安全技术等方面进行了较全面的总结和阐述。特别是在岩石施工机械化配套方面作了大量的理论分析和研究，为现场进行科学地选型提供了参考，对我国六个快速施工实例进行了介绍和分析，对我国斜井机械化配套的发展提出了有益的见解。本书作为一本专著，它的出版，填补了斜井施工方面的空白。 我国斜井施工技术的发展应进一步提高机械化水平，减人提效；在大倾角(30以上)斜井施工方面要研究开创一条新路子；进一步完善斜井施工的安全防护设施；对通过特殊地层的冻结、帷幕、旋喷、沉井、盾构等技术的应用及对含水地层的预注浆堵水技术也是亟待研究解决的课题。 十分高兴的是，本书作者是一位青年，他

4、以执著的科学精神进行理论研究，积极投身现场实践，积累了丰富的知识，并不断探索求新。从他们的身上，我们看到了中国建井界新一代的成长和希望。愿读者们喜欢这本书，并对作者提出宝贵的意见。 一九九五年四月二十四日前 言 建国四十多年来，我国的煤炭工业和其它工业一样，发展突飞猛进，取得了巨大的成就。我国斜井施工，从1972年湖南三处创月成井364.5m以来，陕西煤炭基建公司二处、四处分别创造了452、504、605、705.3m的月成井速度，使我国斜井掘进在世界上保持领先地位。鸡西、开滦、阜新等矿区，也都创造了斜井施工速度的较高水平。至此，总结出了具有我国特色的“两光三斗”机械化配套作业线的施工经验。近

5、十多年来,阳泉、丰城、大同等矿区在大断面斜井施工中又有突破性进展，取得了优异成绩。1991年大同矿务局在马脊梁矿新高山主斜井施工中采用了新设备、新技术、新工艺，使大断面斜井施工速度大大加快，单孔月成井达到376.2m，超过日本幌南创造的斜井月进352m的水平，并连续三个月成井825.5m，平均月进275.2m，达到了国内外先进水平，经济效益大幅度提高。但多年来，全国斜井(包括上下山）施工平均速度均在月进50m左右，增长速度缓慢。 及时总结我国在斜井施工中取得的成就；从理论上对斜井施工技术进行分析、研究和完善；探索斜井施工的新技术、新工艺，以期提高我国斜井施工的平均速度，是编写本书的目的之一。

6、对于众多的煤矿建设工程，由于开采条件复杂多变，有不同的施工方案、不同的工艺过程，且机械化配套各异。现场工程技术人员难于遍历。为此，作者在下基层锻炼、进行科研工作、带实习等的过程中，注意调研、收集斜井施工的例子，经过筛选，书中相关章节列举了部分施工实例，供大家了解学习其施工全貌。开采施工条件相似时，可借鉴、参崐考。同时，井巷设计与施工是矿井建设专业学生的主干专业课，作者曾为多届学生讲授该门课程。学生在学习过程中，单从字面上理解并不难，但总感到难以掌握，学得不踏实。关键在于同学们没有实践经验。这些实例为在校学生学习现场施工经验提供了一手资料，从理论到实践架起了一座桥梁。这是编写本书的目的之二。 目

7、前，在斜井施工设备选型时，往往凭借过去的经验，但仅凭经验是不够的。在缺乏科学依据的情况下，配套设备型号选小，则能力低，施工速度难以保证；反之，配套设备型号过大，则要增加设备费投入。同时，盲目配套也易造成机械化作业线中某单个设备能力的浪费。为此，本书在总结现场施工经验的基础上，进行了理论计算分析，供现场确定施工设备时参考。这是编写本书的目的之三。 近年来，建井界的专家、教授和有关部门出版了大量的矿山建设方面的书藉，但多为立井、平巷或特殊施工等方面的，全面地、系统地针对斜井施工方法、工艺、经验和科研成果进行编写的书很少。 为此，本书从斜井表土施工、基岩施工、施工机械化配套、大倾角斜井施工、斜井延深

8、和施工安全等方面进行了编写，以此献给煤炭生产建设事业。这是编写本书的目的之四。 在本书编写过程中，承蒙西安矿业学院刘其兴教授、曾仲节教授级高工提供了大量宝崐贵资料，并审阅了原稿，给予了具体指导；中国煤炭建设开发总公司总工程师崔增祁教授级高工在百忙之中审阅了本书的编写大纲并为本书作了序；陕西省煤研所唐秦生高级工程师提供了宝贵资料。在此一并致以衷心的感谢。 由于作者水平有限，书中缺点错误在所难免，敬请各位专家、教授、工程技术人员和读者们多提宝贵批评意见。 赛 云 秀 一九九五年四月二十八日目 录序前言1第一章斜井开拓与施工1第一节斜井开拓方式第二节 斜井施工特点第二章斜井基岩施工第一节凿岩爆破第二

9、节装岩第三节提升及排矸第四节支护第五节施工组织与管理第三章斜井施工机械化配套第一节斜井施工现状第二节斜井装提综合能力分析第三节斜井施工机械化配套分析第四节斜井快速施工第四章大倾角斜井施工第一节大倾角斜井施工技术第二节大倾角斜井施工实例第五章斜井延深第一节延深施工方案第二节延深保护设施第三节延深提升方式第四节斜井延深实例参考文献 第一章 斜井开拓与施工第一节斜井开拓方式煤矿的井田开拓方式可分为：平硐开拓、斜井开拓、立井开拓和综合开拓四种。开拓方式选择的正确与否将影响矿井的建设速度和投产时间，并与全矿的总投资、劳动生产率及煤炭的生产成本有着极大的关系。根据煤炭工业开发的方针政策，在确定井田开拓方式

10、时，应按先平硐、次斜井、再次立井和综合开拓的顺序选择之。平硐开拓在技术上和经济上要比斜井、立井等开拓方式有利得多，具有投资少、速度快、出煤早、成本低等优点。但真正适合平硐开拓方式的井田很少，其应用范围有限。与此相比，立井开拓方式的应用范围很广泛，一般情况都可采用立井开拓方式。但其施工复杂、投资大、井筒内和井口设备多、建设周期长，故只有在地质、地形等条件限定必须采用立井开拓时方采用之。斜井开拓介于上述两者之间，具有投资省、出煤快、效率高、成本低等一系列优点。国内外大、中、小型矿井都有采用。我国东北地区的鸡西、鹤岗、阜新等老矿区，其小型煤矿所采用的片盘斜井开拓方式占有较大比重，且具有悠久的开采历史

11、。我国西北地区现有的生产矿井，斜井开拓的比重约占一半以上，而目前正在施工或即将投产的矿井，如灵武矿务局的灵新一号井，华亭矿区的陈家沟矿井，蒲白矿务局的朱家河矿井等，都采用了斜井开拓方式。我国为扭转北煤南运的局面，7080年代，在广东、广西、湖北、江西等省，都兴建了不少中小型矿井，其中斜井开拓所占比重更大。西南地区采用斜井开拓的比例也相当大，如四川达竹矿务局全为斜井开拓方式。大同矿务局是我国最大的煤炭能源生产基地，亦是国家大型重点骨干企业之一。该局“七五”期间，经新井建设和老井改扩建设，全局形成15对矿井，总设计生产能力为33.3Mt。其中13对矿井为斜井（斜立井混合）开拓，设计能力达到29.1

12、Mt，占总设计能力的89.2。随着矿井装备的不断改进和施工技术的不断提高，斜井开拓不仅在中小型矿井广为采用，在大型矿井应用的情况亦日益增多，如晋城的凤凰山矿、新汶的协庄矿、灵武的灵新一号井、华亭的砚北矿等。近年来，随着煤矿生产机械化的发展，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。因斜井提升能力大，建井工期短，投资少，可实现矿井运输机械化，还便于新水平的延深。所以，斜井和斜立井联合开拓方式引起国内外采矿界的兴趣和重视。我国以斜井或斜立井开发的矿井也逐年增多。据统计，19781983七年中，建成以斜井开发方式的矿井约56对。1984年全国新开矿井

13、设计总能力11.45Mt,其中以斜井开发的矿井能力约占76.4；1986年全国新建投产矿井17对，设计总能力12.21Mt，其中以斜井开发的矿井约占40。设计年产45Mt的特大型矿井，如四台沟、燕子山、贵石沟、成庄等煤矿，也都采用斜井立井联合开拓方式。 国外的煤炭工业，随着生产的集中化和现代开采技术的发展，大型特大型的矿井，包括新建和扩建的日益增多，其中斜井开拓也占有一定比重。英国、日本、前苏联、德国等国家的一些大型矿井，采用斜井开拓的实例增多。例如美国的迪尔威兹矿、日本的夕张新矿、太平洋钏路矿、前苏联的多尔森矿都采用大型斜井出煤，年产量均在24Mt左右，斜井长度有的可达35005000m，最

14、大开采深度达950m，全为钢丝绳胶带机运煤。西德的萨尔矿区将几个相近的矿井在井下贯通，由一个斜长为5500m的斜井集中出煤。英国也在把分散的矿井集中起来，由胶带斜井集中运出，斜井提升高度可达700m左右。在现代技术条件下，采用斜井开拓可最大限度地发挥胶带输送机连续运输的优点，加之施工装备的改进，斜井掘进速度的提高，斜井开拓方式正愈来愈为人们所重视。第二节斜井施工的特点斜井施工，既不同于立井，又不同于平巷,施工方法与施工设备介于立井与平巷之间，各国对其研究较少。斜井井筒，由于其有1025，甚至更大的坡度，故在施工方法及工艺、施工机械及配套等方面有自己的特色。与平巷施工相比，斜井施工有许多具体困难

15、，其中以装岩排矸和排水最为突出。5060年代，淮北等矿区曾利用平巷后卸式铲斗装岩机，加上装岩自爬装置用于斜井装岩，但生产率不高，仅比人工装岩提高一倍左右，且只能使用于倾角小于15的情况。1965年峰峰矿务局开始推广使用耙斗装岩机，收到良好效果，掘进坡度2530，9左右断面的斜井，过去人工装岩每循环需要56小时，使用耙斗装岩机只需2小时，大大提高了装岩效率，减轻了繁重的体力劳动。由于耙斗岩机具有一系列优点，在煤炭系统很快得到推广。1971年，湖南建井第五工程处在涟邵矿区花萼里副斜井掘进中，将耙斗机用于斜井施工，并与箕斗提升配套使用，装满一个2箕斗只需2分多钟时间，创出月成井331.3的全国最高纪

16、录。这使斜井施工技术发展进入一个新阶段。19711974年，月成井超过300者有十余处，涟邵矿区石坝主斜井、利民3号井，铜川矿区陈家山二采区主斜井、下石节斜井等工程，曾多次突破世界斜井最高月进度。特别是铜川基建公司二处在下石节二采区风井施工中，1974年12月创出月成井705.3世界最高斜井快速施工纪录。至次，我国斜井施工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、耙斗机装岩、箕斗提升、斗形矸石仓排矸，即“两光三斗”的成熟经验。随着矿井开拓向深部发展和施工装备、施工方法和工艺的不断改进，进入八十年代大断面斜井快速施工得到发展，并取得了可喜的成绩。阳泉矿务局于197

17、4年11月在贵石沟主斜井施工中创出大断面斜井快速施工月成井150.7；大同矿务局燕子山工程处1991年6月在马脊梁新高山主斜井施工中创出月成井376.2的新纪录，并且连续三个月平均月成井高达275.2。这为解决大断面深斜井持续稳定地快速施工开创了新的篇章。今后，普通法斜井施技术朝着技术上更先进合理、配套设备标准化、系列化的方向发展。斜井表土层施工技术在我国尚未成熟。尽管立井特殊施工的各种方法均已开始在斜井施工中应用，但应用面很小，技术上处于摸索阶段。这限制了斜井开拓的应用范围，也是要着力研究的问题。近年来，由于山区地形和煤层赋存条件等的限制，加之大倾角强力皮带输送机的推广应用，常出现斜井倾角2

18、5以上，乃至35的大倾角斜井，这给斜井施工带来了许多新困难，提出了新的研究课题。能否缩短建井周期，关键在于缩短井筒开凿工期。据统计，斜井筒工程量在煤矿建设井巷总工程量中仅占313，而其施工期一般约占矿井建设总工期的3550。所以，总结并发展斜井施工技术，提高斜井施工速度，对加快矿井建设速度，缩短矿井建设周期具有重要的现实意义。第二章 斜井基岩施工 第一节 凿岩爆破 一、多台风钻打眼斜井掘进中的多台风钻打眼，是目前国内外斜井施工作业中较理想的机械化配套方式之一。它可靠实用、效益好。打眼的时间一般占循环时间的40左右,采用多台风钻打眼，可缩短打眼时间，保证打眼规格，提高掘进循环率,加快施工速度。但

19、对风钻的合理布置，严密组织非常重要，否则会互相干扰，不能发挥其优越性。大断面斜井快速施工中，采用多台风钻打眼，也取得良好效果。1989年阳泉贵石沟矿主斜井掘进断面19.03，坡度16，最高月进150.7；1991年大同马脊梁矿新高山主斜井施工，掘进断面16.022，坡度16，最高月进376.2；云岗主斜井18.22，掘进面坡度16，最高月进310；忻州窑东三风井，断面16.22，坡度25，取了最高月进321的优异成绩。 、风钻选型 使用导轨式凿岩机有助于推广深孔光爆，但在斜井施工中使用凿岩台车无法调车。若使用钻装机，又不能使钻眼、装岩平行作业。液压支腿式凿岩机钻眼效率高，但其后部配备的工作车影

20、响装岩工作。故国内外斜井快速施工中，均使用风动气腿式凿岩机。多台凿岩机同时作业，在工作面使用灵活，能与装岩等工序平行作业。凿岩机一般选用中频，如YT-28型。在中硬以上的岩石中使用高频凿岩机能够取得较高钻眼生产率。、风钻台数的确定 掘进工作面同时作业的风钻台数，主要根据井筒的断面大小、岩性、支护型式、光爆要求的炮眼数量、作业人员的技术素质、施工管理水平来确定的。一般经验是：f6，巷宽3.5，44.52台；f=610，巷宽3.54，342台；f10,巷宽4，2.532台。普通爆破法取下限台数，光面爆破取上限台数。大同马脊梁矿新高山主斜井，进行快速施工，光面爆破，15.22断面取56台，平均循环打

21、眼总数90个(包括锚杆眼)，凿岩总时间75min左右。 二、中深孔光面爆破实践证明，钻眼爆破工序是加快掘进速度的关键环节。目前井巷工程中的爆破主要指普通光面爆破，按照一次爆破的深度，分为浅孔1.9以下，中深孔2.02.9，深孔3以上。从打眼爆破方法又分为中空直眼掏槽与斜眼掏槽两大类；爆破联线方式可分为大串联、全并联、并串联三种形式；起爆破方法为全断面一次爆破和分次爆破法。斜井中深孔光面爆破技术应合理选择和确定的爆破参数，主要包括：掏槽方式、不偶合系数、密集系数、装药结构、起爆技术等几方面。斜井中深孔爆破炮眼深度，过去多为1.61.8，经过“七五”中深孔爆破科技攻关，深孔一次爆破达到34。炮眼深

22、度可按巷道断面的大小增减,掘进断面大于152取1.82.5较适宜，断面12152取眼深2左右较为理想。这样，易操作，效果好。深孔爆破不宜在斜井使用，这是钻眼机具所决定的，随着钻孔深度增加钻进效率降低，不能发挥多台的优越性。斜井中深孔爆破孔深不宜超过3，最好在2.5左右，各项指标最优。、掏槽方式的选择 浅眼爆破时，多采用楔形掏槽和锥形掏槽。钻凿倾斜的掏槽眼常受巷道断面的限制，难以加深炮眼，因而在深孔与中深孔爆破中都采用了直接眼掏槽法。直眼掏槽法在金属矿山使用得较为广泛,大多应用于硬岩掘进。为了推广中深孔爆破，近十多年来，总结了适用于煤矿斜井施工的菱形掏槽、螺旋掏槽、柱状掏槽等掏槽方式。直眼掏槽方

23、式一般都留有不装药的空眼，作为装药槽眼的自由面。空眼一般要比装药槽眼加深200左右。直眼掏槽的槽子是依次爆破逐步扩大的，而其关键在于合理确定各槽眼至空眼之间的距离。图3-1为螺旋掏槽，1号中心眼为空眼，25号眼为装药炮眼，各装药眼距中心空眼的距离，与岩性有关。在松软的页岩中，100,150，200，250；中硬岩层中，80，120，160，200。用毫秒雷管，按2号、3号、4号、5号眼顺序起爆。这种掏槽方式在中硬以上岩石中采用大直径(70100)中空眼效果更好。在较松软的岩层中用小直径(42)中空眼时，槽内岩石容易发生挤压现象，现在供应的毫秒雷管段数也较少，故这种掏槽方式尚未广泛采用。 图3-

24、1 螺旋掏槽 图3-2 菱形掏槽图3-2为菱形掏槽示意图，图(a)为1个中心空眼，图(b)为2个空眼。有时为了抛碴，将中心眼加深300500，在眼底装23卷药，并使它在各槽眼中最后起爆。其它槽眼装药量为眼长的7075。各眼与中心距离，在46的页岩中：150，200；在68砂岩中，应适当缩小其间距，使120，170。使用毫砂雷管2、3号眼为一段，4、5号眼为二段。这种掏槽方式简单，易于掌握，适应性强。在松软的页岩互层内岩石抛出率低(有时低于50)，但由于槽内岩石已崩碎，辅助眼爆破后，炮眼利用率仍在90以上，菱形掏槽在眼深不大于2.5时，效果较好。图3-3为五星掏槽，中心眼周围有4个空心眼，与装药

25、眼对称布置。15号装药眼装药量为眼长的7080。眼距在松软的页岩中，取200，250300；中硬的砂页岩中取160，200。起爆顺序：1 号眼为第一段，25号眼为第二段；有条件时可将4、5号眼改为第三段。这种掏槽方式适用性较广，可靠性较高。眼深在2.5以下时，使用2号硝铵岩石炸药可以保证掏槽效果；眼深超过2.5时，使用4号岩石炸药或其他高威力炸药，也能取得良好效果。当槽眼深度超过3时，在无瓦斯矿井中可在每个装药眼内用两个同段雷管起爆，底部一个，眼中一个，用以缩短传爆时间，还可采用散装药提高装药密度。由于加大装药量，槽眼眼距还可适当加大。图3-3 五星掏槽图3-4为等边三角柱状掏槽之三种形式。这

26、种掏槽方式是将垂直的掏槽眼布置成距离不大的等边三角柱，并采取间隔眼装药。图(a)为在泥页岩等软岩中四眼三角柱状布置形式，1号眼为中空眼，24号眼装药量为眼深的65；图(b)为在普通砂岩等中硬岩层中六眼三角柱状布置形式，13号眼装药，46号眼为空眼；图(c)为在坚硬的砂岩等硬岩中九眼三角柱状布置方式，13号、79号炮眼装药，46号眼为空眼。起爆顺序：13号眼为一段，79号眼为二段。等边三角柱状掏槽在铜川矿区斜井快速施工中普遍采用，爆破效果良好。这种掏槽方式，钻眼操作简单，比较可靠，不需要大直径空心炮眼，可采用一般段发雷管。此种掏槽方式目前还只用于炮眼深度不大于3的条件下。掏槽眼之间距与所采用炸药

27、性质及炮眼直径有关。图3-4所示的炮眼间距适用于2号岩石炸药、4042小直径炮眼，故亦称此掏槽方式为小直径三角柱状掏槽。当采用黑索金高威力炸药时，上述掏槽方式的槽眼间距应加大1/4。炮眼间距与炮眼直径、炸药、岩性的关系列于表3-1中。图3-4 等边三角柱状掏槽 图3-5为柱状和楔形混合掏槽，它是由三角柱状掏槽发展而来，是在前述四眼和六眼三角柱状掏槽的两侧加26个楔形掏槽眼。所增加的槽眼与工作面成7080夹角，其爆破顺序，是在三角柱状槽眼之后起爆。这种掏槽方式有利于加深炮眼深度，但由于两侧槽眼带有倾斜角度，致使炮眼深度不能加深。图(a)适用于中硬以下岩层(f=24)时，两侧槽眼到三角柱状眼中心距

28、离为9001000；当46时，800900。图(b)为68中硬岩层中的布置形式，750800。图(c)有6个侧槽眼，700750，1200，适用于8之坚硬岩层。 图3-5 柱状、楔形混合掏槽表3-1 岩性、炸药、炮眼直径与炮眼间距的关系岩石名称岩石抗压强度(Mpa)槽眼布置形式炮眼直径(mm)炮 眼 间 距黑索金2号岩石炸药砂岩泥页岩6080 1030六眼三角柱状四眼三角柱状404240422.5d3.2d2.0d2.5d上述中深孔爆破的几种掏槽方式，在斜井快速施工的实践中，使炮眼平均深度从2、2.4提高到3，从而使月平均循环进尺达到了2.022.27。这是我国斜井施工中一项重大突破。斜井中深

29、孔光面爆破中的其它参数，如光爆密集系数，眼距与装药量，装药结构和起爆技术等与巷道施工相类似，这方面论著较多，这里不再赘述。但需要指出的是，在布置炮眼时，应根据断面大小、围岩情况、炸药威力、炮眼深度诸因素合理选择炮眼排列。为防止底板欠挖，底眼的角度应比井筒坡度大35，且比其它眼深100200，底眼的间距不能大，300400为宜。 、中深孔光爆实例斜井井筒掘进中，随着锚喷支护的推广，要求爆破后的断面严格地符合设计要求。为此,应适当增加周边眼孔数，掌握好周边眼的角度，间距并适当减少每个周边眼的装药量，使药卷沿炮眼长度较均匀地分布，从而达到光面爆破效果。图3-6、图3-7、图3-8为铜川基建公司在斜井创新施工中采用的爆破图表。图3-6为斜井井筒穿过泥岩的爆破图表，采用了小直径四眼三角柱状掏槽，周边眼布置在设计轮廓线以内100处，周边眼密集系数为0.50.6，周边眼使用了改制的小直径药卷。图3-7为在页岩中使用的爆破图表，选用了六眼三角柱状掏槽，周边眼布置在设计轮廓线以内50处，周边眼密集系数为0.81.0。图3-