1、斜巷掘进施工方案探索摘 要近年来，煤炭开采业呈现快速发展趋势，一些矿井不断向大型化、现代化发展。为了提高新采区开拓巷道的掘进速度，通过利用反井钻机施工，开创了全新的斜巷施工技术。本文就斜巷掘进施工方案及工艺进行了简单的分析。 关键词斜巷 掘进 反井钻机 中图分类号：TD263.58 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0024-01 1 工程简介 1.1 工程概况 某山作为采区的安全出口之一，是采区开拓巷道中必不可少的一部分，起到行人、通风的作用。 此山是运输中巷与轨道中巷之间联络巷，两条中巷间距 40m，高差为22m，入风上山巷道全长 45m，其中 44斜长为 40
2、m，设计为三心拱断面（宽 4m、高 2.8m） ，采用锚喷支护。 1.2 地质情况 斜巷围岩岩性为泥岩、粉细砂岩互层，水平层理，夹中砂、粗砂岩及薄煤线，围岩硬度适中，较有利于反井钻机施工。 2 巷道施工方案选择与施工分析 2.1 施工方案的选择 此巷道施工共设计了两套方案。 方案一：采用传统炮掘方式。在两条中巷中间设计一条 30斜巷，由下至上掘进，掘进工程量为 88m，其中 30斜巷长为 45m。 方案二：采用反井钻机导孔施工。在两条中巷中间设计一条 44斜巷，提前在下口掘进一个 5m 深硐室（为导孔贯通后上 1.2m 钻头使用） ，待反井钻机施工结束后，采取由上至下的方式掘进，掘进工程量为
3、45m，其中 44斜巷长为 40m。 方案一是大倾角斜巷施工的常规方法，其优、缺点如下。 优点：上山掘进易于排矸，工作面无积水，大大降低了丢炮、落炮的发生。 缺点：上山掘进作业危险性大，容易出现顶板事故，材料运输较困难，工人劳动强度大，施工时间长。 方案二是既要继承方案一的优点，又要避免其缺点而研究的一种全新的施工工艺。但其技术难点是如何使用现有的反井钻机，满足巷道设计要求，突破其施工倾角限制。 经过对相关技术的反复研究与讨论，制定了对反井钻机的安装与使用的改进方案，使之在小倾角钻进过程中始终保持稳定的机身状态，控制导孔钻进的方位能够在设计的范围内。最终确定采取方案二施工。由图可见，方案二比方
4、案一节省进尺 43m，且减少了两个拐角。 2.2 钻机选型 根据岩石条件、斜井长度及以往使用反井钻机施工的经验，选择了ZFY1.2120 型 （LM-120）煤矿用反井钻机施工。 ZFY1.2120 型 （LM-120）煤矿用反井钻机主要部件技术参数：主机运搬尺寸（长宽高）229011101430mm，主机工作尺寸 297714223277mm，主机重量 6.0t，全液压驱动电机功率 66kW，导孔直径 244mm，扩孔直径1200mm，最大钻孔深度 120m，出轴转速 5-33rpm，额定扭矩 15kN?m，最大扭矩 30kN?m，钻头允许最大推力 250kN，扩孔最大拉力 500kN，钻孔
5、倾角 60-90，钻孔偏斜率1%，钻杆直径有效长度？准 1821000mm。 2.3 钻机的安装及固定 2.3.1 混凝土基础的浇筑。混凝土基础的浇筑是钻机稳固的关键步骤之一，可以说钻机的稳固成与败主要取决于此。混凝土浇灌的尺寸为4000mm 宽，上部厚度为 800mm。根据地测部门给定的中心、腰线，浇灌出一座混凝土基础台，斜面的方位及倾角偏差？芨 1。在混凝土台斜面上按钻孔中心安设钻机稳定预埋件，并按预埋件孔位埋设 10 根？准222200mm 锚杆，要求锚杆外露为 200mm。值得注意的是，混凝土基础在扩孔范围内不能有钢筋等物件，必须为素混凝土，以保证导孔、扩孔的质量及安全。防止因为钢筋等
6、刚性物件导致的导孔偏离，以及扩孔至混凝土基础时因为钢筋损毁，导致的混凝土基础的整体垮塌而出现的安全事故。 2.3.2 基础预埋件的使用。预埋件采用 30mm 厚钢板制成，长2325mm，宽 1340mm，矩形。在钢板的几何中心剪切出一个大于直径1200mm 圆的面积（图中虚线为扩孔圆的面积） ，同时按钻机底脚的尺寸钻出四个配套的螺栓孔，用？准 30mm 螺栓将预埋件与钻机连接。钢板两侧如图所示布置 10 个锚杆孔位。安设时，将四个？准 30mm 螺栓安设在预埋件上，并对角拉线，其交点即为开孔中心。沿混凝土基础斜面平放校对中心后，用水平尺调整至水平后，将其锚固。 钻机稳固在混凝土预埋件上，预埋件
7、由 10 根？准 222200mm 锚杆锚固，经单根锚杆拉拔力检测，单根锚杆的拉拔力不小于 10t。由上述内容可知，预埋件的整体拉拔力不小于 100t，足以满足反井钻机的最大拉拔力为 500kN，也就是 50t 拉拔力的技术要求。 2.3.3 钻机安装及角度调整 混凝土基础浇灌及预埋件的安设完毕，并经过 24 小时的养生期后，开始进行钻机机身的安装及角度调整。 利用起重机通过顶板的起吊锚杆将主机吊入基础平台上，对位至连接螺栓并拧紧，在安装上斜撑杆。使钻机主体在和基础平台连接成一个整体的情况下，在通过斜撑杆将钻机主体与钻车平台构成一个稳定的三角结构。由于钻机倾斜放置，且上支撑缸距顶板较远，无法直
8、接利用上支撑缸对钻机进行稳定，为此经过反复研究，决定采取用 40t 链条顺钻机机身方向，将钻机上支撑缸与底板锚杆连接，使其达到对钻机进行支撑稳定的技术要求。 同时，为了进一步保证钻机在使用期间的稳定性，除了上述的常规稳钻手段外，还额外增加了“锚索-道木”刹顶，使钻机的稳定性得到了最大的保证。具体方法为：先在垂直机身上部的方向，以机身宽度为锚索间距，锚固两个外露超过机身 300mm 的锚索。用预先加工的钢板背在机身后，两根锚索分别穿过钢板（预先已钻孔） ，上好锁具。将准备好的木道木整齐的排列在钻机与顶板之间，道木应该略长于锚索间距，这样可以使锚索除了能起到紧固的作用，外还能对道木起到支撑的作用，
9、防止了出现刹顶道木掉落的问题。 结束了以上的步骤后，就要对钻机进行角度的校对了。因为在基础平台的施工过程中已经对角度及方位进行了规范。这时只需要采用机身底脚自带的调节功能进行微调即可，允许偏差在 1%以内，确定无误后对钻车平台机械手以下部份进行二次混凝土浇灌。 2.4 钻具的组合使用 稳定钻杆与普通钻杆的组合使用是保证 44小倾角钻进精度的重要途径，其组合方式与一般的竖井钻进有着显著区别，主要原则是靠近导孔钻头段加密布置稳定钻杆，20m 以后为 10m/根。此次施工连接导孔钻头的第 1 根为开孔钻杆，以后分别在第 3 根、第 6 根、第 10 根、第 15根、第 21 根、第 31 根使用了稳
10、定钻杆，一共使用 6 根稳定钻杆，大幅度提高了钻进精度。 2.5 反井施工工艺 2.5.1 导孔施工。开孔前应重新校对中心，尤其是导孔中心必须是钻机的几何中心。否则，稳定钻杆的稳定翼将与钻机下部棘轮套放生刮卡，阻碍施工的正常进行。在正常钻进情况下，导孔钻进采用高速钻进。动力头向下给适当压力，正向旋转即可。导孔施工速度不宜过快，且应保持连续钻进。对于松软地层和过度地层采用低钻压，对于硬岩稳定地层采用较高钻压。本次地质岩性为泥岩、粉细砂岩互层和砂岩，对导孔较有利，平均每小时导孔钻进 2m。随着导孔钻进深度的不断增加，加钻杆停水前冲洗孔底的时间应适当增加（2-5min） ，在钻透下水平透点 3m左右
11、，应逐渐降低钻压，并控制水压，防止堵钻。 2.5.2 对接钻头及扩孔施工。导孔钻透后，将导孔钻头卸下，扩孔钻头对接至钻杆处，通过钻机控制钻杆进退、旋转将扩孔钻头对接牢固。扩孔前，以导孔为圆心人工挖掘一个深 1m 的扩孔导洞，防止扩孔开孔期间钻头剧烈晃动而损坏钻头钻具钻。提升时使用低钻压钻进，并注意观察油泵压力变化，当扩孔钻头进入导洞并且达到额定压力后，即可按正常工序钻进。扩孔钻进相对于导孔来说，其工序比较简单。但应考虑斜孔提升过程中，岩壁对钻头轴向阻力的增加，所以应比常规扩孔钻进速度有所降低，平均每小时扩孔钻进 1m。 参考文献 1 徐永圻.煤矿开采学M.中国矿业大学出版社，2011. 2 东兆星，吴士良.井巷工程M.中国矿业大学出版社，2012.
