煤矿立井施工安全控制技术研究与实践

煤矿立井施工安全控制技术研究与实践

王涛

陕西煤业化工建设（集团）有限公司矿建三公司

摘要：本文系统地探讨了煤矿立井施工安全控制技术的研究与实践，强调了地质条件分析、井筒设计、施工工艺、井筒支护、施工设备选择和施工监测在保障煤矿安全生产中的重要作用，通过案例分析，展示了这些技术在实际施工中的应用效果，并提出了持续优化安全控制技术的建议，为我国煤矿安全生产提供技术支持。

关键词：煤矿立井施工；安全控制技术；地质条件分析；井筒设计

引言

煤矿立井施工是煤矿建设和生产过程中的重要环节，其安全控制技术的研究与实践对于保障煤矿安全生产具有重要意义。近年来随着煤矿开采深度的增加和地质条件的复杂化，立井施工安全控制技术面临着新的挑战。本文旨在探讨煤矿立井施工安全控制技术的研究与实践，以期为我国煤矿安全生产提供技术支持。

一、煤矿立井施工安全控制技术研究

（一）地质条件分析

地质条件对煤矿立井施工安全至关重要。施工前，需全面调查井筒附近地层岩性、地质构造和水文地质，为施工方案提供依据，确保安全与效率。分析地层岩性，了解岩石硬度和稳定性，指导钻爆作业；调查地质构造，识别潜在断层和破碎带，采取施工措施；研究水文地质，关注涌水和排水问题，对施工安全至关重要。地质条件深入分析是煤矿立井施工安全控制技术研究的基础。

（二）井筒设计

井筒设计在煤矿立井施工安全控制技术中占据核心地位。设计阶段需全面考量地质特性、施工技术及安全标准。井筒的直径和深度取决于地层的特性、所采用的技术及设备的能力。支护方式的选择尤为关键，需根据地质条件的差异选择适当的支护方法，如在软土层或破碎带中，应采用钢纤维混凝土支护以增强井筒的稳定性。井筒设计的最终目标是合理确定直径、深度和支护方式，以确保井筒的结构稳定。

（三）施工工艺

施工工艺的选择对于煤矿立井施工的安全与效率同样至关重要。目前常用的施工工艺包括钻爆法、钻井法和沉井法等。如钻爆法是一种常见的立井施工方法，适用于坚硬岩层，通过钻机钻孔、爆破破碎岩石，然后清理井筒，逐步掘进。钻井法适用于软土层或流沙层，通过旋转钻头切削土壤，形成井筒。沉井法适用于较浅的立井，通过预制井筒或井壁，然后利用重力和水压使其下沉到预定位置。

（四）井筒支护

井筒支护在煤矿立井施工中至关重要，它直接影响井筒的稳定性及施工人员安全。支护方式选择依据井筒设计、地质条件和施工工艺。对于砂岩和泥岩层，采用锚杆支护与喷锚支护相结合的方式。锚杆支护通过锚入岩石中的锚杆，有效抵抗地层压力，预防井壁垮塌。在此基础上，喷锚支护增加喷射混凝土层，进一步提升支护的稳定性和承载能力。对于煤层和破碎带，采用更坚固的钢纤维混凝土支护，其高强度和优良的抗裂性能，能有效抵抗地层压力及水侵蚀，确保井筒稳定性[1]。

（五）施工设备

施工设备的选择需基于施工工艺和安全要求，包括钻机、提升设备、通风和排水设备。钻机选择应适应钻爆法施工，如牙轮钻机和潜孔钻机，以满足不同地层的钻孔需求[2]。提升设备如提升机和绞车，用于提升钻机、岩渣和人员，以提高效率，通风设备对于煤矿立井施工至关重要，轴流式通风机和局部通风机配合风管和风门，形成完善通风系统，确保空气新鲜，排出有害气体。排水设备则用于排除井筒内涌水，保证施工顺利进行。

（六）施工监测

在煤矿立井施工中，施工监测扮演着至关重要的角色，通过持续地跟踪和深入的分析，确保井筒施工状态的安全与稳定，从而预防潜在的事故发生。监测工作涉及井筒的变形、水文地质状况以及爆破作业产生的振动等多个方面。井筒变形监测通过实时分析位移和应力数据，为预防井筒坍塌提供了关键信息，这有助于及时发现井筒结构出现的任何异常，从而采取必要的措施来确保井筒的稳固；水文地质监测则专注于地下水位、水流方向和水压等关键指标，以便及时发现涌水和渗水问题，这对于防止井筒施工过程中出现的水文问题至关重要，确保施工的顺利进行；爆破振动监测评估爆破作业对井筒和周边环境的影响，确保爆破作业在安全范围内进行，避免对井筒和周边环境造成不利影响，通过这些监测工作，可以确保爆破作业的安全性和井筒施工的稳定性。

二、煤矿立井施工安全控制实践

（一）工程概况

以我国某煤矿立井施工为例，该煤矿位于山西省，矿井设计生产能力为年产120万吨。立井井筒设计净直径为6米，深度为600米。工程地质条件复杂，主要包括砂质泥岩、砂岩、煤层等。施工过程中遇到了高地应力、大涌水、软岩层等困难。在施工工艺方面采用了综合机械化掘进和模板法浇筑混凝土支护。施工设备包括悬臂式掘进机、混凝土搅拌站、模板系统、提升机等。井筒支护采用了锚杆、钢筋网、混凝土等材料，确保了井筒的稳定性；在施工监测方面，采用了自动化监测系统，对立井井筒的位移、应力、涌水等进行实时监测，确保施工安全，同时加强了安全管理，严格执行安全规程，对施工人员进行安全培训，增强了安全意识，通过以上措施该煤矿立井施工安全得到了有效控制，井筒质量满足设计要求，为矿井后续生产奠定了基础。

（二）施工过程

在煤矿立井施工过程中，钻爆法施工技术被采用，以适应复杂的地质条件。利用先进的钻机，结合适当的钻头和爆破器材，爆破参数得到优化，包括孔深、孔径、孔距和装药量，旨在减少对井筒围岩的损伤并提升爆破效果。井筒支护涉及锚杆、钢筋网和喷射混凝土的综合支护措施，旨在增强井筒的稳定性和承载能力。特别是在高地应力和软岩层等复杂地质条件下，预应力锚索技术被有效应用。此外，自动化监测系统对井筒的位移、应力和涌水进行实时监测，通过监测数据，施工团队能够及时掌握井筒的变形和稳定性状况，并采取相应措施。在施工过程中，遇到了大涌水问题，导致施工进度受到影响。为解决这个问题采取了注浆堵水措施，通过在井筒周围注入化学浆液，封堵涌水通道，有效地控制了涌水问题，此外面对软岩层的问题，通过预应力锚索技术加固软岩层，提高了井筒的稳定性，通过采取上述措施，施工团队成功解决了技术难题，确保了煤矿立井施工的安全和顺利进行。在施工中井筒位移控制在10mm以内，应力保持在设计要求的强度范围内，涌水量控制在50立方米/天以内，这些数据表明安全控制措施取得了显著成效，为矿井后续生产提供了安全保障。

（三）安全控制效果

煤矿立井施工安全控制实践展现了卓越成效，通过整合机械化掘进、模板法浇筑混凝土支护以及多层次综合支护策略，大幅提升了井筒的结构稳定性。实时自动化监测系统的部署，对井筒的位移、应力和涌水状况进行了不间断的监控，进一步巩固了井筒的稳定性。施工工艺和设备的优化，不仅提高了作业效率，还加快了工程进度，通过强化安全管理和定期的安全培训，施工人员的安全意识得到显著提升，安全事故的发生率显著下降[3]，这些安全控制措施的成效，不仅降低了施工过程中的风险，还为矿井的持续生产和运营奠定了坚实的安全基础。

总结

地质条件分析是施工安全控制的基础，需对井筒附近的地质情况进行详细调查。合理的井筒设计、施工工艺和井筒支护是保障施工安全的关键。施工设备的选择和施工监测是预防事故的重要手段。建立健全安全管理制度，加强施工现场的安全检查和隐患排查，增强施工人员的安全意识，是保障煤矿立井施工安全的关键。通过施工安全控制实践，可以有效提高井筒稳定性，加快施工进度，降低安全事故发生率。针对不同地质条件和施工环境，应不断优化煤矿立井施工安全控制技术，为我国煤矿安全生产提供技术支持。

参考文献

[1] 何杰,崔千里,付书俊,et al.立井煤矿深埋长距离岩巷全断面硬岩掘进机施工技术研究[J].煤炭工程, 2022, 54(7):38-43.

[2] 孔祥山,张钊.秦华煤矿新建副立井过松散砂层段施工安全质量技术措施[J].中国石油和化工标准与质量, 2022(010):042.

[3] 孙治中.立井施工瓦斯抽采技术及钻机稳固与安全[J].工程建设(维泽科技), 2023, 6(10):98-100.