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【摘要】随着我国煤矿开采行业的进步，斜井施工技术被广泛应用于各个地域的煤矿开采作业中。本文围绕着煤矿斜井施工问题，具体分析了煤矿斜井施工技术的使用现状，提出了斜井设计的相关技术，详细论述了几种煤矿斜井施工技术的要点，并总结了斜井施工需要注意的安全问题。
【关键词】煤矿；斜井；施工技术
中图分类号：TU74 文献标识码： A
一、前言
煤矿斜井施工技术诞生至今，受到了我国煤矿开采行业的广泛关注。由于我国煤矿开采技术还存在一些不足，因此，有必要进一步分析斜井施工技术，以提高煤矿斜井开采施工的技术水平。
二、煤矿斜井施工技术现状
斜井是煤矿开拓的方式之一。由于斜井具有投资省、效率高、成本低等优点,在立井与斜井开拓方案选择中,一般应优先考虑斜井方案。我国在二十世纪50——60年代,煤矿采用斜井开拓较多,特别是东北地区。当煤层埋藏较深时,才用立井开拓。但随着科学技术的进步,大型超长钢丝绳强力皮带的出现,以及煤矿的集中化、大型化,国外二十世纪60—70年代,大断面千米以上的斜井的出现,取得了良好的技术经济效益和社会效益。我国从上世纪70年代开始,也顺应世界潮流,对于埋藏较深、条件具备的煤层,由过去单一的立井开拓,改为斜井开拓或立斜井混合开拓方式。因其运输能力大、便于检修与延深、安全、高效,加之工期短、投资省,获得了显著的经济效益。自1978—1983年,斜井开发的矿井56对,1984年全国新井设计能力1145万吨,斜井开采的矿井能力占76.4%。
另外,专家预言,二十一世纪将是地下工程的世纪。因此,实现斜井机械化快速施工具有重大的现实意义。
三、煤矿斜井的设计
就煤矿中的斜井设计而言，其大体上包括三个部分，即：对斜井井口的设计；对斜井井身结构的设计；对斜井井底结构的设计。对各部分的设计要求具体如下。
1、斜井井口的设计
（一）斜井井颈结构设计
所谓的斜井井颈具体是指靠近地面出口的那一部分井壁，该段井壁需要进行一定的加厚，由筒壁和壁座组成。
对于不同的地质条件需要设置不同的斜井井颈：
（1）对于处于冲积层中的斜井，其井口至坚硬岩石那段需要进行砌碹，同时还需要注意的是该段需要采取一定的防渗水措施，以免水渗入对井壁产生不好的影响。另外一个注意事项是：井颈支护应高出地表，高出的具体数值应该超高当地历史最高洪水位1m以上。
（2）对于处于地震高发区的斜井，由于有地震的影响，设计的井颈段需要进行额外的一些加固措施。
在设计井颈结构时，为了防止来自井口的火灾，所以需要对井颈段设金属防火门。为了防止地表水流入井筒内，则需要在斜井井颈周围修筑排水沟。为了防止机械设备被雨水侵袭，则需要在井口周围建造一些与提升机械设备和提升方式相适应的防护设施。
（二）斜井井口布置
对于斜井井口的布置，可以分为四种，即：
（1）胶带输送机斜井井口布置，其主要特点在于：布置均比较单一，往往通过一条胶带机走廊将井口和选煤厂或装车仓连接为一个整体；
（2）箕斗斜井井口布置，其主要特點在于：其提升容器为斜井箕斗，因而需在地面设置卸载架、井口受煤装置及地面转运设施或轨道线路等；
（3）串车斜井井口布置，其主要特点在于：在井口必须设置一系列的调车设备和地面轨道线路；
（4）斜风井井口布置，其主要特点在于：井口部分由井筒、风硐、人行道（兼安全出口）及防爆门组成。
2、斜井井筒断面形状及其布置
就现如今煤矿业中采用的斜井井筒的断面形状及支护方式、断面设计方法而言，基本上与巷道相同。但是需要注意的是：由于斜井井筒是连接工业场地和井下各开采水平的主要进出口，所以对斜井进行支护时，常常采用混凝土砌碹或料石砌碹支护。
布置斜井井筒断面的一般原则是：
（一）机械设备之间的安全间隔必须符合规范的要求；
（二）必须保证提升的安全可靠性；
（三）设计的断面形式须得方便机械设备的检修和维护；
（四）需要符合通风要求，同时需要重点考虑上下工作人员的安全。
3、斜井井底结构设计
就井底的结构而言，对于不同的斜井其具体内涵是不同的，如对于串车斜井而言，其井底结构具体是指井筒与车场水平的连接部分；然而对于箕斗斜井或者胶带输送机斜井，其井底结构则指的是井底装载水平及井底水窝部分。可见需要根据斜井的不同，设计不同的井底，以便方便运营。
四、煤矿斜井施工技术
1、斜井开拓施工技术
适对于缓倾斜和倾斜矿床，斜井开拓无疑使最适合的施工方式，特别是在倾角为20°—40°之间的层状矿床的开拓。而对于急倾斜侧翼倾覆的矿床可用侧翼斜井开拓，也有在急倾斜矿床采用伪倾斜斜井开拓的。
斜井开拓比竖井开拓要简单的多，其建设速度与投资相对竖井而言拥有较大的优势。早期，由于斜井提升能力小，经营费用高，管理复杂，故多用于开拓矿层埋藏较浅的中、小型矿山，大型矿山使用较少。但是，随着带式输送机的发展，为大型或特大型矿山采用斜井开拓提供了广泛的发展空间。在国外，煤矿采用带式输送机斜井开拓已得到广泛运用，并逐步朝向大型化发展。带宽达1400—2000mm，单机长度已突破1000m，斜井斜长达2000—4000m，带式输送机上坡可达18°—20°，下坡15°—16°，自动化程度也越来越高，保护装置和安全设施也日益完善。。
2、爆破施工技术
斜井掘进施工中通常采用爆破的方法形成所设计需要的轮廓。所谓爆破施工就是利用炸药在空气、水、土石介质或物体中爆炸所产生的巨大能量“破坏”某些物体的原始结构，从而达到预期目的的一门技术。这种“破坏”效果不是其他方法能代替的，它虽然不是独立完成一个工程，但却是一个重要的工序，在煤矿建设中发挥着重要作用。
光面爆破也叫轮廓爆破、周边爆破，是井巷掘进中的一种新爆破技术，使用这种方法爆破出的新壁面保持平整而不受明显破坏。它是控制爆破中的一种方法，目的是使爆破后留下的井巷围岩形状规则，符合设计要求，具有表面平整、损伤小、稳定性好的特点。对于提高井巷施工进度、降低巷道支护成本起着重大作用。
但是在目前实际应用中，由于部分施工人员对光爆的认识不足，在岩巷掘进爆破实施过程中，大多存在着打眼数量不足、打眼无规则、装药过多、乱放炮的现象，造成了炮眼利用率低、岩石碎块抛掷远、爆堆不集中、周边超挖大、巷道成形差、围岩松动破坏严重等后果，特别在松软岩层中，周边很难留下半边眼痕。严重影响掘进速度，同时也增加了不必要的支护成本。
3、锚喷支护施工技术
与传统的支撑式巷道支护相比，锚喷支护的技术性和经济性更为优越。当前，锚喷支护已经成为井下巷道支护的重要形式，但同时锚喷支护技术也是一项较为复杂的系统工程，它的成功与否不仅与巷道支护设计、现场施工、材料质量有关，还与巷道所处的围岩岩性密切相关。尤其是对于由于软岩产生的破坏，锚喷支护技术效果显著。
锚喷支护在原理上属于“主动”支护，其通过锚杆的安装，在围岩内部对围岩进行加固，迅速形成一个围岩———支护的整体承载结构，充分地将围岩的自身承载能力加以利用，同时，减小围岩变形，防止离层和片帮，改善巷道的稳定。在巷道开挖后，岩体的原有力学平衡状态遭到破坏，使巷道周围的岩石发生位移，造成应力的重新分布，导致顶板下沉、底板鼓起、两帮移近及片帮冒顶等后果。围岩所处的地质条件和物理力学性质，也使这些现象出现的时间、形式、及程度等有多不同。以断面为拱形巷道为例，依次安装锚杆后，锚固端与垫板之间会形成压缩带。这种压缩带在巷道围岩内形成后，它与巷道帮顶的深部围岩紧密啮合，行程类似于完整碹体。锚杆压缩带形成的碹体与巷道内衬混凝土碹、其它框形支架相比，拥有的抗压性能更好，这种结构也不易产生应力集中现象。由此可见锚杆支护不仅成本上优势明显，而且有很大的支撑力与发展潜力。
在支护安装前后，由于应力条件差，会在巷道围岩处产生变形，使喷体与外层围岩处于受压状态，即巷道围岩会产生切向应力。如果围岩切向的压应力超过围岩的单轴抗压强度时，就会产生变形，严重的会发生断裂。锚喷支护巷道围岩受压所产生的断裂破坏，一般情况下首先是发生在拱顶部位。当断裂裂口碎屑脱离喷体后，裂口两侧的切向压力立即缓解，导致围岩向巷内移动，锚杆拉力同时增大，锚杆拉长。因为有围岩变形处断裂裂口存在，在切向应力作用围岩会向深部转移，导致断裂现象向深部发展，新的断裂碎屑在挤压过程中使外部断口扩大变宽甚至造成岩块脱落，杆体外端裸露。由于围岩变形，压应力继续向外层围岩转移，断裂继续向深部发展，导致锚杆切向载荷增加，使杆体呈弯曲变形导锚杆失效。
五、煤矿斜井施工安全技术
1、提升设备。煤矿井下斜井提升设备，以前主要是以交流异步电机转子串电阻调速绞车（电气拖动），液压绞车（液压拖动）等几种方式为主，但这些设备在安全可靠性、调速、节能、操作、维护等方面都不同程度的存在缺陷，近年来随着煤矿机械化和自动化技术的提高，防爆变频绞车问世，使矿井提升机的装备水平发生了质的变化，目前很多现代化的大型矿井都已经使用了变频绞车，其结构紧凑、体积小、操作简单、故障率低，更为可贵的变频绞车是以全数字变频调速为基础，以矢量控制技术为核心，使异步电机的调速性能可以和直流电机相媲美，运行安全稳定。
2斜井安全设施。为了消除斜井轨道运输事故，多年来煤矿企业和科研单位及生产厂家研制应用了多种类型的斜井安全防护装置，如雷达测速控制和轨道传感器控制的各种跑车防护装置、挡车栏、风动阻车器、自动复位阻车器等，对促进斜井轨道运输事故的消除做出了很大的贡献。矿井倾斜井巷轨道运输安全涉及的因素很多，正确选择和设置跑车防护装置等各类安全设施，应严格执行行业的技术政策规定。
六、结束语
综上所述，煤矿斜井施工技术的出现为我国煤矿开采提供了一种较为有效和便利的开采方式。在今后煤矿开采的过程中，依然要科学、有针对性的使用斜井施工技术，不断提高其施工的效率和质量。
【参考文献】
[1] 陈超美，冯星宇.新庄煤矿采区煤仓反井钻井法施工技术探讨[J].中州煤炭，2010（3）.
[2]罗恒刚.安全生产管理防护措施浅析.中国新技术新产品,2010.14.
【关键词】煤矿；斜井；施工技术
中图分类号：TU74 文献标识码： A
一、前言
煤矿斜井施工技术诞生至今，受到了我国煤矿开采行业的广泛关注。由于我国煤矿开采技术还存在一些不足，因此，有必要进一步分析斜井施工技术，以提高煤矿斜井开采施工的技术水平。
二、煤矿斜井施工技术现状
斜井是煤矿开拓的方式之一。由于斜井具有投资省、效率高、成本低等优点,在立井与斜井开拓方案选择中,一般应优先考虑斜井方案。我国在二十世纪50——60年代,煤矿采用斜井开拓较多,特别是东北地区。当煤层埋藏较深时,才用立井开拓。但随着科学技术的进步,大型超长钢丝绳强力皮带的出现,以及煤矿的集中化、大型化,国外二十世纪60—70年代,大断面千米以上的斜井的出现,取得了良好的技术经济效益和社会效益。我国从上世纪70年代开始,也顺应世界潮流,对于埋藏较深、条件具备的煤层,由过去单一的立井开拓,改为斜井开拓或立斜井混合开拓方式。因其运输能力大、便于检修与延深、安全、高效,加之工期短、投资省,获得了显著的经济效益。自1978—1983年,斜井开发的矿井56对,1984年全国新井设计能力1145万吨,斜井开采的矿井能力占76.4%。
另外,专家预言,二十一世纪将是地下工程的世纪。因此,实现斜井机械化快速施工具有重大的现实意义。
三、煤矿斜井的设计
就煤矿中的斜井设计而言，其大体上包括三个部分，即：对斜井井口的设计；对斜井井身结构的设计；对斜井井底结构的设计。对各部分的设计要求具体如下。
1、斜井井口的设计
（一）斜井井颈结构设计
所谓的斜井井颈具体是指靠近地面出口的那一部分井壁，该段井壁需要进行一定的加厚，由筒壁和壁座组成。
对于不同的地质条件需要设置不同的斜井井颈：
（1）对于处于冲积层中的斜井，其井口至坚硬岩石那段需要进行砌碹，同时还需要注意的是该段需要采取一定的防渗水措施，以免水渗入对井壁产生不好的影响。另外一个注意事项是：井颈支护应高出地表，高出的具体数值应该超高当地历史最高洪水位1m以上。
（2）对于处于地震高发区的斜井，由于有地震的影响，设计的井颈段需要进行额外的一些加固措施。
在设计井颈结构时，为了防止来自井口的火灾，所以需要对井颈段设金属防火门。为了防止地表水流入井筒内，则需要在斜井井颈周围修筑排水沟。为了防止机械设备被雨水侵袭，则需要在井口周围建造一些与提升机械设备和提升方式相适应的防护设施。
（二）斜井井口布置
对于斜井井口的布置，可以分为四种，即：
（1）胶带输送机斜井井口布置，其主要特点在于：布置均比较单一，往往通过一条胶带机走廊将井口和选煤厂或装车仓连接为一个整体；
（2）箕斗斜井井口布置，其主要特點在于：其提升容器为斜井箕斗，因而需在地面设置卸载架、井口受煤装置及地面转运设施或轨道线路等；
（3）串车斜井井口布置，其主要特点在于：在井口必须设置一系列的调车设备和地面轨道线路；
（4）斜风井井口布置，其主要特点在于：井口部分由井筒、风硐、人行道（兼安全出口）及防爆门组成。
2、斜井井筒断面形状及其布置
就现如今煤矿业中采用的斜井井筒的断面形状及支护方式、断面设计方法而言，基本上与巷道相同。但是需要注意的是：由于斜井井筒是连接工业场地和井下各开采水平的主要进出口，所以对斜井进行支护时，常常采用混凝土砌碹或料石砌碹支护。
布置斜井井筒断面的一般原则是：
（一）机械设备之间的安全间隔必须符合规范的要求；
（二）必须保证提升的安全可靠性；
（三）设计的断面形式须得方便机械设备的检修和维护；
（四）需要符合通风要求，同时需要重点考虑上下工作人员的安全。
3、斜井井底结构设计
就井底的结构而言，对于不同的斜井其具体内涵是不同的，如对于串车斜井而言，其井底结构具体是指井筒与车场水平的连接部分；然而对于箕斗斜井或者胶带输送机斜井，其井底结构则指的是井底装载水平及井底水窝部分。可见需要根据斜井的不同，设计不同的井底，以便方便运营。
四、煤矿斜井施工技术
1、斜井开拓施工技术
适对于缓倾斜和倾斜矿床，斜井开拓无疑使最适合的施工方式，特别是在倾角为20°—40°之间的层状矿床的开拓。而对于急倾斜侧翼倾覆的矿床可用侧翼斜井开拓，也有在急倾斜矿床采用伪倾斜斜井开拓的。
斜井开拓比竖井开拓要简单的多，其建设速度与投资相对竖井而言拥有较大的优势。早期，由于斜井提升能力小，经营费用高，管理复杂，故多用于开拓矿层埋藏较浅的中、小型矿山，大型矿山使用较少。但是，随着带式输送机的发展，为大型或特大型矿山采用斜井开拓提供了广泛的发展空间。在国外，煤矿采用带式输送机斜井开拓已得到广泛运用，并逐步朝向大型化发展。带宽达1400—2000mm，单机长度已突破1000m，斜井斜长达2000—4000m，带式输送机上坡可达18°—20°，下坡15°—16°，自动化程度也越来越高，保护装置和安全设施也日益完善。。
2、爆破施工技术
斜井掘进施工中通常采用爆破的方法形成所设计需要的轮廓。所谓爆破施工就是利用炸药在空气、水、土石介质或物体中爆炸所产生的巨大能量“破坏”某些物体的原始结构，从而达到预期目的的一门技术。这种“破坏”效果不是其他方法能代替的，它虽然不是独立完成一个工程，但却是一个重要的工序，在煤矿建设中发挥着重要作用。
光面爆破也叫轮廓爆破、周边爆破，是井巷掘进中的一种新爆破技术，使用这种方法爆破出的新壁面保持平整而不受明显破坏。它是控制爆破中的一种方法，目的是使爆破后留下的井巷围岩形状规则，符合设计要求，具有表面平整、损伤小、稳定性好的特点。对于提高井巷施工进度、降低巷道支护成本起着重大作用。
但是在目前实际应用中，由于部分施工人员对光爆的认识不足，在岩巷掘进爆破实施过程中，大多存在着打眼数量不足、打眼无规则、装药过多、乱放炮的现象，造成了炮眼利用率低、岩石碎块抛掷远、爆堆不集中、周边超挖大、巷道成形差、围岩松动破坏严重等后果，特别在松软岩层中，周边很难留下半边眼痕。严重影响掘进速度，同时也增加了不必要的支护成本。
3、锚喷支护施工技术
与传统的支撑式巷道支护相比，锚喷支护的技术性和经济性更为优越。当前，锚喷支护已经成为井下巷道支护的重要形式，但同时锚喷支护技术也是一项较为复杂的系统工程，它的成功与否不仅与巷道支护设计、现场施工、材料质量有关，还与巷道所处的围岩岩性密切相关。尤其是对于由于软岩产生的破坏，锚喷支护技术效果显著。
锚喷支护在原理上属于“主动”支护，其通过锚杆的安装，在围岩内部对围岩进行加固，迅速形成一个围岩———支护的整体承载结构，充分地将围岩的自身承载能力加以利用，同时，减小围岩变形，防止离层和片帮，改善巷道的稳定。在巷道开挖后，岩体的原有力学平衡状态遭到破坏，使巷道周围的岩石发生位移，造成应力的重新分布，导致顶板下沉、底板鼓起、两帮移近及片帮冒顶等后果。围岩所处的地质条件和物理力学性质，也使这些现象出现的时间、形式、及程度等有多不同。以断面为拱形巷道为例，依次安装锚杆后，锚固端与垫板之间会形成压缩带。这种压缩带在巷道围岩内形成后，它与巷道帮顶的深部围岩紧密啮合，行程类似于完整碹体。锚杆压缩带形成的碹体与巷道内衬混凝土碹、其它框形支架相比，拥有的抗压性能更好，这种结构也不易产生应力集中现象。由此可见锚杆支护不仅成本上优势明显，而且有很大的支撑力与发展潜力。
在支护安装前后，由于应力条件差，会在巷道围岩处产生变形，使喷体与外层围岩处于受压状态，即巷道围岩会产生切向应力。如果围岩切向的压应力超过围岩的单轴抗压强度时，就会产生变形，严重的会发生断裂。锚喷支护巷道围岩受压所产生的断裂破坏，一般情况下首先是发生在拱顶部位。当断裂裂口碎屑脱离喷体后，裂口两侧的切向压力立即缓解，导致围岩向巷内移动，锚杆拉力同时增大，锚杆拉长。因为有围岩变形处断裂裂口存在，在切向应力作用围岩会向深部转移，导致断裂现象向深部发展，新的断裂碎屑在挤压过程中使外部断口扩大变宽甚至造成岩块脱落，杆体外端裸露。由于围岩变形，压应力继续向外层围岩转移，断裂继续向深部发展，导致锚杆切向载荷增加，使杆体呈弯曲变形导锚杆失效。
五、煤矿斜井施工安全技术
1、提升设备。煤矿井下斜井提升设备，以前主要是以交流异步电机转子串电阻调速绞车（电气拖动），液压绞车（液压拖动）等几种方式为主，但这些设备在安全可靠性、调速、节能、操作、维护等方面都不同程度的存在缺陷，近年来随着煤矿机械化和自动化技术的提高，防爆变频绞车问世，使矿井提升机的装备水平发生了质的变化，目前很多现代化的大型矿井都已经使用了变频绞车，其结构紧凑、体积小、操作简单、故障率低，更为可贵的变频绞车是以全数字变频调速为基础，以矢量控制技术为核心，使异步电机的调速性能可以和直流电机相媲美，运行安全稳定。
2斜井安全设施。为了消除斜井轨道运输事故，多年来煤矿企业和科研单位及生产厂家研制应用了多种类型的斜井安全防护装置，如雷达测速控制和轨道传感器控制的各种跑车防护装置、挡车栏、风动阻车器、自动复位阻车器等，对促进斜井轨道运输事故的消除做出了很大的贡献。矿井倾斜井巷轨道运输安全涉及的因素很多，正确选择和设置跑车防护装置等各类安全设施，应严格执行行业的技术政策规定。
六、结束语
综上所述，煤矿斜井施工技术的出现为我国煤矿开采提供了一种较为有效和便利的开采方式。在今后煤矿开采的过程中，依然要科学、有针对性的使用斜井施工技术，不断提高其施工的效率和质量。
【参考文献】
[1] 陈超美，冯星宇.新庄煤矿采区煤仓反井钻井法施工技术探讨[J].中州煤炭，2010（3）.
[2]罗恒刚.安全生产管理防护措施浅析.中国新技术新产品,2010.14.