关于煤层中大断面硐室工程施工方案的探讨

关于煤层中大断面硐室工程施工方案的探讨

发表时间：2010-02-03T17:09:05.437Z 来源：《中小企业管理与科技》2010年1月上旬供稿作者：周学龙

[导读] 马头门是一种特殊的硐室工程，该处围岩受井筒掘进时的扰动，且处于井筒与井底车场的连接部位的应力集中带

周学龙（淮南矿业集团矿业工程分公司）

摘要：在煤矿建井工程中，马头门是一种特殊的硐室工程，该处围岩受井筒掘进时的扰动，且处于井筒与井底车场的连接部位的应力集中带。因此马头门的设计与施工是建井工程中的难题。本文通过对淮南矿业集团潘一矿第二副井-788m马头门施工过程中的实践，提出了一种行之有效的施工方法，兼顾了安全、质量和工期，具有一定的应用价值。

关键词：马头门煤层支护施工方法

1 工程概况

淮南矿业集团潘一矿第二副井-788m马头门位于第二副井东西方向，属二水平开拓工程，由淮南矿业集团矿业工程分公司负责施工。东、西马头门长度分别为26.5m和60.3m，其中第二副井井筒中心线向东西方向各14.5m为马头门加固段，该段断面尺寸为（净）宽×高=6100×7408mm，上部位于6-1煤层中，煤层层厚4m，煤质极其松软，呈粉状，且属于突出危险煤层。本文重点对该加固段的施工方案进行探讨。

为了使井筒安装与马头门掘砌平行施工，矿方拟定由第二副井措施巷施工等候室通道，从等候室通道进入马头门施工。

2 支护方案及参数

2.1 外层支护马头门加固段设计外层支护为锚杆金属网网喷射混凝土、锚索、29U型钢支架联合支护。锚杆规格Φ22×2500mm高强树脂锚杆，间排距800×800mm，梅花形布置，每孔2卷树脂锚固剂（拱部Z2355型，帮部Z2850型）。金属网规格Φ6.5×2100×1200mm，网格150×150mm。喷射混凝土强度C20，喷厚100mm。锚索规格Φ17.8×8200mm，环向间距3000mm，纵向间距2000mm。

29U型钢支架分7节，顶梁3节，腿4节，每两节搭接处使用3副29U钢卡缆。支架间距500mm，每架使用4组Φ22×2500mm固棚锚杆固定。支架与外层喷射混凝土间留200mm厚充填层。

外层支护完成后进行注浆加固，采用深浅孔交叉布置，间排距3200×3200mm，孔深：浅孔1m，深孔3m。注浆采用P.O 42.5普通硅酸盐水泥，水灰比1：0.8。

2.2 内层支护马头门加固段增设反底拱，内层支护为整体现浇钢筋混凝土支护。混凝土强度C50，壁厚700mm（底拱厚600mm）。设计为双层钢筋，环向钢筋为HRB335级Φ25mm热轧带肋钢筋，间距200mm；横向钢筋为HRB335级Φ22mm热轧带肋钢筋，间距250mm；钢筋保护层厚度50mm。

3 施工方案的选择

根据设计设计的支护参数，马头门加固段内、外层支护总厚度为1124mm，因此该段掘进断面尺寸达到了宽×高=8348×9032mm。经过分析，有以下两种可行的施工方案：

方案一：由等候室进入，直接向井筒方向分层掘进。其优势是直接一次性掘进并支护到位，节省工时。劣势是断面跨度大，且6-1煤位于巷道顶板，顶板较难管理，且通风困难。

方案二：由等候室进入，先施工断面较小的导硐与井筒方向贯通，然后从井筒开始分别向东西方向分层扩刷。其优势快速形成自然通风，且顶板容易管理，贯通后扩刷时，扩刷的矸石直接漏入导硐内，通过耙斗装岩机装走。劣势是需要先掘进导硐，后期还需要拆除导硐的支架，浪费工时。

我们通过对上述两种方案的对比分析，考虑安全因素，认为方案二的方法虽然比方案一多出两道工序，但是该方案安全系数比较高，而且爆破作业时多一个自由面，爆破效果较好。因此，决定采用方案二。

4 施工方法

4.1 掘进及临时支护马头门加固段施工分3层进行。上分层层高2.8m，中分层高3m，下分层高3.2m。由于马头门加固段上层位于6-1煤层中，且煤质松软，瓦斯涌出量大。矿方规定掉顶超过1m即按事故追查，因此，上分层掘进必须以最大限度的预防掉顶为原则。

根据煤矿安全规程，突出危险煤层掘进严禁使用风镐，因此上分层掘进以手稿挖掘为主。先将巷道正顶按设计高度挖出800×800mm 见方的面积，然后贴上相应面积的金属网片（可用普通金属网经裁剪制成），并用一根水压单体支柱进行临时支护。临时支护完成后，在金属网片四角各施工一根锚杆，待锚杆生效后卸压单体支柱，在网片中心施工一根锚索（锚杆、锚索规格见外层支护参数）。锚索加压后，人员站在网片下向两侧继续刷掘，每次刷800×800mm见方，并及时进行临时支护和锚网支护，刷掘够3m距离即施工锚索。直至刷够上分层高度。上分层刷掘时的矸石漏入导硐中经耙斗装岩机运走。

按照上述掘进方法，能够最大限度的减少空顶面积，缩短煤体暴露在空气中的时间，降低风化，将掉顶的危险性降到最低。人员始终在已进行锚网支护的顶板掩护下作业，安全能得到保障。

中分层及下分层为岩石为砂岩，采用爆破法施工，每次炮后及时进行锚网喷支护。中分层施工完成后，将原导硐的支架拆除。

4.2 架设29U型钢支架因为后期中分层、下分层施工时，29U钢支架整体悬空，因此29U型钢支架的安装以及固定直接关系到重大的安全问题。经讨论，认为有以下两种可行的施工方案：

方案一：按照上述掘进方法将加固段上分层整体掘进出来，完成锚网喷及锚索支护后，一次性架设所有顶梁。具体方法为：地面加工四根工字钢托梁，托梁上按照500mm的间距加工凹槽，每两个凹槽之间加工Φ30mm圆孔。在巷道正顶向两侧各1m的位置各施工一组锚索，锚索穿过工字钢托梁的圆孔将托梁悬吊起来。托梁悬吊好后，将29U钢支架的顶梁窜过托梁卡在托梁上的凹槽内并按中线找正。所有的顶梁都上好后，在托梁上每两架顶梁之间的圆孔内施工锚索，通过对锚索加压使顶梁固定。顶梁固定好后，安装第二节梁，待所有的二节梁全部安装完成后，在两帮各自用一组锚索配合工字钢托梁固定。按照上述方法施工完成后，相当于每一架支架的顶梁都有3根锚索固定，只要锚索能够锚在稳定的岩层内，悬吊力足够满足整架支架的自重，在施工中分层及下分层时，安全系数较大。

这种方案在上分层完全掘进出来后一次性架设U钢支架，用4根工字钢托梁将所有的U钢支架顶梁固定，使得所有的U钢支架连成整体，对支架的受力有利，需要注意的是在锚索加压之前，必须将支架与顶板之间的空隙充填实，这样才能使锚索打上劲，也有利于控制顶梁高度。另外这种方法在掘进初步锚网喷支护完成后集中架设支架，工时利用比较充分，有利于加快施工进度。但是这种方案只适合于在