爐峪口煤礦9#煤層大斷面交岔點設計優(yōu)化及施工技術探討(第二版)VIP

1、爐峪口煤礦9#煤層大斷面交岔點設計優(yōu)化及施工技術探討申愛龍1,2（1.太原理工大學 礦業(yè)工程學院，山西 太原 030024；2.太原煤氣化爐峪口煤礦，山西 太原 030024）摘 要：對爐峪口煤礦9#煤層延伸開拓工程軌道暗斜井1號交岔點進行設計、施工探討，在滿足安全需求前提下，通過合理調整斜墻起點、逐漸降低墻高，減緩了巷道斷面增大率，減少了工程開挖量；同時根據本地段原始巖層情況，確定合理的支護方式及參數，確保了交岔點工程的順利施工和支護穩(wěn)固。關鍵詞 巖巷；掘進；大斷面；交岔點中圖分類號：TD354 文獻標識碼：A井下巷道交岔點是巷道施工中的一個重要項目，如果設計施工不合理，支護參數欠妥，會給以

2、后的生產安全帶來極大的不利因素，研究表明，施工交岔點時，會造成圍巖應力的再次重新分布，兩條交岔巷道兩側的支承壓會相互疊加。正在開鑿第一巷道時的應力集中系數比開鑿前增大10%15%；交岔點第二巷道掘進后，應力集中系數比開鑿前增大40%50% 1。工程中常用的柱墻式交岔點（牛鼻子交岔點）因其承載能力好，服務年限長等優(yōu)點得以在多數重要巷道施工時普遍采用，但其施工較為復雜，工程量較大，因此如何能夠在滿足使用要求的前提下盡量縮小工程開挖量，減少對圍巖的擾動；并且確保其支護可靠，便成了交岔點工程中最重要的兩個要求。1 工程概況爐峪口煤礦首采區(qū)9#煤層開拓工程于2012年初開工建設，其中作為主要材料運輸巷道

3、的9#煤層軌道暗斜井上部平巷最先開工，施工難度也最大。根據設計，需要先施工制作一個標準柱墻式交岔點（1#交岔點），交岔點種類為單軌巷道單側分岔點，該交岔點在原+945水平東大巷364m處開口施工，開口處為石料砌碹支護，交岔點及分岔支巷設計均為錨網噴支護。1.1 交岔點斜墻斜率設計在交岔點設計中，通常是將基本軌起點作為斜墻的起始位置，事實上在某些情況下所取得的交岔點安全距離大大超出實際需求，在本例中選取了一種以道岔分岔段與交岔點斜墻垂直距離為參照標準來確定斜墻起點的方法。將道岔分岔段到斜墻的垂直間距設為c，c值的確定必須保證道岔前后及曲線段到斜墻有足夠的安全間隙以保證行人運輸的要求，并要依據巷道

4、轉彎時的巷道加寬值、該側人行道寬度、所運行礦車的寬度等依據進行適當選取。將道岔分岔段b向外垂直平移一段距離c，該線記為QA線，該平行線與原交岔點主巷的一幫有一個交點Q，即可作為交岔點斜墻的起點。根據平面幾何關系，可求得該類型交岔點各主要參數公式如下：； （1）； （2）； （3）； （4）； （5）； （6）；（7）； （8） （9） ； （10）式中： 轍岔角（°）；彎道半徑；、交岔點主巷1、支巷2、支巷3的凈寬；、交岔點主巷1、支巷2、支巷3軌道中心線至柱墩一側邊墻的距離；支巷對主巷的轉角；圖1 斜墻斜率變更后交岔點各主要參數尺寸標記平面圖1.2 交岔點平面參數優(yōu)化在本工程中，該

5、交岔點各部分巷道斷面均為直墻半圓拱形，其中交岔點主巷斷面規(guī)格為：凈寬B1B23.6m，凈高3.3m，內有兩趟軌道，軌道中心距為1.25m，主巷在交岔點前后的斷面規(guī)格一致；交岔點分岔支巷凈寬B34.3m，凈高3.95m；軌道中心線至柱墩一側邊墻的距離：主巷為b1b21.1m，分岔支巷為b33.05m；交岔點主、支巷均設計有水溝，支巷對主巷轉角30°；交岔點處軌道彎道轉彎半徑為R12m，所用軌道軌型均為30kg/m、軌距600mm的標準礦用窄軌，交岔點軌道分岔處選用標準ZDK630/4/12單開道岔（右開），該道岔各項參數如下：表1 ZDK630/4/12單開道岔各項參數一覽表道岔型號道

6、岔名稱轍叉角主要尺寸（mm）質量（kg）允許行駛機車車輛允許行駛速度（m/s）abLZDK630/4/12單開道岔14°0210”36603640730015623t礦車14t機車3.53.5根據斷面驗算，取道岔分岔端與交叉點斜墻垂直距離c1600mm比較合適，再根據上述公式及原始條件，可得計算結果如下：J4281mm；H12625mm；NT3824mm；NM2150mm；TM8114mm；Y1463mm；L111846mm；L213996mm；L15996mm；故而求得交岔點斜墻斜率為i0.357。根據以上原始數據，以交岔點支巷分岔軌道平移線與主巷巷幫相交點為交叉點斜墻起點，將各巷

7、道寬度、軌道位置及道岔、曲線軌道規(guī)格作為設計依據，可通過以上計算結果或精確作圖得出該交岔點設計平面圖如下：單位（mm）圖2 爐峪口9#煤層軌道暗斜井1號交岔點設計平面圖從此設計圖可知，該交岔點設計總長度（從基本軌起點Q到柱墩M點再延長2m）約為16.0mm（圖中QM段），最大凈斷面面積積約為38.3m2，最大凈寬度為8.1m（圖中TM段），斜墻長度（從巷道變斷面起至結束）共計11.8m（圖中QN段）。在以往的砌碹巷道施工時，為簡化設計，便于碹胎通用，交岔點斜墻斜率通常選用固定斜率（0.2、0.25、0.3等），這樣往往造成交岔點長度增大，以及人力、物力、財力的浪費2。本工程由于采用錨噴支護，工

8、藝簡單，巷道成型容易，施工成本較低，不再使用固定斜率，可直接從支巷分岔軌道平移線與主巷巷幫相交點開始進行斷面擴大直至斜墻終點，共計11.8m，交岔點總長度為16.0m，而斷面寬度增大量為4.2m，按照本設計，斜墻TQ的斜率應為i0.357；此處如若采用斜墻固定斜率0.3，則交岔點總長度為18.2m，,增加約2.2m，開挖工程量增加約57.3m3；如采用常用的已基本起軌點作為交岔點起點，交岔點長度為17.5m，增加約1.5m，開挖工程量增加約37.4m3。交岔點斜墻在施工時每往前掘進1m，需向分岔巷道側擴寬357mm，每一段均需施工成半圓拱形，以滿足巷道穩(wěn)定性及設計要求。1.3 交岔點墻高的確定

9、交岔點中間斷面拱高的確定方法可由寬度的變化推導出，然而，由于各中間斷面的拱高將隨巷道寬度的遞增而升高。為了提高斷面利用率，減少掘、支工程量，在滿足安全、生產與技術需求的條件下，可將中間斷面的墻高相應遞減，使巷道全高的增加幅度不致過大，但應保證運輸設備、行人及管線裝設應有的安全間隙和距離。設變斷面部分起點處的墻高為,降低后的最低處墻高為，則墻高降低的斜率 為3： （11）式中：交岔點變斷面起點處的巷道墻高；交岔點變斷面終點處的巷道墻高；交岔點擴大斷面的巷道長度；其中交岔點變斷面終點處的巷道墻高與分岔后兩巷的墻高的差值應控制在200500mm，如果過大，對碹體施工和安全都不理想；過小，則降低墻高的

10、意義不大。本交岔點施工時主巷分岔前后墻高均為1.5m、分岔巷道墻高1.8m，此處取交岔點變斷面終點處墻高為1.3mm較為合適，既能夠滿足使用要求，又能保證過渡自然，型式規(guī)整，結構穩(wěn)定，其墻高降低的斜率計算為：0.014，施工時交岔點每向前掘進1m，墻高需降低14mm，采用此項調整可使交岔點最大凈斷面積縮小為36.4m2，巷道總開挖工程量減少約11.7m3，墻高的變化情況如下圖所示：單位（mm）圖3 爐峪口煤礦9#煤層軌道暗斜井1號交岔點拱高降低示意圖通過以上設計及改進，尤其是對巷道寬度及高度增大率的控制，有效減少了該交岔點的設計長度及施工工程量。2 作業(yè)方式：（作業(yè)順序及施工方法）2.1 掘進

11、方式交岔點施工時必須嚴格按照激光指示方向及設計斷面尺寸要求，采用前進式施工方法進行施工，先把交岔點處的主巷按照設計規(guī)格進行拆碹、擴斷面，再施工支巷。由于該交岔點施工斷面較大，施工時必須控制裝藥量，保證巷道成型和減少圍巖破壞。為防止每循環(huán)無支護圍巖面積過大，放炮時擴幫、挑頂進尺需控制在1m以下，并要及時進行錨索、錨網及混凝土初噴支護，覆蓋網片搭接及錨桿尾部。2.2 工藝流程施工時要遵循先安全檢查（頂板、瓦斯、工程量、探頭位置），后進行施工準備及施工的原則。其中，掘進班作業(yè)流程為：打眼裝藥放炮敲幫問頂錨桿、錨索支護、鋪設鋼筋網出矸收尾（文明施工、工程質量）。 噴漿班作業(yè)流程為：拌料噴漿施工水溝出矸

12、清理機具 收尾（文明施工、工程質量）。工作面使用人工裝矸至1噸固定車箱式礦車，再由電機車牽引矸車至井底車場，通過副井提升絞車運輸到地面。3 支護設計根據該處地質資料，本交岔點所處的巖石為砂巖，層理較發(fā)育，頂板穩(wěn)定性一般，而交岔點斷面大，高度高，懸頂面積多大，經調研設計采用直墻半圓拱形錨網噴聯合支護，錨網噴支護技術是目前對巖層適應性較為寬泛，施工簡單、方便實用的一種支護形式，其中錨索、錨桿可以發(fā)揮懸吊及加強拱的作用。噴射混凝土能及時封閉圍巖和隔離水。網不僅可以支承錨桿之間的圍巖，并將單個錨桿連接成整個錨桿群，和混凝土形成有一定柔性的薄壁鋼筋混凝土支護圈 4 。該交岔點各具體支護參數如下：1）錨桿

13、采用20mm，長度為2.2m的左旋螺紋鋼樹脂錨桿，錨桿間排距為800mm×800mm, 每根錨桿均使用Z2360及K2335樹脂藥卷各一卷，錨桿抗拉拔力不得小于105KN。2）金屬網采用6mm鋼筋加工，長×寬2.0×1.0m，網格為100×100mm，網孔的漏焊率不超過2%，鋼筋網鋪設時，每排按照相同的順序縱向鋪設并相互搭接，搭接長度100mm，鋼筋網相互搭接的部位每隔300mm用16#鐵絲綁扎一道。3）錨索采用17.8mm、長度為8.0m，1×7股高強度預應力鋼絞線，錨索間排距為2.0m×2.0mm，每根錨索采用一支K2355和兩支

14、Z2360樹脂藥卷進行錨固，錨索托板為300×300×10mm鋼板，錨索安裝后抗拉力不得小于200KN。4）噴射砼厚度為100mm，標號為C20，初噴厚度為3050mm，復噴后需達到設計厚度120mm。5）砼筑牛鼻子柱墩時，要特別注意將基礎放在實底巖石上，柱墩基礎深500mm，柱墩寬度為500mm，使用C20混凝土澆筑，柱墩是交岔點一個主要受力支點以承受頂板壓力，必須保證施工質量，牛鼻子柱墩向后部主、支兩巷延伸均不小于2000mm。4 礦壓觀測交岔點施工完成后，采用“十”字布點法，觀測頂板及兩幫圍巖表面位移，共計布設3個觀測斷面，布設間隔約6m，使用LBY-2型頂板離層儀監(jiān)

15、測頂板離層情況，每個測孔設2個觀測基點，其中深部基點深8.0m、淺部基點深2.0m，安裝后每周觀測一次，經三周后觀測數據顯示，頂板及兩幫累計移近量最大為約6mm，圍巖變形量在工程允許范圍內。5 經濟效益分析在9#煤層暗斜井1號交岔點的設計施工過程中，通過斜墻斜率和拱高變化的優(yōu)化和調整，在滿足安全及規(guī)范要求的情況下盡可能地減少了工程量，共計縮短交岔點工程長度約2m，縮小工程開挖量至少約50m3，同時根據本地段巖層情況，適時采用斷面利用率較高的錨網噴支護，最大限度地保證了交岔點大斷面施工的規(guī)整和其支護的穩(wěn)定性，充分發(fā)揮機械施工設備的優(yōu)勢，提高了掘進施工的生產效率，縮短了施工工期，取得了較好的經濟技

16、術效果。6 結論1）巷道的交岔點是巷道施工的重點，應做到提前設計，根據兩相交巷道的支護方式及主、支巷道的斷面要求確定交岔點各部分規(guī)格參數，然后在原始設計的基礎上進行適當修改，通過調整斜墻斜率及逐漸降低交岔點拱基線墻高以盡可能地縮小設計工程長度及開挖量，也減少了對圍巖的擾動。2）在一般穩(wěn)定巖層中交岔點采用錨網噴支護技術性能優(yōu)越，適應性好，預應力錨索可以起到很好的懸吊作業(yè)，防止頂板離層，錨桿對圍巖可以產生主動的橫向和縱向預應力，增加了圍巖的強度和穩(wěn)定性，抑制了高應力因素對巷道的影響，支護效果明顯，噴漿具有補強作用5。因此采用錨網噴支護技術可以有效地控制大斷面破碎圍巖的變形，改善井下作業(yè)環(huán)境，提高安全可靠性，施工速度加快。3）施工完成后，通過對該交岔點的圍巖變形實測可知，其頂板深部位移及變形均很少，這反饋出原支護設計及參數的合理性，確保了交岔點的使用安全，也為該工程后續(xù)項目的施工提供了重要的參考依據。參考文獻：1 張榮立,何國緯,李鐸.采礦工程