關于煤層中大斷面硐室工程施工方案的探討

1、關于煤層中大斷面硐室工程施工方案的討論摘要：在煤礦建井工程中，馬頭門是一種特殊的硐室工程，該處圍巖受井筒掘進時的擾動，且處于井筒與井底車場的連接部位的應力集中帶。因此馬頭門的設計與施工是建井工程中的難題。本文通過對淮南礦業(yè)集團潘一礦第二副井-788馬頭門施工過程中的理論，提出了一種行之有效的施工方法，兼顧了平安、質量和工期，具有一定的應用價值。關鍵詞：馬頭門煤層支護施工方法1工程概況淮南礦業(yè)集團潘一礦第二副井-788馬頭門位于第二副井東西方向，屬二程度開拓工程，由淮南礦業(yè)集團礦業(yè)工程分公司負責施工。東、西馬頭門長度分別為26.5和60.3，其中第二副井井筒中心線向東西方向各14.5為馬頭門加固

2、段，該段斷面尺寸為凈寬高=61007408，上部位于6-1煤層中，煤層層厚4，煤質極其松軟，呈粉狀，且屬于突出危險煤層。本文重點對該加固段的施工方案進展討論。為了使井筒安裝與馬頭門掘砌平行施工，礦方擬定由第二副井措施巷施工等候室通道，從等候室通道進入馬頭門施工。2支護方案及參數2.1外層支護馬頭門加固段設計外層支護為錨桿金屬網網噴射混凝土、錨索、29U型鋼支架結合支護。錨桿規(guī)格222500高強樹脂錨桿，間排距800800，梅花形布置，每孔2卷樹脂錨固劑拱部Z2355型，幫部Z2850型。金屬網規(guī)格6.521001200，網格150150。噴射混凝土強度20，噴厚100。錨索規(guī)格17.88200

3、，環(huán)向間距3000，縱向間距2000。29U型鋼支架分7節(jié)，頂梁3節(jié)，腿4節(jié)，每兩節(jié)搭接處使用3副29U鋼卡纜。支架間距500，每架使用4組222500固棚錨桿固定。支架與外層噴射混凝土間留200厚充填層。外層支護完成后進展注漿加固，采用深淺孔穿插布置，間排距32003200，孔深：淺孔1，深孔3。注漿采用P.42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比1：0.8。2.2內層支護馬頭門加固段增設反底拱，內層支護為整表達澆鋼筋混凝土支護?；炷翉姸?0，壁厚700底拱厚600。設計為雙層鋼筋，環(huán)向鋼筋為HRB335級25熱軋帶肋鋼筋，間距200；橫向鋼筋為HRB335級22熱軋帶肋鋼筋，間距250；鋼筋保護層

4、厚度50。3施工方案的選擇根據設計設計的支護參數，馬頭門加固段內、外層支護總厚度為1124，因此該段掘進斷面尺寸到達了寬高=83489032。經過分析，有以下兩種可行的施工方案：方案一：由等候室進入，直接向井筒方向分層掘進。其優(yōu)勢是直接一次性掘進并支護到位，節(jié)省工時。優(yōu)勢是斷面跨度大，且6-1煤位于巷道頂板，頂板較難管理，且通風困難。方案二：由等候室進入，先施工斷面較小的導硐與井筒方向貫穿，然后從井筒開始分別向東西方向分層擴刷。其優(yōu)勢快速形成自然通風，且頂板容易管理，貫穿后擴刷時，擴刷的矸石直接漏入導硐內，通過耙斗裝巖機裝走。優(yōu)勢是需要先掘進導硐，后期還需要撤除導硐的支架，浪費工時。我們通過對

5、上述兩種方案的比照分析，考慮平安因素，認為方案二的方法雖然比方案一多出兩道工序，但是該方案平安系數比較高，而且爆破作業(yè)時多一個自由面，爆破效果較好。因此，決定采用方案二。4施工方法4.1掘進及臨時支護馬頭門加固段施工分3層進展。上分層層高2.8，中分層高3，下分層高3.2。由于馬頭門加固段上層位于6-1煤層中，且煤質松軟，瓦斯涌出量大。礦方規(guī)定掉頂超過1即按事故追查，因此，上分層掘進必須以最大限度的預防掉頂為原那么。根據煤礦平安規(guī)程，突出危險煤層掘進嚴禁使用風鎬，因此上分層掘進以手稿挖掘為主。先將巷道正頂按設計高度挖出800800見方的面積，然后貼上相應面積的金屬網片可用普通金屬網經裁剪制成，

6、并用一根水壓單體支柱進展臨時支護。臨時支護完成后，在金屬網片四角各施工一根錨桿，待錨桿生效后卸壓單體支柱，在網片中心施工一根錨索錨桿、錨索規(guī)格見外層支護參數。錨索加壓后，人員站在網片下向兩側繼續(xù)刷掘，每次刷800800見方，并及時進展臨時支護和錨網支護，刷掘夠3間隔 即施工錨索。直至刷夠上分層高度。上分層刷掘時的矸石漏入導硐中經耙斗裝巖機運走。按照上述掘進方法，可以最大限度的減少空頂面積，縮短煤體暴露在空氣中的時間，降低風化，將掉頂的危險性降到最低。人員始終在已進展錨網支護的頂板掩護下作業(yè)，平安能得到保障。中分層及下分層為巖石為砂巖，采用爆破法施工，每次炮后及時進展錨網噴支護。中分層施工完成后

7、，將原導硐的支架撤除。4.2架設29U型鋼支架因為后期中分層、下分層施工時，29U鋼支架整體懸空，因此29U型鋼支架的安裝以及固定直接關系到重大的平安問題。經討論，認為有以下兩種可行的施工方案：方案一：按照上述掘進方法將加固段上分層整體掘進出來，完成錨網噴及錨索支護后，一次性架設所有頂梁。詳細方法為：地面加工四根工字鋼托梁，托梁上按照500的間距加工凹槽，每兩個凹槽之間加工30圓孔。在巷道正頂向兩側各1的位置各施工一組錨索，錨索穿過工字鋼托梁的圓孔將托梁懸吊起來。托梁懸吊好后，將29U鋼支架的頂梁竄過托梁卡在托梁上的凹槽內并按中線找正。所有的頂梁都上好后，在托梁上每兩架頂梁之間的圓孔內施工錨索

8、，通過對錨索加壓使頂梁固定。頂梁固定好后，安裝第二節(jié)梁，待所有的二節(jié)梁全部安裝完成后，在兩幫各自用一組錨索配合工字鋼托梁固定。按照上述方法施工完成后，相當于每一架支架的頂梁都有3根錨索固定，只要錨索可以錨在穩(wěn)定的巖層內，懸吊力足夠滿足整架支架的自重，在施工中分層及下分層時，平安系數較大。這種方案在上分層完全掘進出來后一次性架設U鋼支架，用4根工字鋼托梁將所有的U鋼支架頂梁固定，使得所有的U鋼支架連成整體，對支架的受力有利，需要注意的是在錨索加壓之前，必須將支架與頂板之間的空隙充填實，這樣才能使錨索打上勁，也有利于控制頂梁高度。另外這種方法在掘進初步錨網噴支護完成后集中架設支架，工時利用比較充分

9、，有利于加快施工進度。但是這種方案只適宜于在頂板巖性相對穩(wěn)定的情況下，初期的錨網噴支護可以控制住頂板時才能采用這種方案。方案二：按照4.1的方法掘進時，每次只掘一架頂梁的間隔 ，并在錨網噴支護完成后及時架設一架頂梁。詳細方法為：地面加工假設干工字鋼拉條11#工字鋼，長700，上面按500間距做兩個凹槽，凹槽中間留30圓孔。按照4.1所述的方法掘出一架頂梁的間隔 后，在頂板正中向兩側各1的位置各施工一跟錨索，將工字鋼拉條懸吊在頂板上，并使其一端的凹槽卡在上一架支架的頂梁內口。懸吊好后，U鋼支架頂梁竄過拉條卡在拉條另一端的凹槽內。按中線找正后對錨索加壓。然后安裝兩側的第二節(jié)梁，并同樣用錨索配合工字

10、鋼拉條固定。待這一架U鋼支架安裝及固定完畢后，人員在已支護好的空間下進展下一循環(huán)作業(yè)直至上分層施工完成。同樣每架支架由3根錨索固定，懸吊力可以滿支架自重的要求。這種方案，每一循環(huán)安裝并固定好U鋼支架后再進展下一循環(huán)作業(yè)，最大限度地保證了頂板的平安，另外，人員站在已架設U鋼支架的空間下作業(yè)，平安系數較大，適宜在頂板煤巖層破碎，單純錨網噴支護無法控制頂板時采用。但是這種方案，每支工字鋼拉條只能固定2架支架，所有的支架由多組獨立的拉條固定，支架整體性較差。根據礦地質部門的地質預報，結合現(xiàn)場揭露的巷道頂板煤巖層情況，我們發(fā)現(xiàn)西馬頭門加固段頂板的煤巖層情況比東馬頭門相對穩(wěn)定。而且經過現(xiàn)場試驗，單純通過錨

11、網噴可以較好地控制頂板，而東馬頭門加固段因頂板煤層較厚，煤質破碎，單純通過錨網噴很難保證頂板平安。經過綜合比較上述兩種方案的特點，我們決定在西馬頭門加固段上分層采用方案一，東馬頭門采用方案二。按上述方案將上分層施工完成后，因加固段硐室中、下部均為砂巖，因此中分層及下分層均可以在錨網噴支護完成后集中安裝棚腿。需要注意的是在棚腿安裝完成后必須及時用固棚錨桿配合29U型卡纜下蓋固定。5硐室變斷面山墻部位的處理該馬頭門山墻高度為2，根據礦方的地質預報，預計該部位圍巖為全煤。開工前擬定的施工方案為：在大斷面即加固段施工到變斷面位置后，在山墻上沿小斷面輪廓線向前密集施工一圈超前護頂錨桿，錨桿間距100，角

12、度略微上挑。這樣，護頂錨桿既能起到超前護頂的作用，另外還能將待掘進的煤體與需要保存的煤體之間隔分開，降低掘進擾動對需保存的煤體的影響。但是在加固段施工至山墻位置后，我們發(fā)現(xiàn)，由于原來施工導硐時爆破震動的影響，該處煤層已完全破碎，喪失自承載才能，采用原擬定的方案已經不可行。經過分析我們認為，單純通過被動的護頂很難將該處山墻完好的保存出來。因此決定在山墻位置繼續(xù)向前擴刷，主動將破碎難以保存煤層去除，并進展初步的錨網支護。待小斷面的U鋼支架安裝完成后，及時將上部空間用木垛接實，在山墻位置掛金屬網片并噴漿封閉，后期注漿時將該處空隙注實。這樣人工制造出一個山墻來，即保證了施工平安，又不影響工程質量。理論證明，通過上述方案，可以較好地保證平安和工程質量，同時在平安前提下最大限度地進步工時利用率，加快施工進度。在東、西馬頭門加固段施工過程中，在