大直徑超長管棚支護技術在煤礦斜井井筒表土段施工中的應用

陳富清 徐 兵 周興來

（山西長治經坊煤業有限公司，山西省長治市，046000）

大直徑超長管棚支護技術在煤礦斜井井筒表土段施工中的應用

陳富清 徐 兵 周興來

（山西長治經坊煤業有限公司，山西省長治市，046000）

介紹了大直徑管棚超前支護在長治經坊煤礦副斜井表土段中的應用，詳述了大管棚支護的設計、施工工藝、安全措施及應用效果。

巷道支護 大管棚 定向鉆進 超前支護 注漿

1 工程概況

山西省長治經坊煤業有限公司副斜井井筒改造前井筒斷面形狀為三心拱形，料石砌碹，凈寬3.1m，凈高2.7m。改造后井筒斷面形狀為半圓拱形，凈寬6.0m，凈高4.4m，斜井長度391.5m，斜井坡度為－20°15′。其中表土段長度236.6m，采用鋼筋混凝土澆筑，支護厚度450mm，基巖段長度156.9m，采用錨噴支護，支護厚度150mm。

副斜井井筒表土段土質以粘土和亞粘土為主，局部有少量滲水。在垂深約50m區域，含有一層流沙。斜長通過距離為2.9m。原巷道在施工中出現過大面積塌方，有35m巷道是成巷后回填至地表。副斜井井筒在32m處距離南邊生產調度樓（該樓為5層框架式結構）最近法線距離為2.7m。在126m處距離北邊職工宿舍樓最近法線距離為8.7m。

2 超前支護選擇

目前超前支護方法中，主要有超前錨桿、超前小導管注漿技術和超前管棚。鑒于副斜井井筒表土段距離長且地質條件特別復雜，決定采用大管棚超前支護作為本次施工超前支護的主要手段。

3 管棚設計方案

3.1 管棚設計參數

管棚布設范圍：巷道拱基線以上180°范圍，共布設39根鋼管。

管棚布設方案：鋼管中心間距為300mm，管棚范圍線距離開挖范圍法線距離為300mm。

管棚材料選擇：管棚采用?133mm×6mm無縫熱軋鋼管，套管采用?127mm×8mm無縫熱軋鋼管。

管棚連接方法：鋼管采用螺紋絲扣套管連接，套管采用?127mm×8mm無縫鋼管制作，長度為300mm，用管螺紋車床將套管內圓柱面車成螺紋絲扣。?133mm無縫鋼管在加工前，先將鋼管分成兩段，平均長度4.5m。用管螺紋車床將截好的鋼管兩端外圓柱面車成螺紋絲扣，絲扣長度為150mm。這樣將兩段?133mm無縫鋼管中間靠套管進行絲扣連接。

鋼管打設方位：鋼管沿井筒開挖輪廓線縱向按－20°30′的坡度外插設置。管棚打設示意圖見圖1。

圖1 管棚打設示意圖

設備選型：采用HG－200型水平定向鉆機，電機功率55kW；BW250型注漿機，電機功率為15kW；Q1393型管螺紋車床；導向定位儀采用國內最先進的SE－200型有線導向儀，該導向儀分有線數據探棒、數據連接線和手持式遠程接收器。定位傾角精度為0.3%，傾角分辯率為0.1%。

3.2 管棚工作室和導向架設計

根據現場操作的需要，鉆機鉆孔時要有一個比井筒開挖輪廓線大的工作室，即長管棚工作室。它的寬度取決于井筒開挖斷面尺寸、鉆機尺寸及操作時所需空間的大小，而其長度則主要取決于管節長度、鉆機及鉆桿接長所需要的最大長度，同時還要滿足對管子進行糾偏操作的空間。根據以上要求，工作室的長取8m，寬取8.7m。

2.2.3 培育苗種。培育苗種對于養殖水體的水質有著較高的要求，在培育苗種的過程中，水體中的水溫、溶氧、氨氮、DH值及硝酸鹽等指標均會對培育苗種造成非常大的影響。苗種幼小，耐低氧能力偏弱，免疫力相對偏低，無法抵御外界侵犯，在全池中潑灑微生物制劑，利用微生物制劑分解掉水體中的殘留物質，降解水體中的氨氮，推動有益菌群的生長、繁育，弱化藻類及有害菌，為苗種創建優良的生態水質條件，增強養殖動物的免疫力。

為準確控制長管棚的方向和坡度，在平整好的工作室場地上，采用32＃工字鋼作為水平方向移動的滑道，在滑道平臺上豎立4根6m高的18＃工字鋼，每根工字鋼上端掛一個K75強力型手拉葫蘆，在4根工字鋼中間制作操作臺，用手拉葫蘆控制操作平臺的高度。工作室及導向架設計見圖2。

圖2 工作室斷面及導向架設計

4 管棚施工方案

根據現場地質條件，采用水循環導向跟管鉆進法一次打設到位。

水循環導向跟管鉆進法就是將管棚鋼管作為鉆桿，在第一節管棚鋼管前端安裝帶有導向探棒的楔形板鉆頭。首先采用水平定向鉆機將裝有楔形板鉆頭的管棚鋼管打入土中，然后通過絲扣連接，將其它管棚鋼管與前一節管棚鋼管連接，依次打入土中，并跟蹤鉆進方向，控制管棚鋪設軌跡，直到達到管棚設計終孔長度，最后進行封孔注漿而形成管棚。楔形板鉆頭結構示意圖見圖3。

圖3 楔形板鉆頭結構示意圖

如圖3所示，鉆頭內裝有特制的傳感器，傳感器直接由15V直流供電。顯示屏顯示鉆頭的傾角（水平角度）和面向角（導向板的方向）。打設角度可由導向板的角度調節。如果角度合適，鉆機會勻速旋轉鉆進，此時鉆桿軌跡是平直的。所以導向鉆頭是上下糾偏的關鍵。至于左右偏差根據傳感器尾端的發光裝置而定，通過儀器測量參數糾偏。

管棚施工工藝流程為：管棚工作室施工→測量放線→鉆機安裝→調整鉆機對孔位→鉆進→回次加尺→跟蹤導向測量→直至設計孔深→取出導向儀→封孔→注漿。

管棚施工前，斜井明槽段已開挖完畢。在明槽段標定出管棚工作室的范圍，在擴刷過程中，管棚工作室四周用錨網噴臨時支護，防止遇水垮塌。將四周表土擴刷至設計的尺寸。將工作室底板夯實找平，用長4000mm、寬500mm、厚50mm的木板鋪設在底板上。同時在管棚工作室旁邊設置一個泥漿存放池，內設置一臺泥漿泵，打設管棚所產生的泥漿由泥漿泵經管道排到地面指定位置。鉆機機架安裝前，先進行測量放線，根據設計圖紙測量放出井筒的中線和管棚中心位置，并做好相應標志，標出孔號。然后，準備好鋼墊板和脹管螺栓，鋼墊板規格為250mm×250mm，脹管螺栓直徑為?16mm，鋼墊板與基礎固定要牢，強度要高。H型鋼立柱找平誤差小于3mm；底盤對角線找平誤差±3mm；斜拉筋需繃緊，交叉拉力基本相等；四柱對角誤差±5mm；絲杠、頂杠要頂緊、有效，安裝要牢固，確保不因震動而松動或脫落。鉆機的運行平臺下方焊接有4個帶槽托輥，兩根橫梁安裝牢固以后，鉆機及運行平臺用帶槽托輥卡在兩根橫梁上，鉆機及運行平臺可左右移動。根據測量放線標識出的管棚孔位及施工方案設計參數，調整鉆機位置和鉆機角度，對好孔位，孔位誤差控制在50mm以內。

管棚鉆進首先是安裝楔形板鉆頭，控制鉆頭進孔角度，誤差不超過±3′。導向鉆進前應對鉆機定位、孔口管對中、沖洗液流通以及導向儀顯示情況進行全面復檢，確認正常后進行試鉆。鉆進前須先開泵，待沖洗液流通正常后，方可鉆進。鉆進時，泵壓應控制在0.4～0.8MPa，泵量為20～50L／min為宜。保持中低壓力，勻速中速鉆進。現場須及時進行導向數據記錄和鉆具前端長度及每次加管長度詳細記錄。

在進入管棚工作室前必須對加工好的?133mm無縫鋼管進行質量檢查。管材不得有彎曲，絲扣四周壁厚均勻，絲扣完好合格。管材內的鐵屑、臟物及銹皮等必須清除干凈。連接的電線應選用導電性能好，外殼絕緣性能好且耐磨的電線。接頭處要用兩層熱縮套管套好，用熱吹風機吹烤貼牢。每次鋼管鉆進后，松開絲扣鉆機回撤至預定位置；增加鋼管時，必須準確丈量鋼管長度，連接鋼管時應將絲扣擰到位，并做好記錄。

導向儀顯示屏首先歸零。在鉆進過程中，機手應隨時觀察導向顯示屏，發現角度偏差太大時應及時采取措施進行糾偏，鉆進角度誤差控制在0.3%以內。鉆進到設計深度后確認管棚打設質量達到設計要求，應將導向探棒取出，并清洗干凈，安裝到下一個鉆頭內。

管棚打設到位后，采用10mm厚鋼板進行封孔，并在封孔板上安裝注漿閥門。每根管棚打設完成后要及時對管內和管外壁進行注漿，防止地表沉降。采用BW250注漿泵將1∶1水泥漿液注入孔內，注漿壓力達到1.0～1.5MPa、穩定20min后停止注漿。注漿3h后根據實際注漿情況確定是否需要再次補注漿。

5 結語

經坊煤礦副斜井表土段施工采用大直徑管棚超前支護的方法取得良好的效果，順利通過了2.9m長流砂層和兩處充填段。生產調度樓靠近井筒一側平均下沉18mm，職工宿舍樓靠近井筒一側平均下沉6mm。達到了設計院給出的樓體沉降范圍。

實踐證明，采用大直徑管棚及注漿超前支護的方法，在處理斜井表土段復雜地質條件下施工是有效的，對于煤礦斜井表土段施工安全具有足夠的可靠性和適用性。

（1）超前管棚支護利用管棚鋼管作為縱向支撐，U型鋼支架作為橫向支撐，構成縱橫支撐結構，鋼度較大，具有良好的穩定性，在斜井井筒開挖時能限制圍巖的變形，確保巷道施工安全。

（2）通過管棚注漿，增加了管棚的剛度，管外注漿可增加圍巖中土體間粘結力，增強圍巖的自穩性，有利于減少井筒開挖時圍巖的沉降變形。

（3）導向跟管鉆進管棚施工技術能夠控制管棚鋪設精度，控制巷道圍巖加固范圍，更能準確實現管棚的超前支護功效。

[1] 高懷鵬，毛海東.長管棚預注漿超前支護技術在淺埋偏壓大跨隧道洞口施工中的應用[J].公路，2005（10）

[2] 黎愛清，呂秀華.長管棚施工工法[J].西部探礦工程，2003（12）

[3] 朱漢華，孫紅月，楊建輝.公路隧道圍巖穩定與支護技術[M].北京：科學出版社，2007

Large diameter pipe roof support technology
in mine inclined shaft construction of surface segments

Chen Fuqing，Xu Bing，Zhou Xinglai
（Changzhi Coal by Square Co.，Ltd.，Changzhi，Shanxi 046000，China）

The large diameter pipe roof advanced support at the auxiliary shaft of Changzhi jingfang coal mine are introduced，which include the design and the construction technologies，the safety measures and the application effects.

shaft and drift supporting，large diameter pipe roof，directional drilling，advance support，grouting

TD352

B

陳富清（1971－），男，高級工程師，本科學歷，現在經坊煤業從事礦井開拓、掘進技術工作。

（責任編輯 張毅玲）