軟巖大斷面硐室聯合支護施工技術

崔建井

(中煤礦山建設集團71工程處,安徽省宿州市,234000)

軟巖大斷面硐室聯合支護施工技術

崔建井

(中煤礦山建設集團71工程處,安徽省宿州市,234000)

柳海礦箕斗裝載硐室處于松軟巖層中,周圍又有主井、帶式輸送機巷及煤倉等,因此硐室圍巖受力復雜。經研究對硐室采用錨網噴+錨索+工字鋼桁架+混凝土聯合支護,取得較好技術及經濟效果。經觀測,硐室基本穩定,未出現破壞現象。

松軟巖層 大斷面硐室 聯合支護 施工技術

1 工程概況

柳海煤礦位于山東省龍口市境內,該礦距離渤海灣海岸線僅1.5 km,設計生產能力為0.9 M t/a。主井井深510 m,井筒凈直徑4.5 m,箕斗裝載硐室設計為上下兩室,硐室斷面最大處尺寸凈寬6.9 m,凈高12.1 m,深度5.9 m,硐室位于井筒中下部。主井對應的另外一側為裝載帶式輸送機巷,裝載硐室和煤倉通過裝載帶式輸送機巷相連,周圍有上倉帶式輸送機巷、帶式輸送機聯絡巷、煤倉,帶式輸送機巷已施工完畢。

硐室位置垂直距煤1頂板30 m左右,硐室所在位置穿過三層巖石,硐室下部進入鈣質泥巖和泥灰巖大約1 m,向上穿過3.5 m厚的泥灰巖,然后進入鈣質泥巖中。鈣質泥巖和泥灰巖呈淺灰或灰黑色,含鈣泥巖微帶綠色,層理較發育,層面光滑,較致密堅硬,含較多介形蟲化石,易碎,呈塊狀,局部具有含水性。泥灰巖呈淺灰色或淺灰白色,致密堅硬,斷口平整,巖層溶洞裂隙較發育,含介形蟲化石和山東螺化石,較穩定,巖層具有含水性。鈣質泥巖呈淺灰色,微帶綠色,致密堅硬,性脆,破碎后呈塊狀,厚度較大,局部含水,較穩定。

2 工程施工技術與工藝

2.1 井筒注漿加固

開挖前,采用注漿方法對硐室穿過的井壁段進行加固,加固標高-454.8～-421.8 m。首先按照設計注漿的位置,從下向上注漿。注漿孔排距2 m,深度1.5 m。每排4個注漿孔,均勻布置在井壁周圍,注漿孔呈三花布置。漿液為水泥漿,水泥采用P.052.5硅酸鹽水泥,水泥漿配比為水泥︰水=1︰0.5,水泥漿攪拌均勻,在注漿過程中不得停止攪拌。注漿壓力為3～5 M Pa。注漿終壓5 M Pa。最后采用快凝水泥進行封口。

2.2 井壁鋼結構加固

井筒注漿完畢,在井壁刻槽安裝槽鋼進行鋼結構加固。槽鋼彎曲成1/4環狀,直徑4500 mm,與井筒直徑一樣,在井筒內環形布置,間距1 m,在每一個弧形槽鋼上預先開兩個矩形孔,均勻布置在1/4弧形槽鋼的三等分處,孔的尺寸30 mm×40 mm。在安裝槽鋼的同時,在每一個矩形孔的位置打錨桿眼,安裝錨桿固定。槽鋼、錨桿安裝完畢以后,噴射混凝土封閉。

2.3 箕斗裝載硐室支護參數

箕斗裝載硐室設計為三心拱斷面,掘進斷面尺寸:計量設備處8034 mm×12494 mm,井筒處8034 mm×13929 mm。凈斷面尺寸:計量設備處6474 mm×10334 mm,井筒處6474 mm×12134 mm。采用錨網噴+錨索+金屬桁架+混凝土支護形式。錨桿為?20 mm螺紋鋼樹脂錨桿,長度2200 mm。采用3根K2540樹脂藥卷錨固,間排距為800 mm×800 mm,三花布置,采用焊接鋼筋網,網片尺寸700 mm×1000 mm,網孔尺寸100 mm×100 mm,逐扣連接。錨索為?18 mm鋼絞線,長度8 m,采用1支CK2540(內部)和3支K2540(外部)樹脂藥卷錨固。4A型桁架與井壁間通過鋼筋連接,桁架在澆注混凝土前架設完畢,用?20 mm鋼筋與井壁露頭鋼筋搭接,并且與桁架同標高位置相連。

2.4 硐室施工

硐室施工采用臺階式短掘短砌施工方案。先對上室進行挖掘、錨網噴、鋼結構支架、混凝土澆注支護施工,成型后,再施工中室、下室部分。

(1)上室部分施工。上室掘進及錨網噴支護后,暫不破除井壁安裝隔板及頂幫部桁架,兩者同時進行,搭腳手架安裝拱部桁架,桁架之間采用角鋼拉桿三角連接,且每架桁架采用4組(8根)?20 mm×2200 mm錨桿配U型卡攬固定。按此循環把上室支架支護到井壁處,同時把隔板鋼架安裝完畢,用沙袋將上室與下室桁架連接口護好,然后對上室及隔板部分進行整體立模澆注,破除上室井壁部分(破井壁時,加密布置周邊眼及輔助眼,且留3圈眼不裝藥,按設計斷面尺寸爆破、擴刷成型)。

(2)中室部分施工。從井筒內,利用吊盤沿隔板底部按寬、高為2 m、2 m在井壁爆破出一個導硐,從中間向周邊按設計尺寸擴展。

用風鎬刷掘,從井筒處向山墻方向按設計尺寸錨網噴施工到位,進行幫部、山墻鋼支架安裝,立模澆注。

(3)下室及底拱部分施工。將下室井壁部分按設計斷面尺寸爆破、擴刷成型,從井筒處向山墻方向按設計尺寸錨網噴施工到位,按設計深度挖底拱部分,進行幫部、底拱及山墻鋼支架安裝,立模澆注。伸入井筒部分在下室底部架設井圈,井圈采用18 kg/m軌道在井壁打眼固定,在井圈上焊接托架及在井壁內預埋軌道固定在下室底拱鋼梁上,自下而上架設工字鋼桁架,澆注混凝土成巷。

(4)出矸。在主井井底馬頭門處安裝1臺P-60B型耙裝機裝矸,礦車通過井底車場至副井出矸。

(5)澆筑底板混凝土。對已架設桁架進行澆筑底板混凝土施工。混凝土采用普硅酸鹽水泥、中粗砂碎石,混凝土配比為水泥︰砂︰石子︰水=1︰1.3︰2.24︰0.39,并按水泥重量的6%～8%加入早強劑和防水劑,按水泥重量的1%加入減水劑,以改善漿體的和易性和流動性。混凝土必須攪拌均勻,澆筑過程中加強振搗,使其充分充填在桁架之間,澆筑混凝土標號為C40。

3 與主井連接段的施工

硐室上一階段完成以后,開始對主井井筒部分開挖與支護。

3.1 開挖與支護

圖1 主井井壁開挖與支護順序

(1)首先開挖一區,見圖1,頂幫部掛網,打錨桿,初噴混凝土,澆注桁架間混凝土。

(2)接著開挖二區,頂幫掛網,打錨桿,安裝錨索,初噴混凝土,澆注桁架間混凝土。

(3)開挖三區,幫掛網,打錨桿,初噴混凝土,澆筑主井井壁外的臺階。

3.2 靜力爆破

破井壁時,加密布置周邊眼及輔助眼,且留3圈眼不裝藥,先放中間,周邊眼用風鎬刷掘。主井井壁開挖破壁時,要控制炮眼數量和放炮面積,防止井壁脫落。裝藥量為眼深400 mm,裝藥系數不大于30%。

4 礦壓觀測

4.1 監測方法

(1)每隔3 m布置一組觀測點。

(2)每組測點包括頂板、底板和兩幫4個觀測點。測點布置時保證頂底連線與兩幫連線垂直。

(3)幫部及頂部測點采用木樁楔,木樁楔長度250 mm,外露50 mm。

(4)布置測點時,根據鋼架間距以及拉桿的位置,保證測點布設位置不影響架設鋼架。

(5)測點布設后應作好記錄并編號,在施工中注意保護,以確保測量數據的準確性和可靠性。

4.2 監測結果

箕斗裝載硐室掘進7 d時,頂板下沉5 mm/d,單幫移進量6 mm/d,底臌量7.5 mm/d。通過錨網噴及錨索支護15 d后,實測頂板下沉2 mm/d,幫移進量3 mm/d,底臌量4.5 mm/d。30 d后基本處于穩定。硐室在鋼結構支架及混凝土支護后未出現破壞現象。

5 結語

(1)對復雜地質條件下大硐室施工,采用錨網噴+錨索+工字鋼桁架+混凝土聯合支護,取得了較好的支護效果及經濟效益。

(2)硐室施工前對上下段井壁進行注漿及鋼結構加固,是保證硐室開口施工安全的有效措施。

(3)進行硐室圍巖礦壓觀測,掌握硐室圍巖動態及其規律,為施工支護提供科學依據。

Large cross sectional chamber in soft rock:integrated support construction technology

Cui JianJing
(No.71 Dept,China Coal Mine Construction Group Corp,Suzhou,Anhui province 234000,China)

That Liuhaimine skip loading chamber is located in stratum of soft rock w ith the mine’s main shaft,belt conveyor roadway and coal bunker in the vicinity leaves the chamber under complexed stress condition.By adopting a combined support of bolting and shotcreting with wire mesh+anchor and cable+I steel girder+concrete,optimal technical and economic effects are achieved.Out of careful observation and monitoring,it is known that the chamber remains basically stable and no sign of damages is found.

soft rock,large cross sectional chamber,combined support,construction technology

TD353.5

B

崔建井(1964-),男,安徽蕭縣人,工程師,現任中煤71處鄒莊項目部經理,曾發表論文多篇。

(責任編輯 張毅玲)