軟巖破碎帶大斷面煤倉裝載硐室施工技術

張冰

【摘要】大斷面裝載硐室位于軟巖及破碎帶內(nèi)，施工難度較大。通過合理選擇設計方案和施工方法，精心組織，保證安全快速施工，節(jié)省工程投資。

【關鍵詞】大斷面硐室；軟巖；破碎帶；支護設計；施工。

【中圖分類號】TD354 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0291-01

1、工程概況

豐源煤礦位于水城縣比德鄉(xiāng)境內(nèi)，原設計生產(chǎn)能力為15萬噸/年，通過綜采技改，目前生產(chǎn)能力達到60萬噸/年。礦井采用斜井開拓，布置有主斜井、副斜井、回風斜井三條井筒，劃分為一個雙翼采區(qū)和一個單翼采區(qū)進行開采。由于受原礦井運輸系統(tǒng)制約，不能發(fā)揮礦井產(chǎn)能，綜采技改時在1315運輸石門與主井筒+1260m處施工一井下煤倉，用于上層32號煤儲煤運輸。煤倉高度55m，傾角81°，斷面積50.24m2，容量4000t。

2、煤倉裝載硐室的施工

煤倉裝載硐室位于主井筒下部，由于所處地層位于主采煤層底板軟巖段F3斷層破碎帶，巖性工程地質(zhì)條件極差，并和主井井筒井底車場同時施工，硐室跨度大。施工過程中發(fā)生嚴重冒頂事故，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件，及時變更了原有設計的技術參數(shù)和支護形式，從而保證了硐室的安全迅速施工。

2.1 裝載硐室原設計概況

裝載硐室工程，設計布置在主井井筒內(nèi)475米處，硐室斷面為矩形，硐室長度為5米，與給煤機硐室連接，凈寬度為5.2米，高度為8.4米。支護形式墻體采用鋼筋砼結構，頂板采用28b工字鋼澆注砼支護，工字鋼間距0.4米。

2.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)主井井簡施工實際揭露情況，該硐室位于33號煤層的底板，并處于F3號斷層的破碎帶邊緣。

2.3 軟巖力學性質(zhì)分析

根據(jù)貴州煤礦地質(zhì)工程咨詢與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心提供的《貴州省水城縣比德豐源煤礦生產(chǎn)地質(zhì)報告》對33號煤層底板巖石物理力學性質(zhì)測試結果，煤層底板巖石自然狀態(tài)單軸抗壓強度全部小于15MPa，軟化系數(shù)0.24～0.60，遇水易軟化、膨脹，穩(wěn)定性差（表1）。煤層自然狀態(tài)單軸抗壓強度為2.7MPa～9.1MPa，切割阻力小。

2.4 施工方案的選擇

2.4.1 現(xiàn)場施工情況

在主井井筒下部施工到裝載硐室位置時，準備與裝載硐室同步施工。由于工程位置處于斷層破碎帶邊緣，施工時出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，造成施工進度很慢。在井筒部位施工3米時，進行裝載硐室開門施工，由于該硐室的頂板處在33號煤層的直接底板下，在硐室剛進行開門掘進施工，便發(fā)生了冒頂事故，冒落高度近5米，寬4米，深2米。局部對井筒產(chǎn)生了破壞，危害較大。

2.4.2 設計參數(shù)和支護方案的變更

結合現(xiàn)場實際情況，對原設計進行了修改。修改后硐室斷面為三心拱形，頂部采用36U形支架澆注砼，支架間距0.5米。支架立腿1.5米，架設在鋼筋砼結構的墻體上。硐室支護砼厚度為0.4米。頂部冒頂部分采用澆注砼和注漿進行充填。裝載硐室段的井筒部分采用小模板進行施工，以保證硐室和井筒的完整連接。

2.4.3 施工方案的選擇

由于硐室高度為8.4米，原施工方案為井簡部分采用3.0米大模板澆注砼施工，硐室部分采用錨網(wǎng)噴臨時支護，頂部加打錨索，最后進行一次性澆注砼。結合現(xiàn)場實際情況，因發(fā)生冒頂，且進入了斷層破碎帶，原施工方案難以實施，因此硐室及井筒部分施工采用短段掘砌施工。井筒采用1.0米小模板進行施工。段高確定為2米。首先將已經(jīng)掘進的井筒部分施工完成，以防止上部井筒破壞，然后進行裝載硐室上部施工。硐室上部采用短掘短支施工方法，頂板采取穿楔的方法，控制頂板繼續(xù)冒落。

2.4.4 施工控制

對已經(jīng)掘進完成的井筒段進行清理浮矸，并用沙袋將硐室開門處擋嚴，防止頂部矸石落入井筒。然后對井簡段進行綁筋澆注砼，完成井筒部分施工。

對裝載硐室上部仍采用短掘短支的施工方法。首先撤掉開門處沙袋，清理后架設一架u型支架，支架拱頂部分采用0.8～1.2米長2時密集鐵管做穿楔，以防止頂部繼續(xù)冒落，同時與上部井壁結實。然后向前清貨，底部用風鎬掘進，進0.5米后立即架設第二架支架，及時封住頂板。按此方法向前推進，過冒落區(qū)后仍采用風鎬短段掘進，及時架設支架，直至硐室段完成并進入給煤機硐室3米停止施工，采用錨網(wǎng)噴封閉工作面。施工中采用錨桿將u型支架腿部固定在硐室兩幫上，未冒落段支架頂部采用兩根8米長錨索加固。

支架架設完成后，按設計尺寸對硐室頂部進行支模澆注砼，完成上部施工。

在完成硐室上部施工后，對井筒及硐室下段仍采用短段掘砌，段高未2米。采用風鎬掘進2米后，即進行幫扎鋼筋，架設模板，澆注砼支護。由于受破碎帶涌水影響，施工時在井筒中間導洞，集中排水，加快施工進度。

在每個段高施工中，掘進時在該段高底部超出設計尺寸0.3米，高度在0.5米左右，作為每段段高的壁坐，以保證安全和施工質(zhì)量。

硐室施工完成后，對頂部冒落段進行澆注砼充填。在硐室上部井筒段用風鎬支出澆注砼洞口，充填砼，對充填不嚴和有浮矸處進行打眼注漿加固。

3、安全和經(jīng)濟效益

3.1 該硐室及井簡段于2010年11月份開始施工，扣除各種影響因素，施3232期為40天，工程質(zhì)量達到優(yōu)良，未出現(xiàn)任何安全事故。在軟巖破碎段施工大斷面硐室獲得成功。

3.2 通過該硐室的施工，成功的積累了經(jīng)驗，在裝載硐室相連的給煤機硐室施工中，也將原來的矩形斷面頂板工字鋼砼支護，更改為三心拱形斷面u型鋼支架砼支護，減小了施工難度，保證了安全快速施工，取得了很好的效果。在水平上山上部采區(qū)絞車房施工過程中，由于絞車房所處層位和巖性與主井箕斗裝載硐室基本一致，亦處在33號煤層底板軟巖之中，且斷面高度和跨度較大（6300mm×4720mm），通過借鑒該硐室施工經(jīng)驗，施工揭露軟巖控制效果較好，絞車房施工十分順利，沒有發(fā)生任何質(zhì)量事故，施工工期僅用了16天，工程質(zhì)量經(jīng)綜合驗收達到優(yōu)良。

3.3 該硐室施工完成后，經(jīng)審結的造價為795909元，加上冒頂?shù)碾[蔽工程和注漿加固費用118033元，共計913942元，比按原設計和原施工方案施工所做的預算1244421元，節(jié)省投資330479元。

4、結束語

裝載硐室經(jīng)過二年多的使用，采用變更后的方案施工的膨脹性粘土段巷壁和大斷面、大跨度硐室未出現(xiàn)任何質(zhì)量問題，多項技術指標均符合有關標準規(guī)定。通過借鑒該硐室施工經(jīng)驗，后續(xù)施工的給煤機硐室和采區(qū)絞車房，使用時間也二年之多，使用過程中通過巖移觀測，沒有發(fā)現(xiàn)硐室頂板或幫部變形，并且在礦井單項工程驗收過程中，三項工程質(zhì)量均達到優(yōu)良。說明裝載硐室采用的技術參數(shù)、支護方式、施工方案和控制措施在相同軟巖地質(zhì)條件下，大斷面、大跨度同類硐室施工時，是值得參考和借鑒的。