斜井表土層穿越淋水區支護工藝方案調整

常　樂，范書恒

（平頂山煤礦機械有限責任公司，河南平頂山467000）

斜井表土層穿越淋水區支護工藝方案調整

常樂*，范書恒

（平頂山煤礦機械有限責任公司，河南平頂山467000）

斜井表土層淋水區支護工藝是巷道掘進施工難點之一。首先對副斜井表土段冒頂原因進行分析，根據淋水段頂板巖性，對比了不同支護工藝方案的優缺點，把原工藝方案調整為超前短管棚配合拱架臨時支護、滯后砌碹平行作業的施工工藝方案，根據施工實際情況，增補改進了部分支護工藝方案。實驗表明支護方式調整以后，表土層強度和被動支護作用得到加強，控頂時間大大減少。該種斜井表土層穿越淋水區支護工藝方案為同類型巷道掘進提供重要參考。

斜井；淋水區；支護工藝

1　概述

斜井表土巷道在施工時對礦壓的響應非常敏感，當受到水的侵蝕時，巖層的透水性、溶蝕性、膨脹性和崩解性造成頂板下沉量增大容易引起冒頂，因此，防治水的侵蝕成為軟巖巷道支護所重點關注的問題［1］。目前很多研究者對穿越表土巷道支護方式進行研究，徐國領［2］對極軟表土層支護技術研究，應用U型鋼支架與短錨桿全長錨固巷道底角加錨索并噴射混凝土封閉圍巖支護方式，使圍巖結構面得到強化。張小俊［3］對表土段斜井井筒的支護設計進行研究，采用直墻拱襯砌結構型進行了內力計算，表明拱頂處于最不利截面。許寶國［4］通過副斜井表土段支護設計及數值模擬研究確定采用U29鋼棚噴射砼支護，達到了支護預期效果。通過改變臨時支護工藝對表土層淋水區支護方式進行研究。

2　先掘后噴、及時砌碹施工方案

郝家梁副斜井井筒斷面采用半圓拱形斷面，井筒凈寬5.6m，凈高4.8m，凈斷面23.5m2，設計井筒總長為2408.3m，傾角6°，表土層厚度垂深為130.51m。土層地質以灰黃色、棕黃色亞砂土為主，局部粘性成分含量較高，巖性顯示為亞粘土，工程上命名為粉土和粉質粘土。新近系上新統巖性是顏色為棕紅色—褐紅色，硬塑—堅硬，密室狀態，土質較均勻細膩，粘性好，含水量較大。原施工方案采用先掘后噴、及時砌碹的施工工藝，表土段斷面圖如圖1所示。在2013年8月，副斜井井筒表土段施工至+538.7～+540.4m時，發生冒頂及片幫，最大冒落區域高度達到6～7m；2013年1月，在施工+597.7～+581.2m段的過程中，再次發生大面積冒頂片幫，冒落體體積約200m3。在40m范圍先后發生2次冒頂，且冒落程度顯著增大，分析其顯著原因如下：

（1）土層地質條件變化，本段土體松軟易塌；

（2）井筒涌水量的增加，井筒涌水量由原來不超過5m3/h增加到12m3/h，導致土層被水浸泡變軟，極易發生冒頂片幫。

（3）施工工藝不完善，如控頂時間長、距離大等導致冒頂片幫。

圖1　表土段斷面圖（單位：mm）

3　超前管棚支護方案

針對冒頂片幫原因分析，為保證安全施工，加強頂板管理，采用超前短管棚配合拱架臨時支護、滯后砌碹平行作業的施工工藝。

3.1臨時支護設計

臨時支護方式采用打管棚、架設18#U型鋼梁、背木板施工。

3.1.1管棚設計

（1）管棚采用1.2寸鋼管制作，長度2m，布置在掘進斷面拱部，距拱0.2m，拱頂中間部位布置8根，間距0.3m，拱部兩側間距0.5m。

（2）管棚導向端做成尖形，管棚前端深入土層中，后端搭接拱架不得小于50cm，鋼管打入迎頭土層內1.5m，外漏0.5m。

（3）鋼管沿巷道輪廓線縱向近水平外插設置，外插角為6°。

3.1.2“U”型鋼梁設計

“U”型鋼梁采用現場18#U型鋼梁架設，每0.5～1.0m設一架，，每架鋼梁設5道根拉桿，用電焊或螺絲固定拉用，?16mm圓鋼制作，支腿底部焊接200mm× 200mm×10mm鋼板，木背板厚50mm，澆筑砼時不予拆除直接澆筑其中。

3.2永久支護

混凝土永久支護距工作面迎頭不大于1.5m。

3.2.1架碹、支模、驗模

（1）為保證砼體的幾何尺寸及坡度，支模碹臺采用槽鋼，模板采用12#槽鋼制作，支模時必須將模板除污、打磨光滑平整并刷油；

（2）拱頂與墻體分別架設，分時澆筑，2次成形，拱頂澆筑為1.5m一個循環，單側墻體為3m一個循環，澆墻時左右依次呈“邁步式“澆筑，不得同時澆筑同位置的拱墻；

（3）立拱腿時，拱墻的拱腿和原頂拱的拱腿錯開距為半碹，不得對縫（0.2～0.6m左右）；

（4）模板支設后，放線校正模板、驗模合格，符合要求后即可澆筑砼。如此循環完成整個掘支循環段距的素砼。

3.2.2混凝土的配制及澆筑

（1）地面設混凝土攪拌站，按試驗室出據的配合比計量配料，攪拌機拌和，自卸式汽車運輸拌和料，現場人工上料，C30混凝土配比采用通用配比如表1所示；

表1　C30混凝土配合比表

（2）澆筑時必須兩側對稱上料，每次上料的厚度不超30cm，并及時用振搗棒振搗；

（3）為防止在澆筑時水泡混凝土，必須在工作面最低處挖一小水窩。如墻體下有積水時必須將水引向水窩；

（4）施工順序：拱頂中間開挖→打管棚、背木板→向拱頂兩側開挖→打管棚、背木板→放線→支模→驗模→澆筑→墻體開挖→放線→支模→驗模→澆筑；

（5）原材料：砂子選用中粗砂，石子選用10～30mm碎石，水泥選用42.5R普通硅酸鹽水泥。防水劑摻量：根據防水劑檢驗報告摻量為水泥重量的10%。頂拱按照測量給定的激光架設，激光須具備方向、坡度2項指標的指向性；

（6）拆模：拆模時間不得低于72h；

（7）養護：井下比較潮濕，采用自然養護。

4　錨桿支護補充方案

根據巖石的水理性質，結合現場條件變化，本著保證施工安全、提高施工進度的原則，認為可局部改變工程施工工藝，建議如下：

超前及臨時支護為錨桿支護。錨桿以與工作面徑向外夾角30°打入，錨桿長2.2m，每掘進0.75m，形成超前1m支護，錨桿支護示意圖如圖2所示。錨桿為Ⅱ級左旋無縱筋螺紋鋼，直徑20mm，長2.2m，使用CK23/60樹脂錨固劑全長錨固，錨桿錨固力不小于50kN，錨桿間排距700mm×700mm。錨桿托板采用木板，規格400mm×400mm×50mm。

圖2　錨桿支護示意圖（單位：mm）

5　結論

（1）采取斜井表土層穿越淋水區工藝方案為超前短管棚配合拱架臨時支護、滯后砌碹平行作業的施工工藝方案，大大加強了表土層強度和被動支護作用，最大限度地減少控頂時間，一定程度上減緩浸水表土層產生的蠕變變形，支護作用比較明顯。

（2）根據試驗、實際情況在超前短管棚配合拱架臨時支護、滯后砌碹平行作業的施工工藝上增添改進了部分支護工藝，利用錨桿預緊力作用提高不穩定頂板的穩定性，降低冒頂事故的發生。應用錨桿的力學特點提高土層的整體剛度，形成大范圍有效應力區，控制錨固區土層的離層、滑動、裂隙張開和新裂紋產生等擴容變形與破壞，使主動支護作用得到充分發揮。

［1］東兆星，吳士良.井巷工程［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2009.

［2］徐國領.極軟表土層支護技術研究［J］.價值工程，2013（30）：97-98.

［3］張小俊.表土段斜井井筒的支護設計［J］.煤炭工程，2012 （7）：32-33.

［4］許寶國，姚峰，等.副斜井表土段支護設計及數值模擬研究［J］.煤炭技術，2010（6）：76-78.

TD3

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1004-5716（2016）09-0123-03

2015-10-21

2015-10-23

常樂（1987-），男（漢族），河南許昌人，工程師，現從事礦山開采和巷道掘進等技術工作。