大斷面平硐快速施工方法

趙明明

(大同煤礦集團 同家梁礦，山西 大同 037025)

1 工程背景

隨著采掘的進行，某礦井需延深山4號煤層，副平硐是延深的關鍵線路工程，為了盡早實現新水平投產，需加快副平硐的施工。副平硐設計斷面為半圓拱形，巷道凈寬5.0 m，凈高4.3 m，凈斷面18.82 m2，傾角-6.5°，巷道全長3 914 m，其中表土段208 m采用鋼筋混凝土澆注，澆筑厚度400 mm，巷道鋪底厚度300 mm；基巖段3 706 m采用錨噴支護，噴漿厚120 mm。每500 m設計一會車硐，會車硐采用三心拱斷面，錨網噴支護，噴漿厚120 mm，每個會車硐長15 m，凈寬6.2 m，凈高4.3 m。針對副平硐施工的特點、工期要求及存在的困難，如仍采用以往的施工方法很難滿足施工需求，因此對副平硐施工技術進行了探索和創新，取得了較好的效果[1-3]。

2 施工技術研究

2.1 支護技術

1) 表土段支護。副平硐開挖后采用的臨時支護形式有掛網、噴漿、架U29型鋼拱棚，每0.5 m架設一架U29鋼拱棚，U29型鋼拱棚支護距澆筑混凝土的最大距離不超過3 m。當工作面圍巖破碎時，采用短挖短砌工藝。同時必須在拱棚下支木垛托住，木垛尺寸為900 mm×900 mm，間距為0.5 m。后進行永久支護，采用鋼筋混凝土砌碹方式進行澆注，澆灌厚度400 mm，強度等級為C30。

2) 基巖段支護。基巖段采用錨桿(索)、噴射混凝土聯合支護形式。具體如下：錨桿采用D20 mm×2 400 mm的螺紋鋼，間排距為800 mm×800 mm，托盤采用150 mm×150 mm×8 mm的高強托盤。錨索采用D17.8 mm×6 000 mm的鋼絞線，間排距1 600 mm×1 600 mm，托盤采用200 mm×200 mm×10 mm的高強托盤，巷道段每排錨索為2根，會車硐處每排錨索為3根；另外在會車硐及換向硐加菱形金屬網片，金屬網片規格為80 mm×80 mm，由直徑4 mm的鐵絲編織。噴漿混凝土強度為C20，噴層厚度為120 mm。

2.2 鉆眼爆破技術

1) 合理優化炮眼布置及爆破參數。為了提高設備的利用率，加快施工進度，決定采用光面中深孔爆破技術，根據巖性進行爆破參數設計。采用的掏槽方式為楔形掏槽，眼深3.2 m，布眼6個，輔助眼布置3圈，各布眼9個、13個和19個，周邊眼布眼36個，底眼9個，眼深均為3.0 m，同時還布置了2個眼深為2.0 m的中空眼，全斷面共布置85個眼。循環進尺2.8 m，炮眼利用率0.93。

2) 改進鉆眼施工方式。針對施工實際特點，鉆眼工作占用工時較長，要想提高單進，必須想辦法改進鉆眼爆破施工方法，提高效率。為此自行設計了掘進臺架，把工作面分成上下兩層，每層又分成兩個區間，在這4個區域內各布置1臺風鉆，4臺風鉆同時作業，以提高打眼效率。

2.3 巷道反掘技術

根據礦井銜接安排，結合實際施工情況，輔助運輸巷已掘到位，充分考慮副平硐施工工期因素，經過實地論證，副平硐具備反掘的條件，決定從輔助運輸大巷開口位置(圖1中標注1)，以+6.5°上山掘進，直至與前方貫通為止。考慮運輸系統環節，在輔助運輸大巷450 m處開口(圖1中標注2)，垂直于副平硐打一橫貫眼(圖1中標注3)，橫貫眼長度55 m，在輔助運輸大巷安裝80膠帶一部，橫貫眼鋪設安裝短節80膠帶一部，機頭與回風立井膠帶巷搭接，形成出煤(矸石 )運輸系統。

2.4 通風管理

副平硐采用壓入式、雙風機雙電源自動切換的局部通風機通風，在井口外10 m處安設兩臺FBCD№16/2×55 kW對旋風機，直徑1 200 mm柔性皮質風筒，通過特制三通為主要風機和備用風機兩套系統共用。副平硐反掘段，采用壓入式通風，在進風立井進風聯巷(圖1中標注4)安設兩臺FBCD№16/2×55 kW對旋風機，直徑1 000 mm柔性皮質風筒。為減少風阻與漏風，風筒接頭采用單頭雙環反邊接頭法，風筒吊掛平直，接頭嚴密。

2.5 運輸管理

副平硐矸石采用小型防爆裝載機裝渣，由防爆膠輪車運出，一直運至指定排矸場，施工材料由防爆膠輪車運至施工地點。副平硐反掘段矸石通過三部膠帶排至秦家山回風立井煤倉，利用回風立井改絞系統排至地面。為提高運輸速度，每隔200 m施工一個調車硐和會讓站，以便于汽車進入工作面安全行駛、方便錯車、調車。

2.6 排水管理

副平硐排水選用一臺DC50-80×2型水泵，排水管路選用D108 mm鋼管及快速接頭，將水從臨時水倉直接排至地面水溝。在巷道低洼地點施工臨時水倉。

2.7 生產組織管理

在作業方式上，一改傳統的單純“三八制”或“四六制”，分為打眼、出渣、支護噴漿三個專業組，“滾班制”作業，按工序交接班，按循環圖表要求控制作業時間，保證正規循環作業，較好地解決了掘進速度加快后，而噴射混凝土跟不上的矛盾。延長了噴射時間，實現了噴混凝土與掘進完全平行，從而拓寬了平行交叉作業的范圍，實現了掘進與噴混凝土、打眼與裝巖、排矸與掘進等多重平行交叉作業，最大限度地利用了時間和空間，提高了正規循環率和綜合施工水平。

3 應用效果

副平硐原計劃工期32個月，期間克服表土段施工等諸多困難，全線貫通僅用26個月，比預計提前半年完工，并實現了零誤差精確貫通。該施工技術較好地適應了副平硐施工要求，取得了良好的社會經濟效益。

1) 采用鉆爆法進行同等斷面的副平硐一般月度單進為120 m，采用上述技術后，平均月度單進為160 m，其中單月最高掘進205 m。

2) 該副平硐施工技術不僅可改善工作環境、減輕勞動強度，而且充分利用時間與空間的交叉作業，極大地提高了工作效率，雖然采用反掘增加了設備的成本投入，但極大縮短了工期，為礦井后續建設打下了堅實的基礎，創造經濟效益1 000多萬元。