巷道機頭硐室快速過立交掘進施工工藝應用實例

張志東ZHANG Zhi-dong

（烏審旗蒙大礦業有限責任公司，鄂爾多斯 017307）

1 工程概況

烏審旗蒙大礦業納林河二號礦井31119 膠運順槽機頭硐室位于3-1 煤層中，該機頭硐室工程量包括1 號聯巷，2 號聯巷，1 號驅動硐室，2 號驅動硐室及外委區隊施工剩余機頭硐室，掘進目的是形成31119 工作面主運輸系統。31119 機頭硐室用于掘進期間通風、行人及運料，回采期間煤炭運輸。31119 膠運順槽位于首采區北翼，南臨中央二號輔助運輸大巷，北臨納林河保護煤柱，西臨31120工作面，東臨31118 工作面。煤層頂底板情況，偽頂主要以泥巖為主，厚度0.3～1.2m，直接頂主要以砂質泥巖為主，厚度為4.3～18.6m；直接底主要以砂質泥巖為主，厚度為10.23～11.84m。

根據設計圖，31119 膠運順槽機頭硐室1 號聯巷、2 號聯巷、1 號驅動硐室、2 號驅動硐室在相應坐標位置進行開口掘進；31119 膠運順槽機頭硐室剩余工程段從繼續掘進位置開始，平掘10.223m 立交通過中央二號輔助運輸大巷（預留500mm 底煤），變坡+0°14′20″掘進34.036m 至中央二號回風大巷前2m 位置，底板升0.142m，平掘9.472m 立交通過中央二號回風大巷（預留500mm 底煤），變坡-2°31′43″掘進34.297m 至中央一號回風大巷前2m 位置，底板降1.524m，平掘9.481m 立交通過中央一號回風大巷（預留500mm 底煤），變坡-1°7′0″掘進36.176m，底板降0.710m，與中央膠帶運輸機大巷貫通。機頭硐室平面布置圖，如圖1 所示。

圖1 機頭硐室平面示意圖

2 施工工藝

2.1 傳統過立交施工方法

①按照傳統過立交施工工藝，機頭硐室掘進至中央二號輔助運輸大巷立交點前，先以一定角度向下掘進，與中央二號輔助運輸大巷貫通后，再斜向上掘回31119 機頭硐室，繼續向前掘進。

②采用松動爆破法，將中央二號輔助運輸大巷立交處頂板爆破下來，形成31119 機頭硐室。

③采用鋪設密集工字鋼棚加打混凝土的形式恢復中央二號輔助運輸大巷的頂板，再打混凝土填補剩余三角區域，恢復中央二號輔助運輸大巷。

2.2 傳統工藝缺點

2.2.1 施工工序復雜，效率低，工期長

傳統過立交工藝，采用機械化（綜掘機）或放炮方式掘進，掘至膠運順槽與中央二號輔助運輸大巷貫通后，綜掘機無法通過立交段，需進一步對立交段挑頂施工，將挑頂或拉底矸石等充填物填平立交下部中央二號輔運大巷，綜掘機方可碾壓矸石充填物再繼續向前掘進直至與中央帶式輸送機大巷貫通。但受碾壓物質松軟制約以及綜掘機本身掘高限制，挑頂過立交期間無法按設計高度一次挑到位，需貫通后將設備回撤完畢再采用放炮方式再二次將立交段頂板欠高部位放炮找平至設計尺寸，待支護完畢后方可砌墻架梁、鋪鋼板等做立交。因此造成無法使用綜掘機一次成巷，效率低，施工工期較長，制約綜掘機掘進速度。

2.2.2 材料消耗多，施工成本高

施工期間使用較多雷管炸藥、大量混凝土及工字鋼棚，且無法二次利用。

2.2.3 施工安全存在安全隱患

傳統工藝工序交錯復雜，且多工序需登高作業進行二次支護，導致施工難度大，危險系數高。

2.2.4 影響輔助運輸及通風時間長

作業期間充填矸石嚴重影響車輛輔助運輸和通風系統，影響生產進度，且造成通風系統不良運轉。

2.3 快速施工工藝

由于傳統過立交工藝耗時費力，存在安全隱患，為快速高效完成31119 機頭硐室過立交工程，經過技術分析決定采用以下施工方法：

①提前對中央二號輔助運輸大巷立交處的幫部提前進行掏槽打錨索砌筑混凝土墻體加固。先進行幫部掏槽，深度300～500mm，高度為輔運巷高度4300mm，寬度為立交寬度6500～7000mm，之后采用錨索補強，錨索φ21.8*4500mm 鋼絞線，配套300×300×20mm 蝶形托盤，每根錨索使用3 根CK2350 型樹脂藥卷，垂直于幫部支設，31119 機頭硐室與中央二號輔運大巷過橋平面布置圖，如圖2。

圖2 31119 機頭硐室與中央二號輔運大巷過橋平面布置圖

②錨索補強完畢后，對掏槽部位使用C30 混凝土進行充填，之后對中央二號輔助運輸大巷立交處的頂板并排架設20b 型工字鋼，工字鋼之間利用直徑20 螺紋鋼筋拉桿連接或焊接。31119 機頭硐室與中央二號輔運大巷過橋Ⅰ-Ⅰ剖面加固圖，如圖3。

圖3 31119 機頭硐室與中央二號輔運大巷過橋Ⅰ-Ⅰ剖面加固圖

③待綜掘機掘至立交邊緣時，在立交下方并排支設2排“井”字木垛與架設工字鋼剎牢背緊，之后綜掘機按照設計坡度沿中央二號輔助運輸大巷頂板預留500mm 左右底煤（巖帽）直接掘進通過立交（此時可拆除木垛恢復輔助運輸），直至與中央帶式輸送機大巷貫通。

④待與中央帶式輸送機大巷貫通結束后，綜掘機可快速退機回撤，待推至立交處后，為確保安全，立交下方可臨時恢復支撐木垛，待綜掘機回撤跨過立交后立即拆除木垛，對該段進行人工風鎬修邊角，整體進行立交底板混凝土澆筑，混凝土強度等級C25，即完成過立交工程。

2.4 改良工藝的優點

①相比傳統工藝，極大的縮短了過立交的時間，使之前繁瑣的工序簡化成操作性較強的簡易步驟，提前加固兩幫及頂板后可正常掘進一次成巷。同時減少了人工恢復的時間，中央二號輔助運輸大巷正常通行車輛不受影響，極大地提高了施工效率。②提高了安全性，相比傳統工藝，淘汰了爆破成巷的方法，減少了爆破矸石、危巖掉落傷人和傷設備等風險，尤其減少炸藥雷管管理的風險。③極大地減少了過立交的成本，不僅節省了爆破炸藥及支護混凝土的費用，還減少了大量的人工費，僅需要錨索和工字鋼的支護材料費和人工費即可完成過立交的施工，極大地減少了成本。④相較傳統工藝成巷質量，采用綜掘機一次成巷的方式，巷道成型更容易控制，成巷質量更高，后期投入使用更有保障。⑤加工好的工字鋼及工字鋼棚可多次復用，極大較少材料成本消耗，材料回收方便，拆裝簡單，可快速形成施工。

3 立交支護設計

3.1 中央二號輔助運輸大巷立交處幫部支護

錨桿規格：錨桿選用φ22×2400mm 螺紋鋼錨桿，桿體為22# 左旋無縱筋螺紋鋼筋，桿體屈服強度不低于500MPa。桿尾螺紋為M24，螺紋長度不小于150mm，采用高強螺母M24×3.0。

錨固方式：每根錨桿配2 根CK2350 型樹脂錨固劑。

錨桿配件：錨桿托盤規格為150×150×10mm，承載能力不低于桿體的極限拉斷力。

錨桿角度：幫錨桿安設角度為與水平不大于±15°。

錨桿布置：每排4 根，間距為1000mm，排距為1000mm，頂部第一根錨桿與頂板間距為300mm，錨桿必須打設在網片壓茬處。

錨索規格：φ21.8×4500mm，錨索材料為1×19 股高強度低松弛預應力鋼絞線。

錨固方式：每根錨索配3 根CK2350 型樹脂錨固劑。

錨索配件：錨索托盤規格為300×300×20mm 碟形托盤，承載能力不低于桿體的極限拉斷力。

網片采用3800×1200mm 8# 菱形鉛絲網，網格40×40mm，幫網與頂網壓茬不小于120mm，幫網與幫網壓茬不小于200mm，綁扎步距240mm，14#鉛絲雙股呈三花綁扎。

質量要求：

錨桿支護能力：錨桿扭矩力不小于150N·m，錨桿錨固力不小于80kN。

錨索支護能力：錨索鎖定后預緊力不小于150kN。

3.2 中央二號輔助運輸大巷立交處頂板加固

工字鋼規格：20b 工字鋼，內邊距50mm，共使用43 根工字鋼。

工字鋼連接方式：采用80*700*20mm 鋼板加固，直徑32mm 螺栓孔，配套30 高強度螺栓。（8.8 級）。

3.3 中央二號輔助運輸大巷立交處混凝土加固

幫部混凝土500mm，厚強度等級C30；混凝土底板200mm 厚，強度等級C25。

3.4 機頭硐室支護設計

3.4.1 頂板支護

①錨桿支護。錨桿規格、錨固方式、錨桿配件同中央二號輔助運輸大巷立交處幫部支護設計。

錨桿角度：頂錨桿安設角度為與垂線不大于±15°。

錨桿布置：每排6 根，間距為1100mm，排距為1200mm，端頭第一根錨桿與巷幫間距為150mm，錨桿必須打設在網片壓茬處。

②錨索支護。錨索規格：φ21.8×7300/6300mm，錨索材料為1×19 股高強度低松弛預應力鋼絞線。

錨固方式、錨索配件同中央二號輔助運輸大巷立交處幫部支護設計。

錨索布置：每排3 根，間距1500mm，排距2400mm，端頭錨索距巷幫間距為1400mm。

③頂網支護。采用φ6×3840×1320mm 和φ6×2880×1320mm 鋼筋網，網片接茬120mm，綁扎步距240mm，14#鉛絲雙股呈三花綁扎。

3.4.2 幫部支護

錨桿規格、錨固方式、錨桿配件同中央二號輔助運輸大巷立交處幫部支護設計。

錨桿角度：幫錨桿安設角度為與水平不大于±15°。

錨桿布置：每排4 根，間距為1000mm，排距為1200mm，頂部第一根錨桿與底板間距為500mm，錨桿必須打設在網片壓茬處。

幫網支護：

采用3800×1400mm 8#菱形鉛絲網，網格40×40mm，幫網與頂網壓茬不小于240mm，幫網與幫網壓茬不小于200mm，綁扎步距200mm，14#鉛絲雙股呈三花綁扎。

3.4.3 31119 膠運順槽機頭硐室、交叉口及遇地質構造、斷層、破碎帶補強支護

31119 膠運順槽機頭硐室、交叉口及遇地質構造、斷層、破碎帶補強支護設計在31119 膠運順槽機頭硐室支護設計基礎上對頂錨索支護設計進行調整，其余相同。

頂錨索調整為每排4 根，配套3900×230×3mmW 鋼帶，間排距為1200×2400mm，向交叉口外兩側延伸6m；硐室開口處增加錨索支護，并列使用兩根W 鋼帶支護。

3.4.4 質量要求

錨桿支護能力：錨桿扭矩力150N·m，錨桿錨固力為80kN。

錨索支護能力：錨索鎖定后預緊力不小于150kN。

4 實踐效果

通過對頂板層觀測及巷道表面位移觀測，31119 膠運順槽機頭硐室巷道無漏頂片幫，立交處20b 工字鋼、C30混凝土墻體完好，臨時支護的木垛無明顯變形，巷道支護效果良好。本次掘進過中央二號輔助運輸大巷期間，共使用20h 完成過立交施工，因前后協調得當，輔助運輸路線臨時改為中央一號輔助運輸大巷，機身過立交后立即拆除臨時支護木垛，0.5h 內恢復中央二號輔助運輸大巷輔助運輸，未對當天生產造成影響。

5 結論

經過實踐驗證，該種快速過立交施工工藝，縮短了施工時間，提高了施工工藝的安全性，節省了施工成本，為類似條件的巷道施工提供參考和借鑒。巷道機頭硐室快速過立交掘進施工工藝已在本單位得到實踐并推廣，可有效緩解因機頭硐室施工緩慢而造成的短期采掘接續緊張。