淺談建筑物下掘進技術工作

摘要：神東煤礦大多數是在靠近居民區周邊開采礦井，地面建筑物、河流、道路較多，針對如何在建筑物下掘進開采，成為我國煤礦企業的研究方向。榆家梁煤礦連采二隊根據公司及礦掘進計劃對在工業廣場下掘進施工，針對多次經驗所得在對榆家梁煤礦52煤輸料孔進行了研究并施工，探索出了一套成熟的掘進方案。

關鍵詞：建筑工程；掘進輸料孔；建筑物支護；掘進方案

中圖分類號：K826 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）28-0100-03

1 工程概況

地面位置：52煤輸料孔裝載通道掘進工作面位于榆家梁煤礦井田的中部，上部為42煤地面工業廣場，42煤材料庫、綜合辦公樓和職工公寓位于回風通道正上方垂直距離約80m處。

井下位置：52煤輸料孔裝載通道工程位于52301綜采設計工作面保護煤柱范圍內。上方賦存的43煤為實體煤，42煤為露頭風化區域。東側為52301回順、52302回順，南側距52煤輔運大巷110m。

52煤輸料孔裝載通道工程由進風巷、回風通道及其之間聯巷、硐室等巷道組成。所有巷道均布置在52煤層中，巷道設計總長度為592.4m。其中進風巷長度為223.5m，回風通道長度為187.5m，及其之間聯巷長度為164.4m，調車硐室長度為17m。聯巷長度為27.4m，共6個，開口抹角不得大于3×3m。調車硐室長度為6m，共3個，開口施工2×2m雙抹角。

2 地質構造

2.1 地表構造

52煤輸料孔裝載通道工程地表標高：1196～1322m，最大高差126m；松散層厚度0～84m；上覆基巖厚度76～132m，地層總的趨勢是以極緩的坡度向北西傾斜的單斜構造，傾角1°～2°，斷層不發育，后生裂隙發育。

2.2 水文地質構造

地表溝壑發育，上覆松散層厚度變化較大，無采空積水。雨季大氣降水在低洼處形成少量積水，但對掘進工作面影響有限。掘進工作面涌水主要為圍巖裂隙水，該含水層富水性弱、補給水源少，對掘進工作面影響較小。預計正常涌水量15m3/h，最大涌水量20m3/h。

2.3 巷道圍巖特征

所掘巷道頂板以灰白色粉及中砂巖為主，局部為粉砂質泥巖（厚度為0～1.3m），抗壓強度為319～484kg/cm2，屬較穩定（Ⅱ）巖層；底板為粉砂巖，泥質膠結，水平層理，質較軟，抗壓強度412kg/cm2，絕大部分為穩定性型，不底鼓。

表1 巷道圍巖特征表

頂、底板 巖石名稱 厚度m 巖性描述

老頂 粉及中砂巖 15.6～25.8 灰色及灰白色，泥質膠結，水平層理

直接頂 泥巖 0～1.30 黑灰色，塊狀，致密，含炭屑

偽頂

直接底 粉砂巖 0.55～18.4 灰黑色，泥質膠結，均一致密，質較軟

2.4 煤層賦存特征

52煤層屬低變質煙煤，黑色塊狀，條痕褐黑色，瀝青或油脂光澤，線理細條帶狀結構，硬度大，后生裂隙發育。煤層賦存穩定，煤厚3.20～3.50m，平均3.40m，傾角1°～2°，容重1.31t/m3。

3 采用計算法校核支護參數

3.1 錨桿長度校驗

頂錨桿通過懸吊作用，達到支護效果的條件，應

滿足：

L≥L1+L2+L3

式中：

L——錨桿總長，2.1m；

L1——錨桿外露長度（頂錨桿取0.05m，從頂板算起）；

L2——錨桿有效長度（頂錨桿取免壓拱高b），m；

L3——錨桿錨固長度（頂錨桿取0.3），m。

普氏免壓拱高：

當f≥3時，L2=b=B/2f

當f≤2時，L2=b1=1/f×〔B/2+Htan（45°-w/2）〕

3.2 進風巷支護參數計算

B、H——巷道掘進寬度和高度，B=5.6m，H=3.5m；

f頂——頂板巖石普氏系數，f頂取3或4；

w——兩幫圍巖的內摩擦角，w取86.32°（查表得）；

當f≥3時，L2=b=B/2f

故：f取3時：L2=b=B/2f=5.6/（2×3）=0.93m；

Lf=3=L1+L2f=3+L3=0.05+0.93+0.3=1.25m；

f取4時：L2=b=B/2f=5.6/（2×4）=0.7m；

Lf=4=L1+L2f=4+L3=0.05+0.7+0.3=1.05m；

根據上述計算得出：

L>Lf=3；

L>Lf=4；

3.3 回風通道支護參數計算

B、H——巷道掘進寬度和高度，B=5.0m，H=3.5m；

f頂——頂板巖石普氏系數，f頂取3或4；

w——兩幫圍巖的內摩擦角，w取86.32°（查表得）。

當f≥3時，L2=b=B/2f

故：f取3時：L2=b=B/2f=5.0/（2×3）=0.83m；

Lf=3=L1+L2f=3+L3=0.05+0.83+0.3=1.18m；

f取4時：L2=b=B/2f=5.0/（2×4）=0.625m

Lf=4=L1+L2f=4+L3=0.05+0.625+0.3=0.975m；

根據上述計算得出：

L>Lf=3；

L>Lf=4；

3.4 錨桿間排距校驗

錨桿間排距a=

式中：endprint

a——錨桿間距；

Q——錨桿懸吊巖體重量（錨桿承載力勤），取49kg；

r——巖體容重，取2.4kN/m3

k——安全系數，取1.8；

實際應用2.1m錨桿時，L2=L-L1-L3=1.45m；計算得a2.82m。

故錨桿排距取1m符合要求。

3.5 按懸吊理論校核錨索間距

為防止巷道頂板巖層發生大面積整體垮落，用Φ17.8×6500mm的錨索，將錨索加固的“組合梁”整體懸吊于堅硬巖層中，校核錨索間距。冒落方式按最嚴重的冒落高度大于錨桿長度的整體冒落高度考慮。在忽略巖體粘結力和內摩擦力的條件下，取垂直方向力的平衡，可由下式計算：

L=nF2/[BHγ-（2F1sinθ）/L1]

式中：

L—錨索間距，m；

B—巷道最大冒落寬度，9.8m；

H—巷道冒落高度，按最嚴重冒落高度取2.0m；

γ—巖體容重，2.4KN/m3；

L1—錨索排距，3.0m；

F1—錨桿錨固力，50KN；

F2—錨索極限承載力，取27T；

θ—錨桿與巷道頂板的夾角，90°；

n—錨索排數，取4。

則：L=3.24m>3.0m

故所選錨索間距3.0m滿足設計要求。

應當指出，錨桿參數應結合巷道具體地質條件及用途決定。由于頂板局部有軟弱結合面或滑移面，頂板整體性差。如遇賦水區域且基巖厚度較薄時頂板淋水較大，掘進揭露頂板后易泥化、風化而產生頂板離層。因此必須重視加強支護管理，除打設錨索外還要在頂幫掛網后進行噴漿作業，厚度為100mm。

4 巷道支護要求

錨桿外露長度從托盤算起不大于50mm，錨桿錨固力應大于50kN，頂錨桿扭矩不小于100Nm，幫錨桿扭矩不小于80Nm。錨索外露長度不大于200mm。錨索錨固力大于15T，錨索極限拉斷力為24.7T，延伸率為3%，預緊力為100kN，錨固段長度為1500mm。錨桿、錨索安裝與頂板角度不小于75°（錨桿、錨索與頂板角度β：75°≤β≤105°）。發現錨桿及錨索失效或報廢，必須及時補打。

錨桿必須從外向里逐排支護，嚴禁隔排空頂作業或從空頂內向外作業；聯巷抹角處補打錨桿必須合理布置，不得有面積大于1m×1m的空頂區域。

由于巷道開口被連采機割到而造成失效的錨桿和網片必須重新安裝。

錨桿支護嚴格按作業規程要求施工。必須保證所打錨桿橫成排、豎成線；已施工的錨桿扭矩必須達到100N·m以上，抗拔力必須達到50kN以上。

因該工作面掘進的巷道沿頂板掘進，正常情況下掘進最大空頂距確定為12m，循環進度10.5m；遇到頂板破碎、淋水、有裂隙等地質條件變化地段，采取短掘短支，最大空頂距離不得大于7m，掘進巷道最小空頂距1.5m。

錨索支護正常情況下跟在破碎機后面，輔助運輸巷要支護到工作面行車調機聯巷的后10m處，主運輸巷道支護到破碎機后10m；錨索支護產生的水、雜物及時清理干凈。

特殊情況做以下規定：（1）如遇頂板破碎、淋水大等情況時，錨索支護必須需跟到工作面支護；（2）對于裂隙發育地段應加掛“W”型剛帶進行加強支護；（3）錨索錨固力達不到要求、頂板下沉明顯地段要及時匯報生產科，以確定是否采取架棚進行加強支護；（4）頂板下沉明顯地段要及時匯報生產科，以確定是否架棚加強支護。

錨索支護必須在破碎機前移后一個圓班支護完成，否則不得進行掘進。

嚴格執行《連采后備套施工管理補充規定》。

當工作面遇見斷層、沖刷帶，或者裂隙發育、頂板破碎、煤層變薄、薄基巖、頂板淋水大等地質條件變化時，必須采取加強支護措施。

外委工隊掛幫網在連采隊移完破碎機后一個原班，必須將幫網跟至交接班平臺及破碎機后，如遇片幫處，裂隙發育弱面構造處當班必須掛網，否則不得生產。

5 結語

2012年7月下旬我隊按照設計圓滿完成52煤輸料孔裝載通道專項工程，掘進期間無頂板破碎及冒頂現象發生，經現場實際觀測頂板下沉量為零，對地面建筑物無影響。通過這次施工，為我礦在安全生產前提下“建筑物下、水體下、鐵路下”掘進積累了寶貴的實踐經驗。

作者簡介：朱拴剛（1979-），男，陜西楊凌人，中國神華神東煤炭集團榆家梁煤礦企業管理部工程師，經濟師，研究方向：煤炭生產精益化管理和推行。endprint

a——錨桿間距；

Q——錨桿懸吊巖體重量（錨桿承載力勤），取49kg；

r——巖體容重，取2.4kN/m3

k——安全系數，取1.8；

實際應用2.1m錨桿時，L2=L-L1-L3=1.45m；計算得a2.82m。

故錨桿排距取1m符合要求。

3.5 按懸吊理論校核錨索間距

為防止巷道頂板巖層發生大面積整體垮落，用Φ17.8×6500mm的錨索，將錨索加固的“組合梁”整體懸吊于堅硬巖層中，校核錨索間距。冒落方式按最嚴重的冒落高度大于錨桿長度的整體冒落高度考慮。在忽略巖體粘結力和內摩擦力的條件下，取垂直方向力的平衡，可由下式計算：

L=nF2/[BHγ-（2F1sinθ）/L1]

式中：

L—錨索間距，m；

B—巷道最大冒落寬度，9.8m；

H—巷道冒落高度，按最嚴重冒落高度取2.0m；

γ—巖體容重，2.4KN/m3；

L1—錨索排距，3.0m；

F1—錨桿錨固力，50KN；

F2—錨索極限承載力，取27T；

θ—錨桿與巷道頂板的夾角，90°；

n—錨索排數，取4。

則：L=3.24m>3.0m

故所選錨索間距3.0m滿足設計要求。

應當指出，錨桿參數應結合巷道具體地質條件及用途決定。由于頂板局部有軟弱結合面或滑移面，頂板整體性差。如遇賦水區域且基巖厚度較薄時頂板淋水較大，掘進揭露頂板后易泥化、風化而產生頂板離層。因此必須重視加強支護管理，除打設錨索外還要在頂幫掛網后進行噴漿作業，厚度為100mm。

4 巷道支護要求

錨桿外露長度從托盤算起不大于50mm，錨桿錨固力應大于50kN，頂錨桿扭矩不小于100Nm，幫錨桿扭矩不小于80Nm。錨索外露長度不大于200mm。錨索錨固力大于15T，錨索極限拉斷力為24.7T，延伸率為3%，預緊力為100kN，錨固段長度為1500mm。錨桿、錨索安裝與頂板角度不小于75°（錨桿、錨索與頂板角度β：75°≤β≤105°）。發現錨桿及錨索失效或報廢，必須及時補打。

錨桿必須從外向里逐排支護，嚴禁隔排空頂作業或從空頂內向外作業；聯巷抹角處補打錨桿必須合理布置，不得有面積大于1m×1m的空頂區域。

由于巷道開口被連采機割到而造成失效的錨桿和網片必須重新安裝。

錨桿支護嚴格按作業規程要求施工。必須保證所打錨桿橫成排、豎成線；已施工的錨桿扭矩必須達到100N·m以上，抗拔力必須達到50kN以上。

因該工作面掘進的巷道沿頂板掘進，正常情況下掘進最大空頂距確定為12m，循環進度10.5m；遇到頂板破碎、淋水、有裂隙等地質條件變化地段，采取短掘短支，最大空頂距離不得大于7m，掘進巷道最小空頂距1.5m。

錨索支護正常情況下跟在破碎機后面，輔助運輸巷要支護到工作面行車調機聯巷的后10m處，主運輸巷道支護到破碎機后10m；錨索支護產生的水、雜物及時清理干凈。

特殊情況做以下規定：（1）如遇頂板破碎、淋水大等情況時，錨索支護必須需跟到工作面支護；（2）對于裂隙發育地段應加掛“W”型剛帶進行加強支護；（3）錨索錨固力達不到要求、頂板下沉明顯地段要及時匯報生產科，以確定是否采取架棚進行加強支護；（4）頂板下沉明顯地段要及時匯報生產科，以確定是否架棚加強支護。

錨索支護必須在破碎機前移后一個圓班支護完成，否則不得進行掘進。

嚴格執行《連采后備套施工管理補充規定》。

當工作面遇見斷層、沖刷帶，或者裂隙發育、頂板破碎、煤層變薄、薄基巖、頂板淋水大等地質條件變化時，必須采取加強支護措施。

外委工隊掛幫網在連采隊移完破碎機后一個原班，必須將幫網跟至交接班平臺及破碎機后，如遇片幫處，裂隙發育弱面構造處當班必須掛網，否則不得生產。

5 結語

2012年7月下旬我隊按照設計圓滿完成52煤輸料孔裝載通道專項工程，掘進期間無頂板破碎及冒頂現象發生，經現場實際觀測頂板下沉量為零，對地面建筑物無影響。通過這次施工，為我礦在安全生產前提下“建筑物下、水體下、鐵路下”掘進積累了寶貴的實踐經驗。

作者簡介：朱拴剛（1979-），男，陜西楊凌人，中國神華神東煤炭集團榆家梁煤礦企業管理部工程師，經濟師，研究方向：煤炭生產精益化管理和推行。endprint

a——錨桿間距；

Q——錨桿懸吊巖體重量（錨桿承載力勤），取49kg；

r——巖體容重，取2.4kN/m3

k——安全系數，取1.8；

實際應用2.1m錨桿時，L2=L-L1-L3=1.45m；計算得a2.82m。

故錨桿排距取1m符合要求。

3.5 按懸吊理論校核錨索間距

為防止巷道頂板巖層發生大面積整體垮落，用Φ17.8×6500mm的錨索，將錨索加固的“組合梁”整體懸吊于堅硬巖層中，校核錨索間距。冒落方式按最嚴重的冒落高度大于錨桿長度的整體冒落高度考慮。在忽略巖體粘結力和內摩擦力的條件下，取垂直方向力的平衡，可由下式計算：

L=nF2/[BHγ-（2F1sinθ）/L1]

式中：

L—錨索間距，m；

B—巷道最大冒落寬度，9.8m；

H—巷道冒落高度，按最嚴重冒落高度取2.0m；

γ—巖體容重，2.4KN/m3；

L1—錨索排距，3.0m；

F1—錨桿錨固力，50KN；

F2—錨索極限承載力，取27T；

θ—錨桿與巷道頂板的夾角，90°；

n—錨索排數，取4。

則：L=3.24m>3.0m

故所選錨索間距3.0m滿足設計要求。

應當指出，錨桿參數應結合巷道具體地質條件及用途決定。由于頂板局部有軟弱結合面或滑移面，頂板整體性差。如遇賦水區域且基巖厚度較薄時頂板淋水較大，掘進揭露頂板后易泥化、風化而產生頂板離層。因此必須重視加強支護管理，除打設錨索外還要在頂幫掛網后進行噴漿作業，厚度為100mm。

4 巷道支護要求

錨桿外露長度從托盤算起不大于50mm，錨桿錨固力應大于50kN，頂錨桿扭矩不小于100Nm，幫錨桿扭矩不小于80Nm。錨索外露長度不大于200mm。錨索錨固力大于15T，錨索極限拉斷力為24.7T，延伸率為3%，預緊力為100kN，錨固段長度為1500mm。錨桿、錨索安裝與頂板角度不小于75°（錨桿、錨索與頂板角度β：75°≤β≤105°）。發現錨桿及錨索失效或報廢，必須及時補打。

錨桿必須從外向里逐排支護，嚴禁隔排空頂作業或從空頂內向外作業；聯巷抹角處補打錨桿必須合理布置，不得有面積大于1m×1m的空頂區域。

由于巷道開口被連采機割到而造成失效的錨桿和網片必須重新安裝。

錨桿支護嚴格按作業規程要求施工。必須保證所打錨桿橫成排、豎成線；已施工的錨桿扭矩必須達到100N·m以上，抗拔力必須達到50kN以上。

因該工作面掘進的巷道沿頂板掘進，正常情況下掘進最大空頂距確定為12m，循環進度10.5m；遇到頂板破碎、淋水、有裂隙等地質條件變化地段，采取短掘短支，最大空頂距離不得大于7m，掘進巷道最小空頂距1.5m。

錨索支護正常情況下跟在破碎機后面，輔助運輸巷要支護到工作面行車調機聯巷的后10m處，主運輸巷道支護到破碎機后10m；錨索支護產生的水、雜物及時清理干凈。

特殊情況做以下規定：（1）如遇頂板破碎、淋水大等情況時，錨索支護必須需跟到工作面支護；（2）對于裂隙發育地段應加掛“W”型剛帶進行加強支護；（3）錨索錨固力達不到要求、頂板下沉明顯地段要及時匯報生產科，以確定是否采取架棚進行加強支護；（4）頂板下沉明顯地段要及時匯報生產科，以確定是否架棚加強支護。

錨索支護必須在破碎機前移后一個圓班支護完成，否則不得進行掘進。

嚴格執行《連采后備套施工管理補充規定》。

當工作面遇見斷層、沖刷帶，或者裂隙發育、頂板破碎、煤層變薄、薄基巖、頂板淋水大等地質條件變化時，必須采取加強支護措施。

外委工隊掛幫網在連采隊移完破碎機后一個原班，必須將幫網跟至交接班平臺及破碎機后，如遇片幫處，裂隙發育弱面構造處當班必須掛網，否則不得生產。

5 結語

2012年7月下旬我隊按照設計圓滿完成52煤輸料孔裝載通道專項工程，掘進期間無頂板破碎及冒頂現象發生，經現場實際觀測頂板下沉量為零，對地面建筑物無影響。通過這次施工，為我礦在安全生產前提下“建筑物下、水體下、鐵路下”掘進積累了寶貴的實踐經驗。

作者簡介：朱拴剛（1979-），男，陜西楊凌人，中國神華神東煤炭集團榆家梁煤礦企業管理部工程師，經濟師，研究方向：煤炭生產精益化管理和推行。endprint