表土沖積層施工護(hù)頂技術(shù)的實踐與應(yīng)用

張 帆，朱 丹

（1.中鼎國際礦山隧道建設(shè)分公司，江西 南昌330000；2.江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，江西 南昌330000）

國投塔山礦井位于山西省大同煤田東翼中東部邊緣地帶，平硐開拓，副井為斜井，海拔高度1360m，位于主平硐西北向，距離3km，有水泥、砂石路相通。

1 施工方案

1.1 地質(zhì)條件

施工巷道巖層為強(qiáng)風(fēng)化層，穿過漏斗狀Q4沖積層約82m，巖層極為破碎，巷道穿過時無涌水現(xiàn)象。上距雅西公路約13m。

副平硐為直墻半圓拱形，施工在K168m進(jìn)入沖積層段，開挖斷面達(dá)到33.08m2，采用超前導(dǎo)管＋錨網(wǎng)噴＋U29鋼棚＋砼背板＋鋼筋砼聯(lián)合支護(hù)的方法進(jìn)行施工，避免出現(xiàn)垮頂、漏頂。國投大同塔山煤礦井筒設(shè)計長度2908.1m，在K168～K250m段為沖積層，沖積層呈鍋蓋狀位于井筒中上部，中下部為風(fēng)化巖，較堅硬。

1.2 施工方案

（1）施工方法。沖積層開挖寬6.9m，高5.65m，噴砼厚度150mm，砌碹厚400mm，強(qiáng)度等級C30。實際揭露，井筒中上部為沖積層，中下部為風(fēng)化巖，較堅硬。經(jīng)過研究采用“短掘短支”，縮短控頂距離，先拱后墻的掘進(jìn)順序，掘進(jìn)機(jī)與放松動炮混合掘進(jìn)作業(yè)方式，增大超前支護(hù)距離，控制最小空頂距離，及時噴砼封閉巖面，縮小鋼棚間距，鋪設(shè)砼背板，空頂?shù)牡胤揭媚拘ㄒ约鞍雸A木接頂剎緊，最后配合單層鋼筋網(wǎng)＋砌碹二次支護(hù)形成整體（見表1）。

表1 掘進(jìn)機(jī)總體技術(shù)參數(shù)

采用超前鋼導(dǎo)管預(yù)支護(hù)，鋼導(dǎo)管支護(hù)位于開挖斷面外側(cè)400mm，然后采用EBZ－260掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行井筒拱部截割，拱部截割完采取錨網(wǎng)噴支護(hù)，中下部采用多打眼少裝藥放松動炮，緊接著進(jìn)行U29鋼棚架設(shè)，鋪設(shè)砼背板，然后噴砼進(jìn)行初次支護(hù)封閉巖面，此段初次支護(hù)好后，后期進(jìn)行二次支護(hù)，采用鋼筋砼。

（2）一次支護(hù)。

①超前預(yù)支護(hù)。YT－28鑿巖機(jī)打眼，孔徑Φ50mm，采用Φ40mm超前鋼導(dǎo)管（DN40mm×3.5mm×3000 mm，管棚間距300mm，一幫拱基線開始向上超前護(hù)頂至另一幫拱基處，鋼管搭接長1000mm，鋼管全部架設(shè)于U型鋼棚上端形成護(hù)頂保護(hù)）。

②錨網(wǎng)噴支護(hù)。采用Φ20mm×2000mm高強(qiáng)度樹脂錨桿，間排距1000mm×1000mm，三花布置，每根錨桿采用一支規(guī)格為Z2360一支k2335樹脂藥卷端頭錨固，桿尾采用150mm×150mm×10mm拱形高強(qiáng)度托板；網(wǎng)片采用Φ6.5鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格為1000mm×2000mm，網(wǎng)片搭接長度為100mm；噴C20砼，厚150mm。

圖1 表土沖積層護(hù)頂支護(hù)

③鋼棚支護(hù)。金屬支架總共為5段，4段搭接口，搭接長度500mm；搭接位于兩拱腳上35°處以及拱頂兩端65°處；每搭接段采用2個U型卡限位，限位卡下焊接螺紋鋼定位。金屬支架焊接14個M20螺母（掛環(huán)），拱部（兩面）焊接3個，兩支架腿（兩面）各焊接2個，并配用7根Φ18螺紋鋼拉桿固定。鋼棚間距控制在500mm。砼背板覆蓋于鋼棚上全斷面鋪設(shè)。

（3）二次支護(hù)。

鋼筋砼支護(hù)。鋼筋網(wǎng)擬用Φ18mm螺紋鋼成井字型綁扎綁扎橫、縱間距150mm，全斷面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，混凝土澆筑厚400mm，強(qiáng)度等級C30。

護(hù)頂支護(hù)方式見圖1。

2 安全技術(shù)措施

掘進(jìn)機(jī)司機(jī)在截割前必須注意截割高度，防止截割頭來回伸縮損壞U29鋼棚，錨桿的規(guī)格、強(qiáng)度、錨桿孔的直徑、深度及布置形式應(yīng)符合設(shè)計要求，孔距、孔深誤差要符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；爆破嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢”及“三人聯(lián)鎖放炮”制度；放炮警戒距離直線不少于100m，鋼筋綁扎必須橫平豎直，間距均勻，綁扎點(diǎn)采用梅花形布置，接頭應(yīng)錯開；二次支護(hù)澆筑混凝土要求振搗密實，混凝土強(qiáng)度C30。

3 實施效果與技術(shù)經(jīng)驗

在施工過程中日進(jìn)尺4m，每個循環(huán)進(jìn)尺2m，在極破碎帶循環(huán)進(jìn)尺縮小到1m，支護(hù)混凝土實測強(qiáng)度見表3，后期觀測巷道無明顯變形，爆破參數(shù)見圖2、表2，爆破預(yù)期效果見表4。

圖2 副平硐炮眼布置

表2 副平硐爆破參數(shù)

表3 混凝土實測強(qiáng)度

表4 爆破預(yù)期效果

1）實施效果

（1）對于頂板松軟易垮頂，地質(zhì)條件復(fù)雜的情況，盡可能采用超前護(hù)頂施工，以利于工程安全，優(yōu)質(zhì)、快速通過。

（2）鋼棚間距縮短，可增加巷道的支護(hù)強(qiáng)度，使被動支護(hù)能取得良好的效果，保證圍巖的穩(wěn)定性。

（3）短掘短支，及時封閉巖面，可以防止迎頭以及頂板因掘進(jìn)過程破壞原有圍巖應(yīng)力，造成應(yīng)力集中頂板垮落。在中上部切割完后立刻支護(hù)避免原巖裸露時間過長造成垮落，為井下作業(yè)安全取得一定保障，但在支護(hù)過程中仍需注意人員安全，在今后作業(yè)過程中，還要加強(qiáng)防冒頂措施。

（4）井筒在實施表土沖積層施工護(hù)頂技術(shù)后，大大減少了工作面頂板冒落，節(jié)約了時間，節(jié)約了材料，加快了施工進(jìn)度。

2）技術(shù)經(jīng)驗

（1）采用機(jī)掘＋炮掘混合掘進(jìn)，合理解決了此段復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工工藝，克服了因地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，井筒上半部巖層松軟，中下部較堅硬巖，單一施工無法掘進(jìn)的難題。

（2）三花砼背板鋪設(shè)。因為表土沖積層松軟，使得掘進(jìn)過程中，難免出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，三花砼背板的鋪設(shè)可以解決金屬支架因砼背板鋪設(shè)噴砼無法至巖面，造成局部噴砼不能封閉巖面的情況。

井筒過表土沖積層護(hù)頂技術(shù)的實踐中積累的經(jīng)驗，可供同類條件下的巷道施工參考。