斜井表土層穿越淋水區(qū)支護(hù)工藝方案調(diào)整

常　樂(lè)，范書(shū)恒

（平頂山煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司，河南平頂山467000）

斜井表土層穿越淋水區(qū)支護(hù)工藝方案調(diào)整

常樂(lè)*，范書(shū)恒

（平頂山煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司，河南平頂山467000）

斜井表土層淋水區(qū)支護(hù)工藝是巷道掘進(jìn)施工難點(diǎn)之一。首先對(duì)副斜井表土段冒頂原因進(jìn)行分析，根據(jù)淋水段頂板巖性，對(duì)比了不同支護(hù)工藝方案的優(yōu)缺點(diǎn)，把原工藝方案調(diào)整為超前短管棚配合拱架臨時(shí)支護(hù)、滯后砌碹平行作業(yè)的施工工藝方案，根據(jù)施工實(shí)際情況，增補(bǔ)改進(jìn)了部分支護(hù)工藝方案。實(shí)驗(yàn)表明支護(hù)方式調(diào)整以后，表土層強(qiáng)度和被動(dòng)支護(hù)作用得到加強(qiáng)，控頂時(shí)間大大減少。該種斜井表土層穿越淋水區(qū)支護(hù)工藝方案為同類型巷道掘進(jìn)提供重要參考。

斜井；淋水區(qū)；支護(hù)工藝

1　概述

斜井表土巷道在施工時(shí)對(duì)礦壓的響應(yīng)非常敏感，當(dāng)受到水的侵蝕時(shí)，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(hù)所重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題［1］。目前很多研究者對(duì)穿越表土巷道支護(hù)方式進(jìn)行研究，徐國(guó)領(lǐng)［2］對(duì)極軟表土層支護(hù)技術(shù)研究，應(yīng)用U型鋼支架與短錨桿全長(zhǎng)錨固巷道底角加錨索并噴射混凝土封閉圍巖支護(hù)方式，使圍巖結(jié)構(gòu)面得到強(qiáng)化。張小俊［3］對(duì)表土段斜井井筒的支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，采用直墻拱襯砌結(jié)構(gòu)型進(jìn)行了內(nèi)力計(jì)算，表明拱頂處于最不利截面。許寶國(guó)［4］通過(guò)副斜井表土段支護(hù)設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬研究確定采用U29鋼棚噴射砼支護(hù)，達(dá)到了支護(hù)預(yù)期效果。通過(guò)改變臨時(shí)支護(hù)工藝對(duì)表土層淋水區(qū)支護(hù)方式進(jìn)行研究。

2　先掘后噴、及時(shí)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(shè)計(jì)井筒總長(zhǎng)為2408.3m，傾角6°，表土層厚度垂深為130.51m。土層地質(zhì)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(zhì)粘土。新近系上新統(tǒng)巖性是顏色為棕紅色—褐紅色，硬塑—堅(jiān)硬，密室狀態(tài)，土質(zhì)較均勻細(xì)膩，粘性好，含水量較大。原施工方案采用先掘后噴、及時(shí)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(shí)，發(fā)生冒頂及片幫，最大冒落區(qū)域高度達(dá)到6～7m；2013年1月，在施工+597.7～+581.2m段的過(guò)程中，再次發(fā)生大面積冒頂片幫，冒落體體積約200m3。在40m范圍先后發(fā)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(zhì)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(lái)不超過(guò)5m3/h增加到12m3/h，導(dǎo)致土層被水浸泡變軟，極易發(fā)生冒頂片幫。

（3）施工工藝不完善，如控頂時(shí)間長(zhǎng)、距離大等導(dǎo)致冒頂片幫。

圖1　表土段斷面圖（單位：mm）

3　超前管棚支護(hù)方案

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

3.1臨時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)

臨時(shí)支護(hù)方式采用打管棚、架設(shè)18#U型鋼梁、背木板施工。

3.1.1管棚設(shè)計(jì)

（1）管棚采用1.2寸鋼管制作，長(zhǎng)度2m，布置在掘進(jìn)斷面拱部，距拱0.2m，拱頂中間部位布置8根，間距0.3m，拱部?jī)蓚?cè)間距0.5m。

（2）管棚導(dǎo)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(nèi)1.5m，外漏0.5m。

（3）鋼管沿巷道輪廓線縱向近水平外插設(shè)置，外插角為6°。

3.1.2“U”型鋼梁設(shè)計(jì)

“U”型鋼梁采用現(xiàn)場(chǎng)18#U型鋼梁架設(shè)，每0.5～1.0m設(shè)一架，，每架鋼梁設(shè)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(shí)不予拆除直接澆筑其中。

3.2永久支護(hù)

混凝土永久支護(hù)距工作面迎頭不大于1.5m。

3.2.1架碹、支模、驗(yàn)?zāi)?/p>

（1）為保證砼體的幾何尺寸及坡度，支模碹臺(tái)采用槽鋼，模板采用12#槽鋼制作，支模時(shí)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(shè)，分時(shí)澆筑，2次成形，拱頂澆筑為1.5m一個(gè)循環(huán)，單側(cè)墻體為3m一個(gè)循環(huán)，澆墻時(shí)左右依次呈“邁步式“澆筑，不得同時(shí)澆筑同位置的拱墻；

（3）立拱腿時(shí)，拱墻的拱腿和原頂拱的拱腿錯(cuò)開(kāi)距為半碹，不得對(duì)縫（0.2～0.6m左右）；

（4）模板支設(shè)后，放線校正模板、驗(yàn)?zāi)：细瘢弦蠛蠹纯蓾仓拧Ｈ绱搜h(huán)完成整個(gè)掘支循環(huán)段距的素砼。

3.2.2混凝土的配制及澆筑

（1）地面設(shè)混凝土攪拌站，按試驗(yàn)室出據(jù)的配合比計(jì)量配料，攪拌機(jī)拌和，自卸式汽車運(yùn)輸拌和料，現(xiàn)場(chǎng)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(shí)必須兩側(cè)對(duì)稱上料，每次上料的厚度不超30cm，并及時(shí)用振搗棒振搗；

（3）為防止在澆筑時(shí)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(shí)必須將水引向水窩；

（4）施工順序：拱頂中間開(kāi)挖→打管棚、背木板→向拱頂兩側(cè)開(kāi)挖→打管棚、背木板→放線→支模→驗(yàn)?zāi)！鷿仓鷫w開(kāi)挖→放線→支模→驗(yàn)?zāi)！鷿仓?/p>

（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(jù)防水劑檢驗(yàn)報(bào)告摻量為水泥重量的10%。頂拱按照測(cè)量給定的激光架設(shè)，激光須具備方向、坡度2項(xiàng)指標(biāo)的指向性；

（6）拆模：拆模時(shí)間不得低于72h；

（7）養(yǎng)護(hù)：井下比較潮濕，采用自然養(yǎng)護(hù)。

4　錨桿支護(hù)補(bǔ)充方案

根據(jù)巖石的水理性質(zhì)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件變化，本著保證施工安全、提高施工進(jìn)度的原則，認(rèn)為可局部改變工程施工工藝，建議如下：

超前及臨時(shí)支護(hù)為錨桿支護(hù)。錨桿以與工作面徑向外夾角30°打入，錨桿長(zhǎng)2.2m，每掘進(jìn)0.75m，形成超前1m支護(hù)，錨桿支護(hù)示意圖如圖2所示。錨桿為Ⅱ級(jí)左旋無(wú)縱筋螺紋鋼，直徑20mm，長(zhǎng)2.2m，使用CK23/60樹(shù)脂錨固劑全長(zhǎng)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(guī)格400mm×400mm×50mm。

圖2　錨桿支護(hù)示意圖（單位：mm）

5　結(jié)論

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

（2）根據(jù)試驗(yàn)、實(shí)際情況在超前短管棚配合拱架臨時(shí)支護(hù)、滯后砌碹平行作業(yè)的施工工藝上增添改進(jìn)了部分支護(hù)工藝，利用錨桿預(yù)緊力作用提高不穩(wěn)定頂板的穩(wěn)定性，降低冒頂事故的發(fā)生。應(yīng)用錨桿的力學(xué)特點(diǎn)提高土層的整體剛度，形成大范圍有效應(yīng)力區(qū)，控制錨固區(qū)土層的離層、滑動(dòng)、裂隙張開(kāi)和新裂紋產(chǎn)生等擴(kuò)容變形與破壞，使主動(dòng)支護(hù)作用得到充分發(fā)揮。

［1］東兆星，吳士良.井巷工程［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.

［2］徐國(guó)領(lǐng).極軟表土層支護(hù)技術(shù)研究［J］.價(jià)值工程，2013（30）：97-98.

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

［4］許寶國(guó)，姚峰，等.副斜井表土段支護(hù)設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬研究［J］.煤炭技術(shù)，2010（6）：76-78.

TD3

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1004-5716（2016）09-0123-03

2015-10-21

2015-10-23

常樂(lè)（1987-），男（漢族），河南許昌人，工程師，現(xiàn)從事礦山開(kāi)采和巷道掘進(jìn)等技術(shù)工作。