大斷面硐室正臺階分層施工應用實踐

馬楠+班訓海+顏超

摘 要：煤礦井下硐室由于斷面大、服務年限長，在施工過程中存在著掘進難度大，巷道支護設計要求高等問題。本文主要介紹了崔莊煤礦井下支架檢修硐室施工方案選擇、錨網索噴聯合支護設計等。通過實踐證明采用正臺階施工法、錨網索支護工藝實現了大斷面硐室快速掘進與安全支護。

關鍵詞：大斷面；硐室；正臺階施工；錨網索噴聯合支護

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.107

微山崔莊煤礦位于滕南煤田南部，井田面積約11.91km2，地面標高+31.70～+32.80m。煤層頂底板都較為平整穩定，為較穩定型頂板，礦井工程地質條件屬中等（Ⅱ類）。

1 工程概況

為滿足大型綜采支架在井下拆裝、檢修需要，特在井下支架存放硐室開口10m后對原硐室進行擴寬加高，作為支架檢修硐室。硐室設計長度30m；斷面為圓弧拱型；凈寬6.0m、凈高6.5m，結合裝車后支架的高度，確定硐室墻高為3.5m；錨網索噴漿聯合支護，混凝土噴厚0.15m；S凈=35.1m2，S荒=39.9 m2。

支架檢修硐室布置在3上煤頂板巖石中，為砂質泥巖，平均厚度約為10.73m；再往上為中砂巖，平均厚度約為14.12m。

2 施工技術方案

2.1 施工方案選擇

煤礦井下大斷面硐室施工， 根據圍巖穩定性和斷面大小主要有三種常用施工方法：全斷面施工法、導硐施工法、臺階式分層施工法。

（1）全斷面施工法：按巷道（硐室）的設計掘進斷面一次將硐室掘出。適用于圍巖穩定、斷面高度不是很大（不大于5m）的巷道（硐室）掘進。優缺點：便于機械化施工。

（2）導硐施工法：在巷道（硐室）的某一部位先用小斷面的導硐掘進，然后再進行擴幫、挑頂、挖地，將導硐逐步擴大至設計斷面。可以一次掘至巷道（硐室）全長然后再進行擴硐；也可以使導硐超前一定距離，再進行擴硐工作。根據導硐在巷道（硐室）斷面內的位置不同，又可以分為中央上導硐、中央下導硐、單側下導硐、雙側下導硐、上下導硐等多種具體的施工方法。適用于圍巖穩定性差、斷面又較大的巷道（硐室）。優缺點：能有效的縮短圍巖的暴露面積和時間，使巷道（硐室）的頂、幫易于維護，施工安全得到保障。但該法步驟多、效率低、速度慢、工期長。

（3）臺階式分層施工法：將巷道（硐室）沿其高度分為幾個分層，按照一定的施工施工順序分次進行掘進、支護的施工作業方法。先施工上分層工作面時稱為正臺階分層施工法；先施工下分層工作面時稱為倒臺階分層施工法。適用于圍巖穩定或中等穩定、斷面較大的硐室。優缺點：采用此方法由于空間寬度較大，工人作業方便，與導硐法相比，具有效率高、速度快、成本低的優點。

2.2 施工方案確定

為了確保圍巖穩定性，保證施工作業安全，同時為加快硐室掘進速度，經過對比論證，決定采用正臺階分層施工法。

2.3 施工順序

（1）支架存放硐室開口5m按照設計斷面正常掘進；（2）支架存放硐室開口5m后，再經5m逐步將巷道斷面擴大至支架檢修硐室設計斷面；（3）沿支架檢修硐室頂板，施工硐室上分層至設計長度30m；（4）施工硐室下分層。

2.4 施工方法

（1）硐室采用鉆眼爆破的方式，沿5‰上山掘進，嚴格按標定中、腰線施工；（2）支架存放硐室開口5m后，再往前每掘進1m，硐室凈寬擴寬240mm（每幫外擴120mm），向上挑頂凈高增加260mm，5m后將硐室斷面由凈寬×凈高=4.8×5.2m擴大至凈寬×凈高=6.0×6.5m，墻高3.5m；（3）按照凈寬×凈高=6.0×3.5m，墻高0.5m的圓弧拱形斷面施工硐室上分層，采用一次打眼，兩次裝藥，兩次爆破的方式掘進，先爆破下部炮眼，再爆破上部炮眼；（4）按照凈寬×凈高=6.0×3.0m，的矩形斷面施工硐室下分層，采用一次打眼，一次裝藥，一次爆破的方式掘進。

3 支護技術方案

3.1 支護方案的確定

支架檢修硐室布置在3上煤頂板巖石中，由于硐室跨度及斷面積都比較大，為有效控制圍巖，提高支護強度，降低支護成本和勞動強度，結合本礦及周邊礦井應用實際，通過工程類比法，選擇錨網索為硐室的主要支護方式。同時考慮到硐室服務年限較長，為防止圍巖分化、錨桿（索）、經緯網等金屬材料銹蝕，因此，在錨網索支護的基礎上增加噴漿支護。綜上，支架檢修硐室最后確定的支護方式為錨網索噴漿聯合支護。

3.2 輔助支護

頂、幫均采用網格為50×50mm的經緯網加鋼筋梯，網片搭接處（網間搭接長度不小于100mm）每隔200mm用12#雙股鐵絲連接在一起，使得錨桿索與經緯網形成支護的同一整體。

結合錨桿（索）的 外露長度，確定硐室混凝土噴漿厚度為150mm。

4 主要安全技術措施

（1）嚴格在巷道輪廓線上打眼，要求開孔位置精確，誤差在50mm以內，炮眼的深度、角度和個數，符合作業規程中光面爆破的設計要求，杜絕超挖、欠挖的現象，且必須使用濕式打眼。

（2）該巷道采用3根金屬前探梁作為臨時支護，每次爆破后，必須先將前探梁伸到控頂區，鋪好支架和金屬網，并用背板和木剎將其與頂板結實。

（3）巷道整體變形較大，冒頂、片幫嚴重時，應縮小錨桿間排距為600mm，并每隔600mm加打兩根?17.8×8000mm錨索，間距1800mm，排距1200，“矩型”布置或增加架棚復合支護，排距600mm，位于錨桿排距中間。

（4）錨桿（索）支護及噴漿質量要求必須符合工程要求。

5 結語

施工實踐證明，采用正臺階分層施工法，能夠解決大斷面硐室施工的困難，不僅加快了施工進度，而且大大降低了勞動強度，提高了施工安全系數。大斷面硐室采用錨網索加噴漿的聯合支護形式具有工序簡便、易于操作、施工方便的特點。同時，還可以使大斷面硐室圍巖形成新的承載結構，有效的控制圍巖變形，從而達到大斷面硐室長時間使用和降低整修率的目的。因此，采用正臺階分層施工法施工大斷面硐室，并配合錨網索加噴漿對硐室進行支護，在技術上是可行的，經濟上合理的，具有廣泛的推廣應用價值。