納林河二號煤礦大跨距馬頭門支護設計與施工

李樹仁，宋立平

(1.納林河二號煤礦業有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯 017307；2.中煤西安能源研究院有限責任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

隨著無軌膠輪車在礦井輔助運輸中的普及應用，大型礦井馬頭門的斷面越來越大[1-2]。隨著硐室跨距的加大，巷幫高度的增加，硐室圍巖支護難度也在增加[3-5]，以納林河二號井為例，馬頭門的凈斷面寬度為8.0 m，掘進斷面寬度達9.4 m。因此開展大跨距馬頭門硐室支護參數的設計，對確保硐室施工質量與安全是非常必要的。

1 工程概況

納林河二號礦井副立井井筒設計凈直徑10.5 m，井筒永久鎖口絕對標高+1 132.20 m，全井深582.2 m。副立井井筒與井底車場連接處(即馬頭門)底板絕對標高+580.00 m(即井深552.2 m)，馬頭門呈偏南北方向雙面開口，進車側(南)方位角ɑ1=47°，出車側(北)ɑ2=227°。南北側馬頭門長各28.25 m(從井筒中心計)，共計56.5 m。一次支護均采用錨網索噴，噴漿厚度為100 mm，二次支護為雙層鋼筋混凝土支護，混凝土強度為C60，混凝土支護厚度為600 mm。

2 支護設計

2.1 支護分析

通過分析大跨度馬頭門工程地質條件及硐室的特點，總結影響大跨度穩定性的主導因素。

粉砂巖頂板：馬頭門直接頂板為厚度2.35 m的粉砂巖，頂板自身穩定性較差，不利于形成穩定的支護結構，無穩定的單體錨索的錨固點。

大跨距高幫特性：硐室采用拱形斷面，凈寬8.0 m，凈高6.0，凈面積41.1 m2，掘進寬度9.4 m，掘進高度7.0 m，掘進斷面積56.3 m2。隨著硐室跨距加大、高度的增加，增加了巷道圍巖的擾動深度，降低了圍巖本身的強度和自穩能力。硐室跨度大，易形成頂板中部拉應力集中，增加頂板彎曲下沉量和加大頂板離層破壞，成倍增加頂板垂直載荷，成倍增加的載荷又向兩幫轉移，使煤幫所承受的支承載荷成倍增長，加大煤幫破壞和片幫[1]。

2.2 支護形式設計

設計副立井馬頭門采用聯合支護方式。先采用錨網索噴進行一次支護，再采用鋼筋混凝土砌碹進行二次支護。一次支護采用“一炮一錨，兩炮一噴”的方式進行支護，厚度為100 mm，噴射混凝土強度等級為C25，二次支護為鋼筋混凝土，鋼筋混凝土強度等級為C60。硐室斷面圖支護設計如圖1所示。

圖1 硐室斷面圖支護設計

2.3 錨網索噴支護

副立井馬頭門一次支護采用錨網索噴支護形式。錨桿桿體材料采用二級螺紋鋼筋，直徑為20 mm，錨桿外露長度為50 mm。樹脂錨固劑選用MSZ28/25型，每根錨桿使用3卷。錨桿托板采用Q235鋼，規格150 mm× 150 mm×8 mm。鋼筋網采用直徑為6 mm的Q235鋼筋，網格為100×100。錨索參數：φ15.24 mm，L=7 500 mm，錨索托板采用300 mm×300 mm×10 mm的鋼板，每根錨索使用4個樹脂藥卷，錨索間排距2.4 m，每排3根，錨索的長度及間距可以根據揭煤的圍巖條件進行調整。

2.4 鋼筋支護

副立井馬頭門加強段鋼筋均采用φ20 mm二級螺紋鋼，豎筋采用直螺紋連接套連接，直螺紋連接套長度為50 mm，豎筋間距為250 mm。環筋采用綁扎搭接，搭接長度為35d(φ20 mm鋼筋搭接為700 mm，d為鋼筋直徑)，環筋間排距為200 mm。構造筋為φ8 mm圓鋼加工而成，構造筋豎向間距為400 mm，橫向間距為500 mm。鋼筋保護層厚度：外緣為70 mm，內緣為50 mm。

副立井井筒馬頭門鋼筋均采用φ20 mm二級螺紋鋼，鋼筋采用綁扎搭接，豎向鋼筋不小于30d(φ20 mm鋼筋搭接為600 mm，d為鋼筋直徑)，環向鋼筋不小于45d(φ20 mm鋼筋搭接為900 mm，d為鋼筋直徑)，鋼筋間排距為200 mm×200 mm，構造筋為φ8 mm圓鋼加工而成，構造筋間距為600 mm。鋼筋保護層厚度：外緣為70 mm，內緣為50 mm。環向及豎向鋼筋的接頭應錯開布置，任一垂直及水平截面上的接頭數不得超過全部鋼筋量的25%。

3 施工方案

由于馬頭門掘進段較高(5.1～7.0 m)，根據實際施工情況，掘進施工分成2部分，先施工拱部3.5 m，再施工墻部(1.6～3.5 m)位置。先將馬頭門拱部掘出，掘進深度兩側各7.5 m(從井筒中心線算起11.0 m)，再施工墻部。井筒模板采用3.5 m高整體移動式金屬模板，馬頭門模板墻部采用200 mm×200 mm木方做柱腿，50 mm厚木模板，馬頭門拱部采用16#槽鋼加工，拱部支撐50 mm厚木板和10 b槽鋼聯合支護做為模板。

每段施工時先按設計鉆爆，然后進行錨網索噴支護，掘噴完成后，最后自下而上起綁扎鋼筋、立模、澆注砼[2-5]。

副立井馬頭門掘進施工順序圖如圖2所示。

圖2 副井馬頭門掘進施工順序圖

4 支護工藝

4.1 一次支護工藝

馬頭門一次支護采用錨網索噴，樹脂錨桿規格為φ22 mm×2 400 mm，間排距800 mm×800 mm，采用矩形布置方式，外露100 mm，采用兩卷樹脂錨固劑錨固，樹脂錨固劑型號為MSZ2350、MSK2350型各1卷，錨桿采用端頭錨固方式，托盤選用規格150 mm×150 mm×12 mm，錨固力≥100 kN。金屬網用φ6.5 mm的鋼筋加工，網格100 mm×100 mm，搭接長度為100 mm，采用14#鐵絲綁扎。

頂錨索規格為18.9 mm×12 000 mm鋼絞線錨索，幫錨索規格為18.9 mm×6 300 mm鋼絞線錨索，每孔使用4根樹脂藥卷，樹脂錨固劑型號為MSZ2350型3卷、MSK2350型1卷，馬頭門錨索間排距1 600 mm×1 600 mm，與錨桿錯開布置，托盤規格300 mm×300 mm×20 mm，預拉力≥150 kN，錨固力≥200 kN。

4.2 鋼筋綁扎

墻部鋼筋綁扎方法：墻部鋼筋綁扎從墻底面向上進行，以馬頭門拱基線點為水平點，用水平管由里向外在兩幫墻部按2 m間距導出水平點，用風鉆在各個點上打300 mm深的眼，將長700 mm的廢棄鉆桿插入鉆孔中并楔緊，拉起巷道中線，以馬頭門中線拉尺分別在廢鉆桿外露端頭上找出內外層鋼筋的控制點，先將縱向鋼筋綁扎在外層鋼筋控制點上，然后按200 mm間距由里向外綁扎墻部橫向鋼筋，最后將縱向鋼筋補齊。內層鋼筋綁扎工藝同外層鋼筋。

拱部鋼筋綁扎方法：先搭設工作臺，工作臺上面鋪設木板，工作臺層面隨著工作面高度的增加而增設。工作臺搭設完成后，先在巷道正拱頂按2 m間距打300 mm深的眼，插入700 mm的廢舊釬桿，并在廢釬桿上標出內外層鋼筋控制點，在控制點上綁扎一根鋼筋，利用控制點鋼筋和巷道墻部筋預留搭接部分，做為拱部鋼筋的3個控制點，進行拱部環鋼筋綁扎，環鋼筋綁扎完后，按設計要求綁扎縱向鋼筋。綁扎時，先綁扎外層鋼筋，再綁扎內層鋼筋。

5 結語

錨網索噴+鋼筋混凝土的聯合支護綜合了2種支護方式的優點，充分利用圍巖的自承力，防止了由于圍巖破碎支護強度達到極限而導致頂部巖石塌落等情況，較單一支護方式更能適應圍巖復雜的應力變化，對大跨度斷面巷道支護具有切實可行的意義。