立井大型設備換裝硐室掘進支護設計

呂成義

(霍州煤電集團有限責任公司 李雅莊煤礦，山西 霍州 031400)

隨著特大型礦井高產高效的發展需要，井下輔助運輸系統逐漸采用無軌膠輪車。立井生產建設中需要掘進大型設備換裝硐室以滿足大型設備組裝、調換、運輸接替的需要，及無軌膠輪車使用的需要。大型設備換裝硐室施工斷面大，掘進過程中支護效果成為保證硐室使用效果的關鍵環節，深井地壓大，巷道圍巖變形明顯，因此需要對深井大型設備換裝硐室掘進支護設計進行深入研究。

1 工程概況

西部某礦井，設計生產能力1 500萬t/a，首采煤層埋深約680 m，采用立井提升系統，井下大型設備換裝硐室開口與副井井筒距離76 m，硐室長度為40 m，與附近巷道距離較近，斷面設計為直墻三心拱形，掘進寬度9.1 m，掘進高度12.133 m，掘進斷面105 m2.

硐室頂底板為粉砂巖，硬度不高，根據已施工段地質情況，巷道頂板及兩幫巖石不穩定，有片幫現象，掘進過程中需及時加強支護。

2 硐室大斷面掘進支護設計

2.1 頂板及幫部支護設計

根據中國礦業大學支護專家系統軟件支護設計，并結合礦井掘進支護管理經驗，頂板采用d22 mm×2 400 mm左旋無縱筋螺紋鋼筋，配高強度螺母，間排距1 000 mm×1 000 mm，錨桿預緊力300 N·m，錨桿錨固力為80 kN；采用d18.9 mm×8 300 mm錨索，間排距1 000 m×1 000 mm，錨索預緊力250 kN. 錨桿、錨索交叉布置，即錨索安裝在兩排頂錨桿中部，且所有錨桿(索)配以W型鋼護板，厚度5 mm，寬280 mm，長度450 mm，巷道斷面布置圖見圖1，頂、幫支護圖分別見圖2，3.

圖1 巷道斷面布置圖

圖2 頂部支護圖

2.2 底板支護設計

底板全部采用錨索支護，鳥籠狀布置，以提高底板支護的整體性。錨索規格為d18.9 mm×8 300 mm，間距2 000 m，排距2 000 mm，均勻布置在硐室底板。使用d56 mm地質鉆機鉆孔，孔深全部(8 000±50)mm. 使用全長預應力錨固，首先采用灌注水泥錨固，錨固長度1 200 mm，水泥固化后施加預緊力，然后灌水泥漿實現全場錨固，預緊力180～250 kN，底板支護見圖4.

圖4 底板支護圖

支護結束后頂板及兩幫噴射混凝土，厚度為150 mm，分兩次噴，噴層強度C25；底板進行硬化，硬化厚度300 mm.

3 支護效果分析

隨著施工進程，在設備換裝硐室拱部安裝錨桿錨索測力計和頂板離層儀，其中4個錨索測力計和5個錨桿測力計，左右兩幫各3個錨桿測力計和3個錨索測力計，進行錨桿(索)受力情況觀測分析，見圖5.

圖5 錨桿(索)測力計布置圖

3.1 錨桿受力分析

硐室拱部、幫部錨桿受力圖分別見圖6,7.

圖6 硐室拱部錨桿受力圖

圖7 硐室幫部錨桿受力圖

由圖6和圖7可知：

1) 硐室拱部左下位置錨桿初始預緊應力較大，隨著硐室施工，錨桿受力基本穩定在110 kN；拱部其它位置錨桿初始預緊力在60 kN左右，隨著硐室施工，錨桿受力逐漸增加，最終穩定在100 kN左右。

2) 除左幫上部測試錨桿因螺母與桿體螺紋聯接處失效外，硐室幫部錨桿在安裝后受力總體基本穩定，隨著時間推移波動較小。

3) 硐室幫部錨桿受力相對于拱部錨桿受力較小，但是錨桿受力穩定時間較快。根據錨桿最終受力可知，拱部錨桿所需初始預緊力較大，預緊力達到100 kN以上時，錨桿受力一直處于穩定狀態；幫部錨桿受力達到60 kN以上即可保證巷道圍巖的穩定性。

3.2 錨索受力分析

硐室拱部、幫部錨索受力圖分別見圖8,9.

圖8 硐室拱部錨索受力圖

圖9 硐室幫部錨索受力圖

由圖8和圖9可知：

1) 除硐室拱部左上錨索失錨外，其他錨索安裝后受力基本穩定，且隨硐室施工受力波動較小。

2) 硐室幫部錨索受力較穩定，錨索預緊力在180 kN左右，隨掘進影響，錨索受力有一定增加，最終穩定在200 kN左右。

3) 根據硐室錨索最終穩定受力可知，幫部錨索受力穩定在200 kN左右，拱部錨索受力穩定在150 kN左右，幫部錨索受力相對于拱部錨索受力較大。

4 結 論

對深井大型設備換裝硐室掘進支護設計進行研究，得出硐室采用錨桿(索)全斷面加強支護，在此支護設計下錨桿能夠保證硐室淺部范圍內圍巖的完整性，與錨索共同作用能夠保證硐室圍巖的穩定性，為該礦大斷面硐室掘進支護積累了經驗。