莒山煤礦下組煤主斜井開拓特殊段施工方案研究

孔 晉 剛

（山西蘭花煤炭實業集團有限公司，山西 晉城 048000）

1 工程概況

莒山煤礦3 號煤層儲量日漸枯竭，現已進入殘采，為實現生產接替，進行下組煤水平延深項目建設。設計地面生產系統利用原有的選煤廠、5 聯體筒倉及鐵路運輸線路，新建井口房、空加室、原煤封閉儲煤棚、篩分樓、帶式輸送機棧橋、暗道、副井絞車房、器材庫、機修車間、綜采設備庫、坑木加工坊、鍋爐房；開拓工程新掘主斜井、副斜井、回風立井，延深利用現有主斜井（改造為行人斜井）以及井下各輔助生產項目和井底車場、煤倉、中央變電所、水泵房、水倉等主要硐室開拓，項目建設的占地在原3 號煤層的生產區內。

主斜井井筒開拓設計坡度16°，方位角256°，凈斷面14.7m2，表土段井壁采用鋼筋混凝土支護，混凝土支護厚度為500mm，強度等級不低于C25。基巖段采用錨網噴支護，錨桿采用MSGLW- 335/Φ20×2000mm 型左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距800mm×800mm；每根錨桿采用一卷K2335 快速樹脂藥卷和一卷Z2360 中速樹脂藥卷，設計錨固力≥110kN，安裝預緊扭力矩≥120N.m；托盤采用高強度拱型托盤，規格為120×120×8mm；鋪設Φ6mm 鋼筋焊接的鋼筋網，網格尺寸為100×100mm；噴射混凝土厚150mm，強度不低于C20，施工過程中，如遇構造或軟巖，應采取注漿堵水措施，或采用其它方式進行加強支護。井筒內一側裝備帶寬1000mm 的帶式輸送機擔負井下原煤提升任務，另一側敷設檢修軌道，井筒側幫上布置有行人臺階、扶手，同時作為礦井一個進風井筒和安全出口[1]。

由于地面臨近的礦供應科庫房樓，需要進行保護。井筒表土段施工不可以進行大面積明槽開挖，分兩段進行，明槽開挖和暗槽開拓。井筒施工穿越地面中央變電所垂直位置時，需采取措施。根據3# 煤層巷道布置情況，井筒穿越3# 煤層時，相遇三條空巷，需采取專項施工方案及安全技術措施。

2 施工方案

2.1 井筒表土段施工

在井筒表土段施工時，需要參照井筒綜合柱狀圖，表土段厚度71m ,主要為黃土層和風化基巖層。施工深入穩定基巖5m，施工總斜長76m，坡度16°，垂深20.9m。根據實際情況，表土段施工不可以進行大面積明槽開挖，分兩段進行，明槽開挖和暗槽開拓，如圖1 所示。

明槽段平行位置23m～28m 段處于供應科庫房樓，明槽開挖后會對供應科庫房樓影響，地基松動，為確保工程質量及對供應科庫房樓的有效保護。明槽開挖前在供應科庫房樓前0.65m、距井筒中心7.35m 處平行布置護壁樁10 根，樁間距500mm，樁孔直徑300mm，護壁樁垂直施工深入井筒底板5m，然后制作加工φ16mm 鋼筋4 根均勻布置、φ6mm 箍筋穩固焊接后，放入樁孔內，進行混凝土澆筑，澆筑時采取措施確保混凝土澆筑密實，充填嚴實。凝固期滿后進行明槽開挖，保護樓體基礎穩固，防止邊坡滑坡[2-3]。明槽開挖長28m，斜長29m。明槽開挖底部寬6.5m，上口寬度由井口至28m 位置逐步遞增至13.7m，至28m位置施工垂直深度8.62m。為對建筑物樓梯進行保護，根據現場實際情況，邊坡左側開挖坡度60°，右側開挖坡度70°。明槽開挖逐層進行，每層開挖深度2.55m，開挖后及時對兩側邊坡及迎臉裸露面進行錨網噴臨時支護，保護邊坡防止滑坡。

圖1 明槽開挖和暗槽開拓示意圖

表土段暗槽施工28m 至76m 段，處于黃土層和基巖風化層，直接開挖容易造成局部垮落、冒頂等情況，暗槽開挖前首先沿井筒拱頂外壁施工φ50×4mm、長3m 的無縫鋼管，間距300mm 布置，作為超前支護，防止開挖后表土層垮落、塌方。循環進度2m，每個循環都必須施工超前支護。循環開挖后布置14# 槽鋼拱形支架支設2 架，沿拱頂槽鋼外圈鋪設鋼筋網片接頂，再進行鋼筋混凝土澆筑。主斜井井筒施工至78m～125m 段，經過地面中央變電所，循環進度由2m 變為1m，降低循環進度，采用小炮開拓，減小對地面建筑物及供電系統的影響，同時地面加強巡查。爆破施工前，通知地面并設置警戒，爆破后由專人負責對地面受影響范圍進行巡查。

2.2 空巷治理措施分析

根據3 號煤層回采巷道布置資料，主斜井井筒施工至235m 處與3# 煤層廢棄空巷揭露，相遇空巷3處，其中1 處空巷位于主斜井井筒底部，2 處空巷與主斜井井筒水平十字相交,如圖2 所示。

圖2 1# 空巷剖面圖

施工至 160m， 距井筒底部空巷垂直距離20m，160m～190m 段根據井筒開拓進度在井筒底板中心位置逐步對底部空巷進行布孔灌漿，布孔垂直于底板，孔距 10m，共布置鉆孔 4 個（編號為 1#、2#、3#、4#）。井筒開拓至200m～215m 位置，停止施工，將該段作為主施工鉆場，進行布孔，孔距5m，共布置鉆孔4個，放射布孔確保覆蓋下部空巷（5#182°、6#159°、7#136、8#113°）。所有鉆孔均施工深入空巷底板以下2m，施工鉆孔孔徑94mm、二次進行擴孔后孔徑133mm。

首先進行灌漿，160m～190m 的4 個鉆孔根據開拓進度逐一進行灌水泥砂漿。鉆場內200m～215m 段的4 個鉆孔集中灌漿，順序為4#- 3#- 2#- 1#。其次進行注漿，封口注漿管埋設采用規格φ42mm 無縫鋼管，長度3m，端頭對稱開孔（留設注漿口和安裝壓力表）， 孔口外漏長度 300mm～500mm。 注漿順序1#- 8#- 2#- 3#- 4#- 5#- 6#- 7#。1#、8# 孔注漿時采用低壓間歇注漿方式，避免過大的擴散而浪費漿液，2#- 7#孔注漿直接注單液漿，半小時不升壓，改注雙液漿，或在壓力達不到終壓的60%時改注雙液漿，注漿時應密切關注壓力表讀數和井筒底板情況，避免出現跑漿現象。

灌注漿配合比為水泥砂漿配合比1:3。單液漿配合比為水灰0.75:1～1:1。雙液漿配合比為水灰0.75:1～1:1，水泥水玻璃1:0.5。初始注漿壓力以靜水壓力的1.5 倍左右控制，即2.0MPa，注漿終壓力為靜水壓的2.5 倍，即3.2MPa。進行帶壓密集注漿，確保井筒下部空巷充填密實，保證井筒不受底部空巷影響。

2# 空巷位于井筒中下部，3# 空巷位于井筒中上部。井筒開拓距空巷20m 范圍，進行探空釋放空巷內瓦斯、二氧化碳及有毒有害氣體，20m 范圍內開拓要加強監督、檢查，直至揭露空巷。

穿越2# 空巷時，由于該空巷位于主斜井井筒底板以下，揭露空巷后施工工序：

1）對主斜井井筒幫壁進行加固臨時支護，接續主斜井井筒兩幫空巷口部施工錨索進行鎖口支護，防止垮落、塌方接續對兩幫空巷及底部進行巷道內雜物清理，并對空巷進行維護、加固，采用錨網支護，間排距800×800mm，加固長度兩幫各6m。接續在空巷底部鋪設φ159×6.5 的無縫鋼管三根，用于導流空巷內部老空積水；

2） 在兩幫空巷里面6m 位置施工底梁+ 磚混結構擋墻并接頂，底梁寬1m、高0.5m，配φ16×200、箍筋φ6×200 的鋼筋作為磚混擋墻基礎，對擋墻起到穩固作用；

3）對空巷采用片石充填至主斜井兩幫空巷口部1m 位置，同樣施工底梁+ 磚混結構擋墻，并預留注漿孔。第六對空巷進行密集注漿，進一步加固。

穿越3# 空巷時，采用同樣的施工方案，由于位于井筒中上部，需在井筒拱頂預埋導水管，將積水引流至井筒內外排。2#、3# 空巷完成上述工序后，在預留孔進行帶壓密集注漿，注漿配合比及注漿壓力同1#空巷。主斜井井筒穿越2#、3# 空巷時，該段處于煤巖交結段，拱頂及兩幫圍巖穩定性差，容易垮落，在井筒底板橫跨井筒各布置3 根水泥橫梁+ 配筋，布置方式同擋墻底梁，橫梁兩端與擋墻底梁連接澆筑，起到井筒底板穩固不下沉，井筒穿越該段采用25U 型剛棚+錨網支護+ 五花布置錨索。

3 結 論

根據主斜井井口明槽開挖初期，采取打設護壁樁，明槽分段施工，合理控制明槽開挖邊坡角度，有效保護井口周圍樓房建筑基礎的穩固，通過對井筒底空及水平十字相交空巷充填注漿，加固維護，有效防止井筒底板下沉、幫壁圍巖變形，有效起到隔絕廢舊空巷、堵漏、堵水作用。