粗糠田煤礦井筒表土段可伸縮剛性支架支護實踐

王振東 胡勝利

（貴州國源礦業(yè)開發(fā)有限公司，貴州 貴陽 550000）

粗糠田煤礦屬于兼并重組礦井，原有風井不能滿足通風要求，需新建回風斜井。為了解決回風斜井施工進度慢的問題，通過優(yōu)化井筒支護設計，提升掘進效率，達到快速釋放產(chǎn)能的愿景。

1 概況

粗糠田煤礦處于建設階段，布置有主斜井、副斜井、行人斜井、回風斜井，回風斜井為技改新建井筒[1]。井筒需揭露第四系、三疊系永寧鎮(zhèn)組、三疊系飛仙關組、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，其中第四系松散物巖組以灰黃色黏土、塊石土、碎石土等堆積物為主，平均10 m 左右，巖石普遍結構疏松，膠結程度低，力學強度亦低，且差異性大，巖體穩(wěn)定性差。井筒地層情況見表1。

區(qū)域內(nèi)含煤地層龍?zhí)督M含可采煤層3 層（1、3、5 號），煤層直接頂板多以粉砂質泥巖、泥巖為主；底板多以泥質粉砂巖、粉砂巖等組成，煤層結構簡單[1]。隨著礦井一期工程進行，主斜井等井筒已從5#煤層底板掘進至1#煤層頂板，巷道揭露的圍巖裂隙不發(fā)育，穩(wěn)定性較好，總體呈層狀。巖石等級劃分見表2。

表2 井筒砌碹段巖石組巖石質量等級表

回風斜井井筒在1#煤層開口，以-23°傾角沿1#煤層頂板掘進，距離煤層頂法向距最大25.4 m，井筒全長717 m，皆位于1#煤層頂板，其圍巖體以粉砂質泥巖、泥巖為主，巖層多含束羊齒、櫛羊齒等動植物化石。

2 井筒支護方式選擇

2.1 傳統(tǒng)砌碹支護方式

2.1.1 鋼筋混凝土設計支護方式

回風斜井井筒開口處為碎石土、黃色黏土，節(jié)理發(fā)育、不穩(wěn)定，井筒圍巖穩(wěn)定性較差，表土及碎石呈脆性，受降水及放炮松動易垮落。前期已通過向井筒邊坡裂隙內(nèi)注入高分子注漿材料，現(xiàn)井筒第四系風化裂隙及表土破碎危巖已得到良好控制。

回風斜井井筒原設計采用鋼筋混凝土支護，設計凈寬5.0 m，凈高4.3 m，凈斷面18.81 m2，如圖1。

圖1 回風斜井設計斷面圖（mm）

2.1.2 配筋支護設計

采用直徑為20 mm 的縱向鋼筋和橫向鋼筋，鋼筋間距均為200 mm。橫向鋼筋采用內(nèi)筋和外筋兩種形式配合，通過直徑8 mm 的聯(lián)系筋連接。每個鋼筋骨架采用21 根鋼筋連接，鋼筋骨架排距為1 m，鋼筋骨架間采用84 根橫向鋼筋連接。澆筑混凝土強度不低于C30，鋼筋保護層不低于50 mm。如圖2。

圖2 配筋斷面圖

2.2 U 型棚+噴射混凝土聯(lián)合支護方式

臨時支護采用超前管棚支護，管棚采用Φ32 mm、壁厚3.5 mm、長度3000 mm 鋼管制作，環(huán)向間距200 mm。

永久支護采用U 型棚+鋼筋混凝土砌碹支護，U 型棚棚距為800 mm。

U 型棚采用U29 型鋼制作，其內(nèi)凈寬為5.6 m，中高4.6 m。施工斷面如圖3。

圖3 U 型棚+噴射混凝土聯(lián)合支護斷面圖（mm）

2.3 支護方式比較

綜上介紹，回風斜井表土段圍巖破碎，適合采用U 型棚+噴射混凝土聯(lián)合支護方式。該支護方式具有一定的可縮性，既能在一定程度上抑制巷道圍巖變形，又能適應圍巖變形，達到讓壓的目的[2]。圍巖穩(wěn)定及局部易脫層巷道適合采用錨噴支護，圍巖較破碎且來壓明顯巷道適合采用砌碹支護。在綜合考慮施工工序、施工時間、勞動強度、支護方式的適用范圍及礦井地質構造條件的基礎上[3]，經(jīng)對比，U 型棚+噴射混凝土聯(lián)合支護作為回風斜井表土段的首選支護方式，提高經(jīng)濟效益，確保安全生產(chǎn)[4]。

比較指標見表3。

表3 粗糠田煤礦回風斜井表土段支護方式比較

3 U 型棚+噴射混凝土聯(lián)合支護施工工藝

3.1 材料準備

1）U 型棚。采用29U 型鋼加工，梁腿搭接長為500 mm，搭接處使用三副卡纜，拉桿長900 mm，拉桿螺紋M16，倒角為1.5 mm。

2）混凝土噴漿。噴射混凝土采用425 普通硅酸鹽水泥及細砂石，加水泥質量的3%～5%速凝劑，噴射混凝土的強度不低于C30，底板鋪設強度不低于C15。

3）配料。水泥:砂=1:2.5（質量比），水灰比0.5。隨拌料隨噴，拌好的潮料不得放置2 h 以上[3]。

3.2 施工工藝

井口開口先沿巷道中心線方向布置1 圈鎖口管棚，環(huán)向間距200 mm。超前管棚支護完成后，再根據(jù)巷道設計斷面和圍巖特性等條件全斷面掘進，采用一次成巷鉆爆法施工。

施工順序為：工作面安全條件檢查→超前臨時支護→施工炮眼→裝藥→安全檢查→放炮→敲幫問頂→臨時支護→架棚→出貨→進入下一循環(huán)。

4 結論

1）從礦井實際施工進度及支護效果發(fā)現(xiàn)，U 型棚+噴射混凝土聯(lián)合支護雖然在支護成本上偏高于傳統(tǒng)砌碹支護，但其支護效果好、施工工藝簡單、勞動強度小等優(yōu)點有利于表土段巷道的快速安全掘進。

2）U 型棚+噴射混凝土聯(lián)合支護可在施工程序上拆分成兩步同時作業(yè)，有效提高了井筒掘進效率。

3）U 型棚+噴射混凝土聯(lián)合支護適用范圍廣，成巷后美觀，服務期長，可作為礦井井筒表土段施工、巷道過斷層、石門揭煤等特殊地段的永久支護方式。