山西蘭花沁裕煤礦大斷面巷道下部開(kāi)拓井筒支護(hù)方案淺析

張晉林

摘要：沁裕煤礦新掘回風(fēng)平硐位于原副井筒正下方開(kāi)拓，為防止上部井筒受下部巷道開(kāi)挖擾動(dòng)影響而垮塌，選擇合理的支護(hù)參數(shù)對(duì)其原副井筒進(jìn)行錨桿配合錨索進(jìn)行加固，并對(duì)位于風(fēng)化巖段的新掘回風(fēng)平硐采取可伸縮性U型鋼進(jìn)行支護(hù)。

關(guān)鍵詞：大斷面巷道；下部開(kāi)拓；開(kāi)筒支護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD352 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）17-0103-02

1 井田概況

山西蘭花沁裕煤礦有限公司井田位于沁水縣城西南直線距離約19km處的杏則村北側(cè)，行政區(qū)隸屬沁水縣土沃鄉(xiāng)管轄，井田地理坐標(biāo)為北緯35°33′32″～35°34′47″，東經(jīng)112°02′12″～112°06′50″。

井田面積為11.1214km2，呈不規(guī)則多邊形，東西最長(zhǎng)約7.0km，南北最寬2.5km，開(kāi)采標(biāo)高+989.97至+749.97m。

根據(jù)礦井井筒實(shí)際揭露及施工鉆孔資料，井田內(nèi)賦存地層由老到新依次有：奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f）；石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）；石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）；二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）；二疊系下統(tǒng)下石盒子組（P1x）；二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2s）；第四系中更新統(tǒng)（Q2）；全新統(tǒng)（Q4）。

圖1 新掘回風(fēng)井筒平硐與原副井筒相對(duì)位置示意圖

石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組為本區(qū)主要含煤地層。其中石炭系上統(tǒng)太原組地層厚度50.45～112.5m，平均76.09m。15號(hào)煤層為區(qū)內(nèi)穩(wěn)定可采煤層，煤層厚0.93～5.80m，平均厚2.24m，可采煤層含煤系數(shù)2.94%。二疊系下統(tǒng)山西組平行整合于太原組地層之上，為區(qū)內(nèi)主要含煤地層之一。主要可采2號(hào)煤層發(fā)育于其中部。本組地層厚度41.7～66.65m，平均54.35m，可采2號(hào)煤層厚0～2.40m，平均厚1.40m，含煤系數(shù)2.58%。

2 工程概況

沁裕煤礦回風(fēng)井筒利用原副井筒進(jìn)行改造，原副井筒為半圓拱形，直墻高1.8m，巷道寬度為4.6m，坡度22°，口處30m為鋼筋混凝土支護(hù)，其余部分為錨噴支護(hù)，現(xiàn)設(shè)計(jì)回風(fēng)井筒口處為平硐開(kāi)拓，在原副井筒正下方開(kāi)口，留6m厚的巖層，掘至28m時(shí)和在原副井筒相交，為了防止原副井筒頂板因下部井筒開(kāi)挖擾動(dòng)而發(fā)生塌落，確保井筒的長(zhǎng)期安全與穩(wěn)定，我礦采用以下支護(hù)方案，取得了良好的效果。沁裕煤礦新掘回風(fēng)井筒平硐與原副井筒相對(duì)位置示意圖，如圖1所示。

3 支護(hù)方案

3.1 原副井筒加固支護(hù)

原副井筒支護(hù)分為兩段：第一段井口至變坡點(diǎn)（新掘平硐和原副井筒掘透后底對(duì)頂處）以上8m處，第二段變坡點(diǎn)上下8m段。

第一段支護(hù)方案：

在其頂板采用錨索加強(qiáng)支護(hù)，設(shè)計(jì)錨索采用高強(qiáng)度、低松弛、大延伸率結(jié)構(gòu)的鋼絞線，規(guī)格為Φ17.8×6500mm，間排距為1.6m×1.6m，每個(gè)斷面布置兩根錨索位于頂板兩側(cè)，間距為1600mm。每根錨索采用K2335型錨固劑一支和Z2360型錨固劑兩支進(jìn)行錨固，安裝預(yù)緊力不低于100kN，不高于120kN。錨索托盤(pán)為300mm×300mm×16mm的方形鋼板，其中心孔徑為19mm。

第二段支護(hù)方案：

由于變坡點(diǎn)處井筒斷面變大，為了維護(hù)圍巖的穩(wěn)定，對(duì)變坡點(diǎn)上下各8m范圍內(nèi)的井筒采用錨桿+錨索共同支護(hù)，選取錨桿規(guī)格為直徑20mm，長(zhǎng)度2200mm的BHRB335型左旋無(wú)縱筋螺紋鋼，間排距為0.8m×0.8m，錨桿預(yù)緊力不小于100NM，錨固力不小于100kN。錨索規(guī)格為Φ17.8mm×6500mm，間排距為1.6m×1.6m，安裝預(yù)緊力不低于100kN，不高于120kN。其中錨桿、錨索間隔布置，即一排錨桿緊鄰一排錨索。

3.2 新掘平硐支護(hù)

根據(jù)設(shè)計(jì)確定，井筒凈斷面：寬4.6m，高4.1m，拱高2.3m，墻高1.8m。新掘平硐采用U型鋼+金屬網(wǎng)+噴砼的支護(hù)方式。

每架支架采用3段29U型鋼組成，分別長(zhǎng)5.16m、5.16m、3.63m，相鄰U型鋼間的搭接長(zhǎng)度為450mm。

為確保支護(hù)施工的安全，在U型鋼架設(shè)過(guò)程中需要進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。可采用“吊環(huán)+鋼管+U型鋼+金屬網(wǎng)”來(lái)實(shí)現(xiàn)。分別在緊鄰迎頭的兩架U型鋼的拱頂中央及兩肩安設(shè)吊環(huán)，每掘進(jìn)一個(gè)循環(huán)（進(jìn)尺1.6m），將三根直徑80mm、長(zhǎng)3.5m的鋼管分別穿過(guò)前后兩架U型鋼上安設(shè)的吊環(huán)并伸至迎頭作為臨時(shí)支護(hù)的前探梁，在前探梁上放置兩架U型鋼的拱頂段，在U型鋼與圍巖之間鋪設(shè)拱部金屬網(wǎng)（網(wǎng)孔邊長(zhǎng)為100mm的金屬網(wǎng)）。

每完成一個(gè)掘進(jìn)循環(huán)，及時(shí)架設(shè)臨時(shí)支護(hù)，在臨時(shí)支護(hù)的保護(hù)下挖U型鋼腿窩，支設(shè)U型鋼棚腿，用U型鋼卡子將作為臨時(shí)支護(hù)的拱頂段與棚腿連接起來(lái)，在兩幫的U型鋼與圍巖之間鋪設(shè)金屬網(wǎng)并與作為臨時(shí)支護(hù)的拱頂金屬網(wǎng)連接牢靠（搭接不小于200mm并用鐵絲雙排擰緊），相鄰兩架U型鋼之間用拉桿連接以防倒架事故發(fā)生，最后噴射混凝土覆蓋U型鋼。

如遇頂板松軟、容易發(fā)生塌落的部位，為了防止冒頂事故的發(fā)生，確保施工安全，需采用超前支護(hù)。鑒于井口至變坡點(diǎn)段距離較短，且超前錨桿具有操作簡(jiǎn)單、施工方便、成本低、作用效果快等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用超前錨桿進(jìn)行超前支護(hù)，錨桿規(guī)格采用BHRB335型左旋無(wú)縱筋螺紋鋼，各斷面布置7根錨桿，錨桿直徑20mm，間排距為0.8m×0.8m，錨桿與頂板的夾角為30°。

4 實(shí)際施工效果

沁裕煤礦依照以上支護(hù)方案先對(duì)原副井筒進(jìn)行了加固支護(hù)，并組織質(zhì)量檢測(cè)小組對(duì)所安裝錨桿、錨索進(jìn)行了認(rèn)真檢測(cè)，確保支護(hù)質(zhì)量。然后按照設(shè)計(jì)進(jìn)行風(fēng)井平硐開(kāi)拓，并按照以上支護(hù)方案進(jìn)行支護(hù)，施工過(guò)程中平硐上方原副井筒未發(fā)生任何異動(dòng)，直至倆巷道順利貫通，確保了該項(xiàng)工程的安全順利進(jìn)行。

實(shí)踐證明：

（1）在大斷面巷道下方進(jìn)行巷道開(kāi)拓，利用錨桿配合錨索對(duì)上部巷道進(jìn)行加固，只要支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)合適，就能有效防止其由于受下部巷道開(kāi)挖擾動(dòng)而垮塌。

（2）在風(fēng)化巖段開(kāi)挖巷道，利用可伸縮性U型鋼支架有效地對(duì)巷道進(jìn)行了支護(hù)，確保了施工的安全順利進(jìn)行。