淺談建筑物下掘進技術工作

摘要：神東煤礦大多數(shù)是在靠近居民區(qū)周邊開采礦井，地面建筑物、河流、道路較多，針對如何在建筑物下掘進開采，成為我國煤礦企業(yè)的研究方向。榆家梁煤礦連采二隊根據(jù)公司及礦掘進計劃對在工業(yè)廣場下掘進施工，針對多次經(jīng)驗所得在對榆家梁煤礦52煤輸料孔進行了研究并施工，探索出了一套成熟的掘進方案。

關鍵詞：建筑工程；掘進輸料孔；建筑物支護；掘進方案

中圖分類號：K826 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）28-0100-03

1 工程概況

地面位置：52煤輸料孔裝載通道掘進工作面位于榆家梁煤礦井田的中部，上部為42煤地面工業(yè)廣場，42煤材料庫、綜合辦公樓和職工公寓位于回風通道正上方垂直距離約80m處。

井下位置：52煤輸料孔裝載通道工程位于52301綜采設計工作面保護煤柱范圍內(nèi)。上方賦存的43煤為實體煤，42煤為露頭風化區(qū)域。東側為52301回順、52302回順，南側距52煤輔運大巷110m。

52煤輸料孔裝載通道工程由進風巷、回風通道及其之間聯(lián)巷、硐室等巷道組成。所有巷道均布置在52煤層中，巷道設計總長度為592.4m。其中進風巷長度為223.5m，回風通道長度為187.5m，及其之間聯(lián)巷長度為164.4m，調(diào)車硐室長度為17m。聯(lián)巷長度為27.4m，共6個，開口抹角不得大于3×3m。調(diào)車硐室長度為6m，共3個，開口施工2×2m雙抹角。

2 地質(zhì)構造

2.1 地表構造

52煤輸料孔裝載通道工程地表標高：1196～1322m，最大高差126m；松散層厚度0～84m；上覆基巖厚度76～132m，地層總的趨勢是以極緩的坡度向北西傾斜的單斜構造，傾角1°～2°，斷層不發(fā)育，后生裂隙發(fā)育。

2.2 水文地質(zhì)構造

地表溝壑發(fā)育，上覆松散層厚度變化較大，無采空積水。雨季大氣降水在低洼處形成少量積水，但對掘進工作面影響有限。掘進工作面涌水主要為圍巖裂隙水，該含水層富水性弱、補給水源少，對掘進工作面影響較小。預計正常涌水量15m3/h，最大涌水量20m3/h。

2.3 巷道圍巖特征

所掘巷道頂板以灰白色粉及中砂巖為主，局部為粉砂質(zhì)泥巖（厚度為0～1.3m），抗壓強度為319～484kg/cm2，屬較穩(wěn)定（Ⅱ）巖層；底板為粉砂巖，泥質(zhì)膠結，水平層理，質(zhì)較軟，抗壓強度412kg/cm2，絕大部分為穩(wěn)定性型，不底鼓。

表1 巷道圍巖特征表

頂、底板 巖石名稱 厚度m 巖性描述

老頂 粉及中砂巖 15.6～25.8 灰色及灰白色，泥質(zhì)膠結，水平層理

直接頂 泥巖 0～1.30 黑灰色，塊狀，致密，含炭屑

偽頂

直接底 粉砂巖 0.55～18.4 灰黑色，泥質(zhì)膠結，均一致密，質(zhì)較軟

2.4 煤層賦存特征

52煤層屬低變質(zhì)煙煤，黑色塊狀，條痕褐黑色，瀝青或油脂光澤，線理細條帶狀結構，硬度大，后生裂隙發(fā)育。煤層賦存穩(wěn)定，煤厚3.20～3.50m，平均3.40m，傾角1°～2°，容重1.31t/m3。

3 采用計算法校核支護參數(shù)

3.1 錨桿長度校驗

頂錨桿通過懸吊作用，達到支護效果的條件，應

滿足：

L≥L1+L2+L3

式中：

L——錨桿總長，2.1m；

L1——錨桿外露長度（頂錨桿取0.05m，從頂板算起）；

L2——錨桿有效長度（頂錨桿取免壓拱高b），m；

L3——錨桿錨固長度（頂錨桿取0.3），m。

普氏免壓拱高：

當f≥3時，L2=b=B/2f

當f≤2時，L2=b1=1/f×〔B/2+Htan（45°-w/2）〕

3.2 進風巷支護參數(shù)計算

B、H——巷道掘進寬度和高度，B=5.6m，H=3.5m；

f頂——頂板巖石普氏系數(shù)，f頂取3或4；

w——兩幫圍巖的內(nèi)摩擦角，w取86.32°（查表得）；

當f≥3時，L2=b=B/2f

故：f取3時：L2=b=B/2f=5.6/（2×3）=0.93m；

Lf=3=L1+L2f=3+L3=0.05+0.93+0.3=1.25m；

f取4時：L2=b=B/2f=5.6/（2×4）=0.7m；

Lf=4=L1+L2f=4+L3=0.05+0.7+0.3=1.05m；

根據(jù)上述計算得出：

L>Lf=3；

L>Lf=4；

3.3 回風通道支護參數(shù)計算

B、H——巷道掘進寬度和高度，B=5.0m，H=3.5m；

f頂——頂板巖石普氏系數(shù)，f頂取3或4；

w——兩幫圍巖的內(nèi)摩擦角，w取86.32°（查表得）。

當f≥3時，L2=b=B/2f

故：f取3時：L2=b=B/2f=5.0/（2×3）=0.83m；

Lf=3=L1+L2f=3+L3=0.05+0.83+0.3=1.18m；

f取4時：L2=b=B/2f=5.0/（2×4）=0.625m

Lf=4=L1+L2f=4+L3=0.05+0.625+0.3=0.975m；

根據(jù)上述計算得出：

L>Lf=3；

L>Lf=4；

3.4 錨桿間排距校驗

錨桿間排距a=

式中：endprint

a——錨桿間距；

Q——錨桿懸吊巖體重量（錨桿承載力勤），取49kg；

r——巖體容重，取2.4kN/m3

k——安全系數(shù)，取1.8；

實際應用2.1m錨桿時，L2=L-L1-L3=1.45m；計算得a2.82m。

故錨桿排距取1m符合要求。

3.5 按懸吊理論校核錨索間距

為防止巷道頂板巖層發(fā)生大面積整體垮落，用Φ17.8×6500mm的錨索，將錨索加固的“組合梁”整體懸吊于堅硬巖層中，校核錨索間距。冒落方式按最嚴重的冒落高度大于錨桿長度的整體冒落高度考慮。在忽略巖體粘結力和內(nèi)摩擦力的條件下，取垂直方向力的平衡，可由下式計算：

L=nF2/[BHγ-（2F1sinθ）/L1]

式中：

L—錨索間距，m；

B—巷道最大冒落寬度，9.8m；

H—巷道冒落高度，按最嚴重冒落高度取2.0m；

γ—巖體容重，2.4KN/m3；

L1—錨索排距，3.0m；

F1—錨桿錨固力，50KN；

F2—錨索極限承載力，取27T；

θ—錨桿與巷道頂板的夾角，90°；

n—錨索排數(shù)，取4。

則：L=3.24m>3.0m

故所選錨索間距3.0m滿足設計要求。

應當指出，錨桿參數(shù)應結合巷道具體地質(zhì)條件及用途決定。由于頂板局部有軟弱結合面或滑移面，頂板整體性差。如遇賦水區(qū)域且基巖厚度較薄時頂板淋水較大，掘進揭露頂板后易泥化、風化而產(chǎn)生頂板離層。因此必須重視加強支護管理，除打設錨索外還要在頂幫掛網(wǎng)后進行噴漿作業(yè)，厚度為100mm。

4 巷道支護要求

錨桿外露長度從托盤算起不大于50mm，錨桿錨固力應大于50kN，頂錨桿扭矩不小于100Nm，幫錨桿扭矩不小于80Nm。錨索外露長度不大于200mm。錨索錨固力大于15T，錨索極限拉斷力為24.7T，延伸率為3%，預緊力為100kN，錨固段長度為1500mm。錨桿、錨索安裝與頂板角度不小于75°（錨桿、錨索與頂板角度β：75°≤β≤105°）。發(fā)現(xiàn)錨桿及錨索失效或報廢，必須及時補打。

錨桿必須從外向里逐排支護，嚴禁隔排空頂作業(yè)或從空頂內(nèi)向外作業(yè)；聯(lián)巷抹角處補打錨桿必須合理布置，不得有面積大于1m×1m的空頂區(qū)域。

由于巷道開口被連采機割到而造成失效的錨桿和網(wǎng)片必須重新安裝。

錨桿支護嚴格按作業(yè)規(guī)程要求施工。必須保證所打錨桿橫成排、豎成線；已施工的錨桿扭矩必須達到100N·m以上，抗拔力必須達到50kN以上。

因該工作面掘進的巷道沿頂板掘進，正常情況下掘進最大空頂距確定為12m，循環(huán)進度10.5m；遇到頂板破碎、淋水、有裂隙等地質(zhì)條件變化地段，采取短掘短支，最大空頂距離不得大于7m，掘進巷道最小空頂距1.5m。

錨索支護正常情況下跟在破碎機后面，輔助運輸巷要支護到工作面行車調(diào)機聯(lián)巷的后10m處，主運輸巷道支護到破碎機后10m；錨索支護產(chǎn)生的水、雜物及時清理干凈。

特殊情況做以下規(guī)定：（1）如遇頂板破碎、淋水大等情況時，錨索支護必須需跟到工作面支護；（2）對于裂隙發(fā)育地段應加掛“W”型剛帶進行加強支護；（3）錨索錨固力達不到要求、頂板下沉明顯地段要及時匯報生產(chǎn)科，以確定是否采取架棚進行加強支護；（4）頂板下沉明顯地段要及時匯報生產(chǎn)科，以確定是否架棚加強支護。

錨索支護必須在破碎機前移后一個圓班支護完成，否則不得進行掘進。

嚴格執(zhí)行《連采后備套施工管理補充規(guī)定》。

當工作面遇見斷層、沖刷帶，或者裂隙發(fā)育、頂板破碎、煤層變薄、薄基巖、頂板淋水大等地質(zhì)條件變化時，必須采取加強支護措施。

外委工隊掛幫網(wǎng)在連采隊移完破碎機后一個原班，必須將幫網(wǎng)跟至交接班平臺及破碎機后，如遇片幫處，裂隙發(fā)育弱面構造處當班必須掛網(wǎng)，否則不得生產(chǎn)。

5 結語

2012年7月下旬我隊按照設計圓滿完成52煤輸料孔裝載通道專項工程，掘進期間無頂板破碎及冒頂現(xiàn)象發(fā)生，經(jīng)現(xiàn)場實際觀測頂板下沉量為零，對地面建筑物無影響。通過這次施工，為我礦在安全生產(chǎn)前提下“建筑物下、水體下、鐵路下”掘進積累了寶貴的實踐經(jīng)驗。

作者簡介：朱拴剛（1979-），男，陜西楊凌人，中國神華神東煤炭集團榆家梁煤礦企業(yè)管理部工程師，經(jīng)濟師，研究方向：煤炭生產(chǎn)精益化管理和推行。endprint

a——錨桿間距；

Q——錨桿懸吊巖體重量（錨桿承載力勤），取49kg；

r——巖體容重，取2.4kN/m3

k——安全系數(shù)，取1.8；

實際應用2.1m錨桿時，L2=L-L1-L3=1.45m；計算得a2.82m。

故錨桿排距取1m符合要求。

3.5 按懸吊理論校核錨索間距

為防止巷道頂板巖層發(fā)生大面積整體垮落，用Φ17.8×6500mm的錨索，將錨索加固的“組合梁”整體懸吊于堅硬巖層中，校核錨索間距。冒落方式按最嚴重的冒落高度大于錨桿長度的整體冒落高度考慮。在忽略巖體粘結力和內(nèi)摩擦力的條件下，取垂直方向力的平衡，可由下式計算：

L=nF2/[BHγ-（2F1sinθ）/L1]

式中：

L—錨索間距，m；

B—巷道最大冒落寬度，9.8m；

H—巷道冒落高度，按最嚴重冒落高度取2.0m；

γ—巖體容重，2.4KN/m3；

L1—錨索排距，3.0m；

F1—錨桿錨固力，50KN；

F2—錨索極限承載力，取27T；

θ—錨桿與巷道頂板的夾角，90°；

n—錨索排數(shù)，取4。

則：L=3.24m>3.0m

故所選錨索間距3.0m滿足設計要求。

應當指出，錨桿參數(shù)應結合巷道具體地質(zhì)條件及用途決定。由于頂板局部有軟弱結合面或滑移面，頂板整體性差。如遇賦水區(qū)域且基巖厚度較薄時頂板淋水較大，掘進揭露頂板后易泥化、風化而產(chǎn)生頂板離層。因此必須重視加強支護管理，除打設錨索外還要在頂幫掛網(wǎng)后進行噴漿作業(yè)，厚度為100mm。

4 巷道支護要求

錨桿外露長度從托盤算起不大于50mm，錨桿錨固力應大于50kN，頂錨桿扭矩不小于100Nm，幫錨桿扭矩不小于80Nm。錨索外露長度不大于200mm。錨索錨固力大于15T，錨索極限拉斷力為24.7T，延伸率為3%，預緊力為100kN，錨固段長度為1500mm。錨桿、錨索安裝與頂板角度不小于75°（錨桿、錨索與頂板角度β：75°≤β≤105°）。發(fā)現(xiàn)錨桿及錨索失效或報廢，必須及時補打。

錨桿必須從外向里逐排支護，嚴禁隔排空頂作業(yè)或從空頂內(nèi)向外作業(yè)；聯(lián)巷抹角處補打錨桿必須合理布置，不得有面積大于1m×1m的空頂區(qū)域。

由于巷道開口被連采機割到而造成失效的錨桿和網(wǎng)片必須重新安裝。

錨桿支護嚴格按作業(yè)規(guī)程要求施工。必須保證所打錨桿橫成排、豎成線；已施工的錨桿扭矩必須達到100N·m以上，抗拔力必須達到50kN以上。

因該工作面掘進的巷道沿頂板掘進，正常情況下掘進最大空頂距確定為12m，循環(huán)進度10.5m；遇到頂板破碎、淋水、有裂隙等地質(zhì)條件變化地段，采取短掘短支，最大空頂距離不得大于7m，掘進巷道最小空頂距1.5m。

錨索支護正常情況下跟在破碎機后面，輔助運輸巷要支護到工作面行車調(diào)機聯(lián)巷的后10m處，主運輸巷道支護到破碎機后10m；錨索支護產(chǎn)生的水、雜物及時清理干凈。

特殊情況做以下規(guī)定：（1）如遇頂板破碎、淋水大等情況時，錨索支護必須需跟到工作面支護；（2）對于裂隙發(fā)育地段應加掛“W”型剛帶進行加強支護；（3）錨索錨固力達不到要求、頂板下沉明顯地段要及時匯報生產(chǎn)科，以確定是否采取架棚進行加強支護；（4）頂板下沉明顯地段要及時匯報生產(chǎn)科，以確定是否架棚加強支護。

錨索支護必須在破碎機前移后一個圓班支護完成，否則不得進行掘進。

嚴格執(zhí)行《連采后備套施工管理補充規(guī)定》。

當工作面遇見斷層、沖刷帶，或者裂隙發(fā)育、頂板破碎、煤層變薄、薄基巖、頂板淋水大等地質(zhì)條件變化時，必須采取加強支護措施。

外委工隊掛幫網(wǎng)在連采隊移完破碎機后一個原班，必須將幫網(wǎng)跟至交接班平臺及破碎機后，如遇片幫處，裂隙發(fā)育弱面構造處當班必須掛網(wǎng)，否則不得生產(chǎn)。

5 結語

2012年7月下旬我隊按照設計圓滿完成52煤輸料孔裝載通道專項工程，掘進期間無頂板破碎及冒頂現(xiàn)象發(fā)生，經(jīng)現(xiàn)場實際觀測頂板下沉量為零，對地面建筑物無影響。通過這次施工，為我礦在安全生產(chǎn)前提下“建筑物下、水體下、鐵路下”掘進積累了寶貴的實踐經(jīng)驗。

作者簡介：朱拴剛（1979-），男，陜西楊凌人，中國神華神東煤炭集團榆家梁煤礦企業(yè)管理部工程師，經(jīng)濟師，研究方向：煤炭生產(chǎn)精益化管理和推行。endprint

a——錨桿間距；

Q——錨桿懸吊巖體重量（錨桿承載力勤），取49kg；

r——巖體容重，取2.4kN/m3

k——安全系數(shù)，取1.8；

實際應用2.1m錨桿時，L2=L-L1-L3=1.45m；計算得a2.82m。

故錨桿排距取1m符合要求。

3.5 按懸吊理論校核錨索間距

為防止巷道頂板巖層發(fā)生大面積整體垮落，用Φ17.8×6500mm的錨索，將錨索加固的“組合梁”整體懸吊于堅硬巖層中，校核錨索間距。冒落方式按最嚴重的冒落高度大于錨桿長度的整體冒落高度考慮。在忽略巖體粘結力和內(nèi)摩擦力的條件下，取垂直方向力的平衡，可由下式計算：

L=nF2/[BHγ-（2F1sinθ）/L1]

式中：

L—錨索間距，m；

B—巷道最大冒落寬度，9.8m；

H—巷道冒落高度，按最嚴重冒落高度取2.0m；

γ—巖體容重，2.4KN/m3；

L1—錨索排距，3.0m；

F1—錨桿錨固力，50KN；

F2—錨索極限承載力，取27T；

θ—錨桿與巷道頂板的夾角，90°；

n—錨索排數(shù)，取4。

則：L=3.24m>3.0m

故所選錨索間距3.0m滿足設計要求。

應當指出，錨桿參數(shù)應結合巷道具體地質(zhì)條件及用途決定。由于頂板局部有軟弱結合面或滑移面，頂板整體性差。如遇賦水區(qū)域且基巖厚度較薄時頂板淋水較大，掘進揭露頂板后易泥化、風化而產(chǎn)生頂板離層。因此必須重視加強支護管理，除打設錨索外還要在頂幫掛網(wǎng)后進行噴漿作業(yè)，厚度為100mm。

4 巷道支護要求

錨桿外露長度從托盤算起不大于50mm，錨桿錨固力應大于50kN，頂錨桿扭矩不小于100Nm，幫錨桿扭矩不小于80Nm。錨索外露長度不大于200mm。錨索錨固力大于15T，錨索極限拉斷力為24.7T，延伸率為3%，預緊力為100kN，錨固段長度為1500mm。錨桿、錨索安裝與頂板角度不小于75°（錨桿、錨索與頂板角度β：75°≤β≤105°）。發(fā)現(xiàn)錨桿及錨索失效或報廢，必須及時補打。

錨桿必須從外向里逐排支護，嚴禁隔排空頂作業(yè)或從空頂內(nèi)向外作業(yè)；聯(lián)巷抹角處補打錨桿必須合理布置，不得有面積大于1m×1m的空頂區(qū)域。

由于巷道開口被連采機割到而造成失效的錨桿和網(wǎng)片必須重新安裝。

錨桿支護嚴格按作業(yè)規(guī)程要求施工。必須保證所打錨桿橫成排、豎成線；已施工的錨桿扭矩必須達到100N·m以上，抗拔力必須達到50kN以上。

因該工作面掘進的巷道沿頂板掘進，正常情況下掘進最大空頂距確定為12m，循環(huán)進度10.5m；遇到頂板破碎、淋水、有裂隙等地質(zhì)條件變化地段，采取短掘短支，最大空頂距離不得大于7m，掘進巷道最小空頂距1.5m。

錨索支護正常情況下跟在破碎機后面，輔助運輸巷要支護到工作面行車調(diào)機聯(lián)巷的后10m處，主運輸巷道支護到破碎機后10m；錨索支護產(chǎn)生的水、雜物及時清理干凈。

特殊情況做以下規(guī)定：（1）如遇頂板破碎、淋水大等情況時，錨索支護必須需跟到工作面支護；（2）對于裂隙發(fā)育地段應加掛“W”型剛帶進行加強支護；（3）錨索錨固力達不到要求、頂板下沉明顯地段要及時匯報生產(chǎn)科，以確定是否采取架棚進行加強支護；（4）頂板下沉明顯地段要及時匯報生產(chǎn)科，以確定是否架棚加強支護。

錨索支護必須在破碎機前移后一個圓班支護完成，否則不得進行掘進。

嚴格執(zhí)行《連采后備套施工管理補充規(guī)定》。

當工作面遇見斷層、沖刷帶，或者裂隙發(fā)育、頂板破碎、煤層變薄、薄基巖、頂板淋水大等地質(zhì)條件變化時，必須采取加強支護措施。

外委工隊掛幫網(wǎng)在連采隊移完破碎機后一個原班，必須將幫網(wǎng)跟至交接班平臺及破碎機后，如遇片幫處，裂隙發(fā)育弱面構造處當班必須掛網(wǎng)，否則不得生產(chǎn)。

5 結語

2012年7月下旬我隊按照設計圓滿完成52煤輸料孔裝載通道專項工程，掘進期間無頂板破碎及冒頂現(xiàn)象發(fā)生，經(jīng)現(xiàn)場實際觀測頂板下沉量為零，對地面建筑物無影響。通過這次施工，為我礦在安全生產(chǎn)前提下“建筑物下、水體下、鐵路下”掘進積累了寶貴的實踐經(jīng)驗。

作者簡介：朱拴剛（1979-），男，陜西楊凌人，中國神華神東煤炭集團榆家梁煤礦企業(yè)管理部工程師，經(jīng)濟師，研究方向：煤炭生產(chǎn)精益化管理和推行。endprint