納林河二號(hào)煤礦大跨距馬頭門(mén)支護(hù)設(shè)計(jì)與施工

李樹(shù)仁，宋立平

(1.納林河二號(hào)煤礦業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017307；2.中煤西安能源研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

隨著無(wú)軌膠輪車在礦井輔助運(yùn)輸中的普及應(yīng)用，大型礦井馬頭門(mén)的斷面越來(lái)越大[1-2]。隨著硐室跨距的加大，巷幫高度的增加，硐室圍巖支護(hù)難度也在增加[3-5]，以納林河二號(hào)井為例，馬頭門(mén)的凈斷面寬度為8.0 m，掘進(jìn)斷面寬度達(dá)9.4 m。因此開(kāi)展大跨距馬頭門(mén)硐室支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)，對(duì)確保硐室施工質(zhì)量與安全是非常必要的。

1 工程概況

納林河二號(hào)礦井副立井井筒設(shè)計(jì)凈直徑10.5 m，井筒永久鎖口絕對(duì)標(biāo)高+1 132.20 m，全井深582.2 m。副立井井筒與井底車場(chǎng)連接處(即馬頭門(mén))底板絕對(duì)標(biāo)高+580.00 m(即井深552.2 m)，馬頭門(mén)呈偏南北方向雙面開(kāi)口，進(jìn)車側(cè)(南)方位角ɑ1=47°，出車側(cè)(北)ɑ2=227°。南北側(cè)馬頭門(mén)長(zhǎng)各28.25 m(從井筒中心計(jì))，共計(jì)56.5 m。一次支護(hù)均采用錨網(wǎng)索噴，噴漿厚度為100 mm，二次支護(hù)為雙層鋼筋混凝土支護(hù)，混凝土強(qiáng)度為C60，混凝土支護(hù)厚度為600 mm。

2 支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 支護(hù)分析

通過(guò)分析大跨度馬頭門(mén)工程地質(zhì)條件及硐室的特點(diǎn)，總結(jié)影響大跨度穩(wěn)定性的主導(dǎo)因素。

粉砂巖頂板：馬頭門(mén)直接頂板為厚度2.35 m的粉砂巖，頂板自身穩(wěn)定性較差，不利于形成穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu)，無(wú)穩(wěn)定的單體錨索的錨固點(diǎn)。

大跨距高幫特性：硐室采用拱形斷面，凈寬8.0 m，凈高6.0，凈面積41.1 m2，掘進(jìn)寬度9.4 m，掘進(jìn)高度7.0 m，掘進(jìn)斷面積56.3 m2。隨著硐室跨距加大、高度的增加，增加了巷道圍巖的擾動(dòng)深度，降低了圍巖本身的強(qiáng)度和自穩(wěn)能力。硐室跨度大，易形成頂板中部拉應(yīng)力集中，增加頂板彎曲下沉量和加大頂板離層破壞，成倍增加頂板垂直載荷，成倍增加的載荷又向兩幫轉(zhuǎn)移，使煤幫所承受的支承載荷成倍增長(zhǎng)，加大煤幫破壞和片幫[1]。

2.2 支護(hù)形式設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)副立井馬頭門(mén)采用聯(lián)合支護(hù)方式。先采用錨網(wǎng)索噴進(jìn)行一次支護(hù)，再采用鋼筋混凝土砌碹進(jìn)行二次支護(hù)。一次支護(hù)采用“一炮一錨，兩炮一噴”的方式進(jìn)行支護(hù)，厚度為100 mm，噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，二次支護(hù)為鋼筋混凝土，鋼筋混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60。硐室斷面圖支護(hù)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 硐室斷面圖支護(hù)設(shè)計(jì)

2.3 錨網(wǎng)索噴支護(hù)

副立井馬頭門(mén)一次支護(hù)采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)形式。錨桿桿體材料采用二級(jí)螺紋鋼筋，直徑為20 mm，錨桿外露長(zhǎng)度為50 mm。樹(shù)脂錨固劑選用MSZ28/25型，每根錨桿使用3卷。錨桿托板采用Q235鋼，規(guī)格150 mm× 150 mm×8 mm。鋼筋網(wǎng)采用直徑為6 mm的Q235鋼筋，網(wǎng)格為100×100。錨索參數(shù)：φ15.24 mm，L=7 500 mm，錨索托板采用300 mm×300 mm×10 mm的鋼板，每根錨索使用4個(gè)樹(shù)脂藥卷，錨索間排距2.4 m，每排3根，錨索的長(zhǎng)度及間距可以根據(jù)揭煤的圍巖條件進(jìn)行調(diào)整。

2.4 鋼筋支護(hù)

副立井馬頭門(mén)加強(qiáng)段鋼筋均采用φ20 mm二級(jí)螺紋鋼，豎筋采用直螺紋連接套連接，直螺紋連接套長(zhǎng)度為50 mm，豎筋間距為250 mm。環(huán)筋采用綁扎搭接，搭接長(zhǎng)度為35d(φ20 mm鋼筋搭接為700 mm，d為鋼筋直徑)，環(huán)筋間排距為200 mm。構(gòu)造筋為φ8 mm圓鋼加工而成，構(gòu)造筋豎向間距為400 mm，橫向間距為500 mm。鋼筋保護(hù)層厚度：外緣為70 mm，內(nèi)緣為50 mm。

副立井井筒馬頭門(mén)鋼筋均采用φ20 mm二級(jí)螺紋鋼，鋼筋采用綁扎搭接，豎向鋼筋不小于30d(φ20 mm鋼筋搭接為600 mm，d為鋼筋直徑)，環(huán)向鋼筋不小于45d(φ20 mm鋼筋搭接為900 mm，d為鋼筋直徑)，鋼筋間排距為200 mm×200 mm，構(gòu)造筋為φ8 mm圓鋼加工而成，構(gòu)造筋間距為600 mm。鋼筋保護(hù)層厚度：外緣為70 mm，內(nèi)緣為50 mm。環(huán)向及豎向鋼筋的接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)布置，任一垂直及水平截面上的接頭數(shù)不得超過(guò)全部鋼筋量的25%。

3 施工方案

由于馬頭門(mén)掘進(jìn)段較高(5.1～7.0 m)，根據(jù)實(shí)際施工情況，掘進(jìn)施工分成2部分，先施工拱部3.5 m，再施工墻部(1.6～3.5 m)位置。先將馬頭門(mén)拱部掘出，掘進(jìn)深度兩側(cè)各7.5 m(從井筒中心線算起11.0 m)，再施工墻部。井筒模板采用3.5 m高整體移動(dòng)式金屬模板，馬頭門(mén)模板墻部采用200 mm×200 mm木方做柱腿，50 mm厚木模板，馬頭門(mén)拱部采用16#槽鋼加工，拱部支撐50 mm厚木板和10 b槽鋼聯(lián)合支護(hù)做為模板。

每段施工時(shí)先按設(shè)計(jì)鉆爆，然后進(jìn)行錨網(wǎng)索噴支護(hù)，掘噴完成后，最后自下而上起綁扎鋼筋、立模、澆注砼[2-5]。

副立井馬頭門(mén)掘進(jìn)施工順序圖如圖2所示。

圖2 副井馬頭門(mén)掘進(jìn)施工順序圖

4 支護(hù)工藝

4.1 一次支護(hù)工藝

馬頭門(mén)一次支護(hù)采用錨網(wǎng)索噴，樹(shù)脂錨桿規(guī)格為φ22 mm×2 400 mm，間排距800 mm×800 mm，采用矩形布置方式，外露100 mm，采用兩卷樹(shù)脂錨固劑錨固，樹(shù)脂錨固劑型號(hào)為MSZ2350、MSK2350型各1卷，錨桿采用端頭錨固方式，托盤(pán)選用規(guī)格150 mm×150 mm×12 mm，錨固力≥100 kN。金屬網(wǎng)用φ6.5 mm的鋼筋加工，網(wǎng)格100 mm×100 mm，搭接長(zhǎng)度為100 mm，采用14#鐵絲綁扎。

頂錨索規(guī)格為18.9 mm×12 000 mm鋼絞線錨索，幫錨索規(guī)格為18.9 mm×6 300 mm鋼絞線錨索，每孔使用4根樹(shù)脂藥卷，樹(shù)脂錨固劑型號(hào)為MSZ2350型3卷、MSK2350型1卷，馬頭門(mén)錨索間排距1 600 mm×1 600 mm，與錨桿錯(cuò)開(kāi)布置，托盤(pán)規(guī)格300 mm×300 mm×20 mm，預(yù)拉力≥150 kN，錨固力≥200 kN。

4.2 鋼筋綁扎

墻部鋼筋綁扎方法：墻部鋼筋綁扎從墻底面向上進(jìn)行，以馬頭門(mén)拱基線點(diǎn)為水平點(diǎn)，用水平管由里向外在兩幫墻部按2 m間距導(dǎo)出水平點(diǎn)，用風(fēng)鉆在各個(gè)點(diǎn)上打300 mm深的眼，將長(zhǎng)700 mm的廢棄鉆桿插入鉆孔中并楔緊，拉起巷道中線，以馬頭門(mén)中線拉尺分別在廢鉆桿外露端頭上找出內(nèi)外層鋼筋的控制點(diǎn)，先將縱向鋼筋綁扎在外層鋼筋控制點(diǎn)上，然后按200 mm間距由里向外綁扎墻部橫向鋼筋，最后將縱向鋼筋補(bǔ)齊。內(nèi)層鋼筋綁扎工藝同外層鋼筋。

拱部鋼筋綁扎方法：先搭設(shè)工作臺(tái)，工作臺(tái)上面鋪設(shè)木板，工作臺(tái)層面隨著工作面高度的增加而增設(shè)。工作臺(tái)搭設(shè)完成后，先在巷道正拱頂按2 m間距打300 mm深的眼，插入700 mm的廢舊釬桿，并在廢釬桿上標(biāo)出內(nèi)外層鋼筋控制點(diǎn)，在控制點(diǎn)上綁扎一根鋼筋，利用控制點(diǎn)鋼筋和巷道墻部筋預(yù)留搭接部分，做為拱部鋼筋的3個(gè)控制點(diǎn)，進(jìn)行拱部環(huán)鋼筋綁扎，環(huán)鋼筋綁扎完后，按設(shè)計(jì)要求綁扎縱向鋼筋。綁扎時(shí)，先綁扎外層鋼筋，再綁扎內(nèi)層鋼筋。

5 結(jié)語(yǔ)

錨網(wǎng)索噴+鋼筋混凝土的聯(lián)合支護(hù)綜合了2種支護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)，充分利用圍巖的自承力，防止了由于圍巖破碎支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到極限而導(dǎo)致頂部巖石塌落等情況，較單一支護(hù)方式更能適應(yīng)圍巖復(fù)雜的應(yīng)力變化，對(duì)大跨度斷面巷道支護(hù)具有切實(shí)可行的意義。