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(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，山西 晉城 048000）

1 工程概況

莒山煤礦3 號(hào)煤層儲(chǔ)量日漸枯竭，現(xiàn)已進(jìn)入殘采，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)接替，進(jìn)行下組煤水平延深項(xiàng)目建設(shè)。設(shè)計(jì)地面生產(chǎn)系統(tǒng)利用原有的選煤廠、5 聯(lián)體筒倉(cāng)及鐵路運(yùn)輸線路，新建井口房、空加室、原煤封閉儲(chǔ)煤棚、篩分樓、帶式輸送機(jī)棧橋、暗道、副井絞車房、器材庫(kù)、機(jī)修車間、綜采設(shè)備庫(kù)、坑木加工坊、鍋爐房；開拓工程新掘主斜井、副斜井、回風(fēng)立井，延深利用現(xiàn)有主斜井（改造為行人斜井）以及井下各輔助生產(chǎn)項(xiàng)目和井底車場(chǎng)、煤倉(cāng)、中央變電所、水泵房、水倉(cāng)等主要硐室開拓，項(xiàng)目建設(shè)的占地在原3 號(hào)煤層的生產(chǎn)區(qū)內(nèi)。

主斜井井筒開拓設(shè)計(jì)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(hù)，混凝土支護(hù)厚度為500mm，強(qiáng)度等級(jí)不低于C25?；鶐r段采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，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(shè)計(jì)錨固力≥110kN，安裝預(yù)緊扭力矩≥120N.m；托盤采用高強(qiáng)度拱型托盤，規(guī)格為120×120×8mm；鋪設(shè)Φ6mm 鋼筋焊接的鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為100×100mm；噴射混凝土厚150mm，強(qiáng)度不低于C20，施工過程中，如遇構(gòu)造或軟巖，應(yīng)采取注漿堵水措施，或采用其它方式進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。井筒內(nèi)一側(cè)裝備帶寬1000mm 的帶式輸送機(jī)擔(dān)負(fù)井下原煤提升任務(wù)，另一側(cè)敷設(shè)檢修軌道，井筒側(cè)幫上布置有行人臺(tái)階、扶手，同時(shí)作為礦井一個(gè)進(jìn)風(fēng)井筒和安全出口[1]。

由于地面臨近的礦供應(yīng)科庫(kù)房樓，需要進(jìn)行保護(hù)。井筒表土段施工不可以進(jìn)行大面積明槽開挖，分兩段進(jìn)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(shí)，需采取措施。根據(jù)3# 煤層巷道布置情況，井筒穿越3# 煤層時(shí)，相遇三條空巷，需采取專項(xiàng)施工方案及安全技術(shù)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(shí)，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(fēng)化基巖層。施工深入穩(wěn)定基巖5m，施工總斜長(zhǎng)76m，坡度16°，垂深20.9m。根據(jù)實(shí)際情況，表土段施工不可以進(jìn)行大面積明槽開挖，分兩段進(jìn)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(yīng)科庫(kù)房樓，明槽開挖后會(huì)對(duì)供應(yīng)科庫(kù)房樓影響，地基松動(dòng)，為確保工程質(zhì)量及對(duì)供應(yīng)科庫(kù)房樓的有效保護(hù)。明槽開挖前在供應(yīng)科庫(kù)房樓前0.65m、距井筒中心7.35m 處平行布置護(hù)壁樁10 根，樁間距500mm，樁孔直徑300mm，護(hù)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(wěn)固焊接后，放入樁孔內(nèi)，進(jìn)行混凝土澆筑，澆筑時(shí)采取措施確?；炷翝仓軐?shí)，充填嚴(yán)實(shí)。凝固期滿后進(jìn)行明槽開挖，保護(hù)樓體基礎(chǔ)穩(wěn)固，防止邊坡滑坡[2-3]。明槽開挖長(zhǎng)28m，斜長(zhǎng)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(duì)建筑物樓梯進(jìn)行保護(hù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，邊坡左側(cè)開挖坡度60°，右側(cè)開挖坡度70°。明槽開挖逐層進(jìn)行，每層開挖深度2.55m，開挖后及時(shí)對(duì)兩側(cè)邊坡及迎臉裸露面進(jìn)行錨網(wǎng)噴臨時(shí)支護(hù)，保護(hù)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(fēng)化層，直接開挖容易造成局部垮落、冒頂?shù)惹闆r，暗槽開挖前首先沿井筒拱頂外壁施工φ50×4mm、長(zhǎng)3m 的無縫鋼管，間距300mm 布置，作為超前支護(hù)，防止開挖后表土層垮落、塌方。循環(huán)進(jìn)度2m，每個(gè)循環(huán)都必須施工超前支護(hù)。循環(huán)開挖后布置14# 槽鋼拱形支架支設(shè)2 架，沿拱頂槽鋼外圈鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片接頂，再進(jìn)行鋼筋混凝土澆筑。主斜井井筒施工至78m～125m 段，經(jīng)過地面中央變電所，循環(huán)進(jìn)度由2m 變?yōu)?m，降低循環(huán)進(jìn)度，采用小炮開拓，減小對(duì)地面建筑物及供電系統(tǒng)的影響，同時(shí)地面加強(qiáng)巡查。爆破施工前，通知地面并設(shè)置警戒，爆破后由專人負(fù)責(zé)對(duì)地面受影響范圍進(jìn)行巡查。

2.2 空巷治理措施分析

根據(jù)3 號(hào)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(jù)井筒開拓進(jìn)度在井筒底板中心位置逐步對(duì)底部空巷進(jìn)行布孔灌漿，布孔垂直于底板，孔距 10m，共布置鉆孔 4 個(gè)（編號(hào)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(chǎng)，進(jìn)行布孔，孔距5m，共布置鉆孔4個(gè)，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(jìn)行擴(kuò)孔后孔徑133mm。

首先進(jìn)行灌漿，160m～190m 的4 個(gè)鉆孔根據(jù)開拓進(jìn)度逐一進(jìn)行灌水泥砂漿。鉆場(chǎng)內(nèi)200m～215m 段的4 個(gè)鉆孔集中灌漿，順序?yàn)?#- 3#- 2#- 1#。其次進(jìn)行注漿，封口注漿管埋設(shè)采用規(guī)格φ42mm 無縫鋼管，長(zhǎng)度3m，端頭對(duì)稱開孔（留設(shè)注漿口和安裝壓力表）， 孔口外漏長(zhǎng)度 300mm～500mm。 注漿順序1#- 8#- 2#- 3#- 4#- 5#- 6#- 7#。1#、8# 孔注漿時(shí)采用低壓間歇注漿方式，避免過大的擴(kuò)散而浪費(fèi)漿液，2#- 7#孔注漿直接注單液漿，半小時(shí)不升壓，改注雙液漿，或在壓力達(dá)不到終壓的60%時(shí)改注雙液漿，注漿時(shí)應(yīng)密切關(guān)注壓力表讀數(shù)和井筒底板情況，避免出現(xiàn)跑漿現(xiàn)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(jìn)行帶壓密集注漿，確保井筒下部空巷充填密實(shí)，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(jìn)行探空釋放空巷內(nèi)瓦斯、二氧化碳及有毒有害氣體，20m 范圍內(nèi)開拓要加強(qiáng)監(jiān)督、檢查，直至揭露空巷。

穿越2# 空巷時(shí)，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(duì)主斜井井筒幫壁進(jìn)行加固臨時(shí)支護(hù)，接續(xù)主斜井井筒兩幫空巷口部施工錨索進(jìn)行鎖口支護(hù)，防止垮落、塌方接續(xù)對(duì)兩幫空巷及底部進(jìn)行巷道內(nèi)雜物清理，并對(duì)空巷進(jìn)行維護(hù)、加固，采用錨網(wǎng)支護(hù)，間排距800×800mm，加固長(zhǎng)度兩幫各6m。接續(xù)在空巷底部鋪設(shè)φ159×6.5 的無縫鋼管三根，用于導(dǎo)流空巷內(nèi)部老空積水；

2） 在兩幫空巷里面6m 位置施工底梁+ 磚混結(jié)構(gòu)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(chǔ)，對(duì)擋墻起到穩(wěn)固作用；

3）對(duì)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(jié)構(gòu)擋墻，并預(yù)留注漿孔。第六對(duì)空巷進(jìn)行密集注漿，進(jìn)一步加固。

穿越3# 空巷時(shí)，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(yù)埋導(dǎo)水管，將積水引流至井筒內(nèi)外排。2#、3# 空巷完成上述工序后，在預(yù)留孔進(jìn)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(shí)，該段處于煤巖交結(jié)段，拱頂及兩幫圍巖穩(wěn)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(wěn)固不下沉，井筒穿越該段采用25U 型剛棚+錨網(wǎng)支護(hù)+ 五花布置錨索。

3 結(jié) 論

根據(jù)主斜井井口明槽開挖初期，采取打設(shè)護(hù)壁樁，明槽分段施工，合理控制明槽開挖邊坡角度，有效保護(hù)井口周圍樓房建筑基礎(chǔ)的穩(wěn)固，通過對(duì)井筒底空及水平十字相交空巷充填注漿，加固維護(hù)，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。