大斷面平硐快速施工方法

趙明明

(大同煤礦集團(tuán) 同家梁礦，山西 大同 037025)

1 工程背景

隨著采掘的進(jìn)行，某礦井需延深山4號(hào)煤層，副平硐是延深的關(guān)鍵線路工程，為了盡早實(shí)現(xiàn)新水平投產(chǎn)，需加快副平硐的施工。副平硐設(shè)計(jì)斷面為半圓拱形，巷道凈寬5.0 m，凈高4.3 m，凈斷面18.82 m2，傾角-6.5°，巷道全長(zhǎng)3 914 m，其中表土段208 m采用鋼筋混凝土澆注，澆筑厚度400 mm，巷道鋪底厚度300 mm；基巖段3 706 m采用錨噴支護(hù)，噴漿厚120 mm。每500 m設(shè)計(jì)一會(huì)車(chē)硐，會(huì)車(chē)硐采用三心拱斷面，錨網(wǎng)噴支護(hù)，噴漿厚120 mm，每個(gè)會(huì)車(chē)硐長(zhǎng)15 m，凈寬6.2 m，凈高4.3 m。針對(duì)副平硐施工的特點(diǎn)、工期要求及存在的困難，如仍采用以往的施工方法很難滿(mǎn)足施工需求，因此對(duì)副平硐施工技術(shù)進(jìn)行了探索和創(chuàng)新，取得了較好的效果[1-3]。

2 施工技術(shù)研究

2.1 支護(hù)技術(shù)

1) 表土段支護(hù)。副平硐開(kāi)挖后采用的臨時(shí)支護(hù)形式有掛網(wǎng)、噴漿、架U29型鋼拱棚，每0.5 m架設(shè)一架U29鋼拱棚，U29型鋼拱棚支護(hù)距澆筑混凝土的最大距離不超過(guò)3 m。當(dāng)工作面圍巖破碎時(shí)，采用短挖短砌工藝。同時(shí)必須在拱棚下支木垛托住，木垛尺寸為900 mm×900 mm，間距為0.5 m。后進(jìn)行永久支護(hù)，采用鋼筋混凝土砌碹方式進(jìn)行澆注，澆灌厚度400 mm，強(qiáng)度等級(jí)為C30。

2) 基巖段支護(hù)?；鶐r段采用錨桿(索)、噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)形式。具體如下：錨桿采用D20 mm×2 400 mm的螺紋鋼，間排距為800 mm×800 mm，托盤(pán)采用150 mm×150 mm×8 mm的高強(qiáng)托盤(pán)。錨索采用D17.8 mm×6 000 mm的鋼絞線，間排距1 600 mm×1 600 mm，托盤(pán)采用200 mm×200 mm×10 mm的高強(qiáng)托盤(pán)，巷道段每排錨索為2根，會(huì)車(chē)硐處每排錨索為3根；另外在會(huì)車(chē)硐及換向硐加菱形金屬網(wǎng)片，金屬網(wǎng)片規(guī)格為80 mm×80 mm，由直徑4 mm的鐵絲編織。噴漿混凝土強(qiáng)度為C20，噴層厚度為120 mm。

2.2 鉆眼爆破技術(shù)

1) 合理優(yōu)化炮眼布置及爆破參數(shù)。為了提高設(shè)備的利用率，加快施工進(jìn)度，決定采用光面中深孔爆破技術(shù)，根據(jù)巖性進(jìn)行爆破參數(shù)設(shè)計(jì)。采用的掏槽方式為楔形掏槽，眼深3.2 m，布眼6個(gè)，輔助眼布置3圈，各布眼9個(gè)、13個(gè)和19個(gè)，周邊眼布眼36個(gè)，底眼9個(gè)，眼深均為3.0 m，同時(shí)還布置了2個(gè)眼深為2.0 m的中空眼，全斷面共布置85個(gè)眼。循環(huán)進(jìn)尺2.8 m，炮眼利用率0.93。

2) 改進(jìn)鉆眼施工方式。針對(duì)施工實(shí)際特點(diǎn)，鉆眼工作占用工時(shí)較長(zhǎng)，要想提高單進(jìn)，必須想辦法改進(jìn)鉆眼爆破施工方法，提高效率。為此自行設(shè)計(jì)了掘進(jìn)臺(tái)架，把工作面分成上下兩層，每層又分成兩個(gè)區(qū)間，在這4個(gè)區(qū)域內(nèi)各布置1臺(tái)風(fēng)鉆，4臺(tái)風(fēng)鉆同時(shí)作業(yè)，以提高打眼效率。

2.3 巷道反掘技術(shù)

根據(jù)礦井銜接安排，結(jié)合實(shí)際施工情況，輔助運(yùn)輸巷已掘到位，充分考慮副平硐施工工期因素，經(jīng)過(guò)實(shí)地論證，副平硐具備反掘的條件，決定從輔助運(yùn)輸大巷開(kāi)口位置(圖1中標(biāo)注1)，以+6.5°上山掘進(jìn)，直至與前方貫通為止?？紤]運(yùn)輸系統(tǒng)環(huán)節(jié)，在輔助運(yùn)輸大巷450 m處開(kāi)口(圖1中標(biāo)注2)，垂直于副平硐打一橫貫眼(圖1中標(biāo)注3)，橫貫眼長(zhǎng)度55 m，在輔助運(yùn)輸大巷安裝80膠帶一部，橫貫眼鋪設(shè)安裝短節(jié)80膠帶一部，機(jī)頭與回風(fēng)立井膠帶巷搭接，形成出煤(矸石 )運(yùn)輸系統(tǒng)。

2.4 通風(fēng)管理

副平硐采用壓入式、雙風(fēng)機(jī)雙電源自動(dòng)切換的局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，在井口外10 m處安設(shè)兩臺(tái)FBCD№16/2×55 kW對(duì)旋風(fēng)機(jī)，直徑1 200 mm柔性皮質(zhì)風(fēng)筒，通過(guò)特制三通為主要風(fēng)機(jī)和備用風(fēng)機(jī)兩套系統(tǒng)共用。副平硐反掘段，采用壓入式通風(fēng)，在進(jìn)風(fēng)立井進(jìn)風(fēng)聯(lián)巷(圖1中標(biāo)注4)安設(shè)兩臺(tái)FBCD№16/2×55 kW對(duì)旋風(fēng)機(jī)，直徑1 000 mm柔性皮質(zhì)風(fēng)筒。為減少風(fēng)阻與漏風(fēng)，風(fēng)筒接頭采用單頭雙環(huán)反邊接頭法，風(fēng)筒吊掛平直，接頭嚴(yán)密。

2.5 運(yùn)輸管理

副平硐矸石采用小型防爆裝載機(jī)裝渣，由防爆膠輪車(chē)運(yùn)出，一直運(yùn)至指定排矸場(chǎng)，施工材料由防爆膠輪車(chē)運(yùn)至施工地點(diǎn)。副平硐反掘段矸石通過(guò)三部膠帶排至秦家山回風(fēng)立井煤倉(cāng)，利用回風(fēng)立井改絞系統(tǒng)排至地面。為提高運(yùn)輸速度，每隔200 m施工一個(gè)調(diào)車(chē)硐和會(huì)讓站，以便于汽車(chē)進(jìn)入工作面安全行駛、方便錯(cuò)車(chē)、調(diào)車(chē)。

2.6 排水管理

副平硐排水選用一臺(tái)DC50-80×2型水泵，排水管路選用D108 mm鋼管及快速接頭，將水從臨時(shí)水倉(cāng)直接排至地面水溝。在巷道低洼地點(diǎn)施工臨時(shí)水倉(cāng)。

2.7 生產(chǎn)組織管理

在作業(yè)方式上，一改傳統(tǒng)的單純“三八制”或“四六制”，分為打眼、出渣、支護(hù)噴漿三個(gè)專(zhuān)業(yè)組，“滾班制”作業(yè)，按工序交接班，按循環(huán)圖表要求控制作業(yè)時(shí)間，保證正規(guī)循環(huán)作業(yè)，較好地解決了掘進(jìn)速度加快后，而噴射混凝土跟不上的矛盾。延長(zhǎng)了噴射時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了噴混凝土與掘進(jìn)完全平行，從而拓寬了平行交叉作業(yè)的范圍，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)與噴混凝土、打眼與裝巖、排矸與掘進(jìn)等多重平行交叉作業(yè)，最大限度地利用了時(shí)間和空間，提高了正規(guī)循環(huán)率和綜合施工水平。

3 應(yīng)用效果

副平硐原計(jì)劃工期32個(gè)月，期間克服表土段施工等諸多困難，全線貫通僅用26個(gè)月，比預(yù)計(jì)提前半年完工，并實(shí)現(xiàn)了零誤差精確貫通。該施工技術(shù)較好地適應(yīng)了副平硐施工要求，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

1) 采用鉆爆法進(jìn)行同等斷面的副平硐一般月度單進(jìn)為120 m，采用上述技術(shù)后，平均月度單進(jìn)為160 m，其中單月最高掘進(jìn)205 m。

2) 該副平硐施工技術(shù)不僅可改善工作環(huán)境、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，而且充分利用時(shí)間與空間的交叉作業(yè)，極大地提高了工作效率，雖然采用反掘增加了設(shè)備的成本投入，但極大縮短了工期，為礦井后續(xù)建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益1 000多萬(wàn)元。