粗糠田煤礦井筒表土段可伸縮剛性支架支護(hù)實(shí)踐

王振東 胡勝利

（貴州國(guó)源礦業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000）

粗糠田煤礦屬于兼并重組礦井，原有風(fēng)井不能滿(mǎn)足通風(fēng)要求，需新建回風(fēng)斜井。為了解決回風(fēng)斜井施工進(jìn)度慢的問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)化井筒支護(hù)設(shè)計(jì)，提升掘進(jìn)效率，達(dá)到快速釋放產(chǎn)能的愿景。

1 概況

粗糠田煤礦處于建設(shè)階段，布置有主斜井、副斜井、行人斜井、回風(fēng)斜井，回風(fēng)斜井為技改新建井筒[1]。井筒需揭露第四系、三疊系永寧鎮(zhèn)組、三疊系飛仙關(guān)組、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，其中第四系松散物巖組以灰黃色黏土、塊石土、碎石土等堆積物為主，平均10 m 左右，巖石普遍結(jié)構(gòu)疏松，膠結(jié)程度低，力學(xué)強(qiáng)度亦低，且差異性大，巖體穩(wěn)定性差。井筒地層情況見(jiàn)表1。

區(qū)域內(nèi)含煤地層龍?zhí)督M含可采煤層3 層（1、3、5 號(hào)），煤層直接頂板多以粉砂質(zhì)泥巖、泥巖為主；底板多以泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖等組成，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單[1]。隨著礦井一期工程進(jìn)行，主斜井等井筒已從5#煤層底板掘進(jìn)至1#煤層頂板，巷道揭露的圍巖裂隙不發(fā)育，穩(wěn)定性較好，總體呈層狀。巖石等級(jí)劃分見(jiàn)表2。

表2 井筒砌碹段巖石組巖石質(zhì)量等級(jí)表

回風(fēng)斜井井筒在1#煤層開(kāi)口，以-23°傾角沿1#煤層頂板掘進(jìn)，距離煤層頂法向距最大25.4 m，井筒全長(zhǎng)717 m，皆位于1#煤層頂板，其圍巖體以粉砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，巖層多含束羊齒、櫛羊齒等動(dòng)植物化石。

2 井筒支護(hù)方式選擇

2.1 傳統(tǒng)砌碹支護(hù)方式

2.1.1 鋼筋混凝土設(shè)計(jì)支護(hù)方式

回風(fēng)斜井井筒開(kāi)口處為碎石土、黃色黏土，節(jié)理發(fā)育、不穩(wěn)定，井筒圍巖穩(wěn)定性較差，表土及碎石呈脆性，受降水及放炮松動(dòng)易垮落。前期已通過(guò)向井筒邊坡裂隙內(nèi)注入高分子注漿材料，現(xiàn)井筒第四系風(fēng)化裂隙及表土破碎危巖已得到良好控制。

回風(fēng)斜井井筒原設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土支護(hù)，設(shè)計(jì)凈寬5.0 m，凈高4.3 m，凈斷面18.81 m2，如圖1。

圖1 回風(fēng)斜井設(shè)計(jì)斷面圖（mm）

2.1.2 配筋支護(hù)設(shè)計(jì)

采用直徑為20 mm 的縱向鋼筋和橫向鋼筋，鋼筋間距均為200 mm。橫向鋼筋采用內(nèi)筋和外筋兩種形式配合，通過(guò)直徑8 mm 的聯(lián)系筋連接。每個(gè)鋼筋骨架采用21 根鋼筋連接，鋼筋骨架排距為1 m，鋼筋骨架間采用84 根橫向鋼筋連接。澆筑混凝土強(qiáng)度不低于C30，鋼筋保護(hù)層不低于50 mm。如圖2。

圖2 配筋斷面圖

2.2 U 型棚+噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)方式

臨時(shí)支護(hù)采用超前管棚支護(hù)，管棚采用Φ32 mm、壁厚3.5 mm、長(zhǎng)度3000 mm 鋼管制作，環(huán)向間距200 mm。

永久支護(hù)采用U 型棚+鋼筋混凝土砌碹支護(hù)，U 型棚棚距為800 mm。

U 型棚采用U29 型鋼制作，其內(nèi)凈寬為5.6 m，中高4.6 m。施工斷面如圖3。

圖3 U 型棚+噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)斷面圖（mm）

2.3 支護(hù)方式比較

綜上介紹，回風(fēng)斜井表土段圍巖破碎，適合采用U 型棚+噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)方式。該支護(hù)方式具有一定的可縮性，既能在一定程度上抑制巷道圍巖變形，又能適應(yīng)圍巖變形，達(dá)到讓壓的目的[2]。圍巖穩(wěn)定及局部易脫層巷道適合采用錨噴支護(hù)，圍巖較破碎且來(lái)壓明顯巷道適合采用砌碹支護(hù)。在綜合考慮施工工序、施工時(shí)間、勞動(dòng)強(qiáng)度、支護(hù)方式的適用范圍及礦井地質(zhì)構(gòu)造條件的基礎(chǔ)上[3]，經(jīng)對(duì)比，U 型棚+噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)作為回風(fēng)斜井表土段的首選支護(hù)方式，提高經(jīng)濟(jì)效益，確保安全生產(chǎn)[4]。

比較指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 粗糠田煤礦回風(fēng)斜井表土段支護(hù)方式比較

3 U 型棚+噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)施工工藝

3.1 材料準(zhǔn)備

1）U 型棚。采用29U 型鋼加工，梁腿搭接長(zhǎng)為500 mm，搭接處使用三副卡纜，拉桿長(zhǎng)900 mm，拉桿螺紋M16，倒角為1.5 mm。

2）混凝土噴漿。噴射混凝土采用425 普通硅酸鹽水泥及細(xì)砂石，加水泥質(zhì)量的3%～5%速凝劑，噴射混凝土的強(qiáng)度不低于C30，底板鋪設(shè)強(qiáng)度不低于C15。

3）配料。水泥:砂=1:2.5（質(zhì)量比），水灰比0.5。隨拌料隨噴，拌好的潮料不得放置2 h 以上[3]。

3.2 施工工藝

井口開(kāi)口先沿巷道中心線(xiàn)方向布置1 圈鎖口管棚，環(huán)向間距200 mm。超前管棚支護(hù)完成后，再根據(jù)巷道設(shè)計(jì)斷面和圍巖特性等條件全斷面掘進(jìn)，采用一次成巷鉆爆法施工。

施工順序?yàn)椋汗ぷ髅姘踩珬l件檢查→超前臨時(shí)支護(hù)→施工炮眼→裝藥→安全檢查→放炮→敲幫問(wèn)頂→臨時(shí)支護(hù)→架棚→出貨→進(jìn)入下一循環(huán)。

4 結(jié)論

1）從礦井實(shí)際施工進(jìn)度及支護(hù)效果發(fā)現(xiàn)，U 型棚+噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)雖然在支護(hù)成本上偏高于傳統(tǒng)砌碹支護(hù)，但其支護(hù)效果好、施工工藝簡(jiǎn)單、勞動(dòng)強(qiáng)度小等優(yōu)點(diǎn)有利于表土段巷道的快速安全掘進(jìn)。

2）U 型棚+噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)可在施工程序上拆分成兩步同時(shí)作業(yè)，有效提高了井筒掘進(jìn)效率。

3）U 型棚+噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)適用范圍廣，成巷后美觀，服務(wù)期長(zhǎng)，可作為礦井井筒表土段施工、巷道過(guò)斷層、石門(mén)揭煤等特殊地段的永久支護(hù)方式。