煤矿深井井下特大硐室安全快速施工技术

卢海军

（平煤神马建工集团有限公司建井一处，河南  平顶山  467000）

[摘  要]  针对煤矿井下特大断面硐室施工中存在掘进难度大、施工效率低、劳动强度大等问题，提出了桥式导硐法与分层分区域法相结合的施工方案，支护环节上创造性地采用了锚网喷＋中空注浆锚杆＋中空注浆锚索+二次锚网+锚索梁＋注浆组合锚索联合支护，保证了施工的安全、质量和效率。

[关键词]  特大硐室  桥式导硐  安全快速  联合支护  

0  引言

在煤矿的安全生产过程中，大断面硐室承担着非常重要的角色。硐室工程由于用途不同，其结构、形状、规格相差较大，与巷道工程相比存在以下特点：

一、断面大、长度小，进出口通道狭窄；

二、工程技术质量要求高，施工难度大；

三、周围井巷工程多，硐室围岩受力情况复杂，支护困难。

因此，大断面硐室的施工方法、支护技术一直是矿井开拓掘进的难点。

平煤神马集团平煤股份十一矿己四综机检修间作为该矿己四、丁戊四采区综采设备检修的重要硐室，设计断面大、支护工艺复杂、工程质量要求高。经充分论证，采用桥式导硐+分层分区域施工法和多层联合支护工艺相结合的施工技术，保证了施工安全质量，加快了进度，取得了较好的技术经济效果。

1  工程概况

平煤神马集团平煤股份十一矿西翼井下综机检修间开口位于丁戊四采区轨胶联巷内，设计全长50m，方位角N=75°，地面标高+239 m，井下开口底板标高-578m，埋深817m，地应力大；设计断面为直墙圆弧拱形断面，掘进宽度10.2m，掘进高度11.3m，S_掘=106.1m²；墙高8.3m；喷射混凝土强度C20，厚度T=100mm。

综机检修间顶板距戊10煤层底板约25-30m，巷道处于砂质泥岩中，顶、底板均为泥岩、砂质泥岩；附近布置巷道有丁戊四轨道运输石门、丁戊四胶带运输石门，巷道布置较为集中，预计压力较大，施工过程中应加强顶板管理。

2  施工方案

2.1  施工技术方案

综机检修间采用桥式导硐法+分层分区域掘进法施工，使用YT-28风钻湿式打眼，人工装药光面爆破法掘进，煤矿许用毫秒延期电雷管起爆，煤矿许用三级乳化炸药爆破。工作面采用P90B型耙斗机将砟装入1吨U型矿车内，由电机车运送至西翼进风井井底，推入罐笼，提至地面，通过地面环形车场和翻矸笼，将砟排至矸石山。局扇通风采用压入式通风。

2.2  施工顺序及方法

综机检修间硐室施工分3层进行，Ⅰ层高度4.0米，Ⅱ层高度3.5米，Ⅲ层高度3.8米；其施工顺序为：导硐1→Ⅰ-1→Ⅰ-2→导硐2（贯通）→Ⅰ-3（Ⅰ层结束）→Ⅱ-4（Ⅱ-5）→Ⅲ-6（Ⅲ-7）（详见图1）。具体施工方法如下：

一、桥式导硐法及Ⅰ层施工

导硐1按20°上山施工21.9m，其顶板达到综机检修间顶板高度后，开始转平按照检修间设计断面逐步扩大，施工4.4m后扩大至1-1断面设计尺寸，继续向前施工5m后将Ⅰ-1区域全部刷扩至设计尺寸；并继续向前施工20m（Ⅰ-2区域）到达设计堵头墙位置。

Ⅰ-2区域施工结束后，因自导硐1反扩施工Ⅰ-3区域时施工难度大、通道口高度太高，且易造成堵口；为保证施工安全，便于Ⅰ-3区域施工，先进行导硐2施工以形成桥式导硐，并通过导硐2正扩施工Ⅰ-3区域，有利于实现安全可控，同时避免搭工作台高空作业环节，提高了施工效率、加快施工进度。

1.桥式导硐施工

导硐采用半圆拱形断面，高3.8m，宽4.2m，坡度20°，根据实际揭露的岩石，岩石破碎时，采用全断面锚网喷支护，循环进尺1.6米，锚杆选用Φ22×2600mm高强锚杆，间排距800×800mm，钢筋网Φ6mm，网格间距80×80mm，搭接长度100mm，喷浆厚度50mm，强度C20；当岩石坚硬整体性较好时，拱部采用锚网喷支护，帮部进行喷浆封闭，防止岩石风化掉砟。

图1  综机检修间施工顺序图

2. Ⅰ层施工

Ⅰ层施工过程中，按照施工顺序分为Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3三个区域；由于设计施工断面宽度为10.2m，全宽一次掘进施工难度大，则每个区域按中心分为左右两部分，两部分均采用交替循环作业，“两掘一喷”，循环进尺1.6米，平行向前推进至设计终止位置。每次爆破后，必须设专人（班组长或班组长指定有经验的工人）进行观山找顶，找顶时设专人观山，站在安全地点用长柄勾钎，按照由外向里、由上向下的顺序找顶。观山人员站在找顶人员的侧后方，必须时刻注意找顶人员周围情况，保证退路畅通，发现异常情况立即通知找顶人员，做好防范。顶板及两帮活矸危岩全部找净后，使用不少于3根液压单体支柱顶钢芭网作为临时支护，顶柱下端放在实底上，将钢笆网顶在空顶区域。锚网支护紧跟工作面，及时进行喷浆封闭，初喷厚度30~50mm，复喷厚度50~70mm，喷浆强度C20，总厚度T=100mm。喷浆成巷后，依次进行中空注浆锚杆、中空注浆锚索、二次锚网、锚索梁、注浆组合锚索支护，二次支护与工作面施工平行作业。

二、Ⅱ层施工

Ⅰ层内所有永久支护施工完毕达到设计要求后，方可进入Ⅱ层施工。Ⅱ层施工时，分为Ⅱ-4、Ⅱ-5两个区域，两区域分别自导硐1、2同时掘进施工；每个区域按中心分为左右两部分，两部分交替进行循环作业，循环方式采用“两掘一喷”，循环进尺1.8米，掘进至设计终止位置。每次爆破后，找好两帮规格尺寸后，进行帮部锚网支护；Ⅱ层层喷浆成巷后，方可依次进行中空注浆锚杆、中空注浆锚索、二次锚网、锚索梁支护；Ⅱ层所有支护施工完毕后，方可进行下一层掘进作业。

三、Ⅲ层施工 

Ⅲ层施工与Ⅱ层施工法一致，分为Ⅲ-6、Ⅲ-7两个区域，两区域同样分别自导硐1、2同时掘进施工；每个区域按中心分为左右两部分，两部分交替进行循环作业，循环方式采用“两掘一喷”，循环进尺2.0米，掘进至设计终止位置。Ⅲ层层掘进喷浆成巷后，依次进行中空注浆锚杆、中空注浆锚索、二次锚网、锚索梁支护；待所有支护全部完成达到成巷标准后，对底板进行600mm厚反底拱钢筋混凝土浇筑施工，以加固硐室底板，防止因底板失稳鼓起导致硐室变形失修。

2.3  施工工序流程

掘进一班：交接班→安全检查→隐患排查处理→开工准备→打上部眼→倒砟→打下部锚杆→下部眼→安全检查→装药→安全检查→爆破→通风→安全检查→敲帮问顶→临时支护→锚网索支护→洒水、出砟→自检。

掘进二班：交接班→安全检查→隐患排查处理→开工准备→打上部眼→倒砟→打下部锚杆→下部眼→安全检查→装药→安全检查→爆破→通风→安全检查→敲帮问顶→临时支护→锚网索支护→洒水、出砟→自检。

喷浆班：交接班→安全检查→隐患排查处理→开工准备→锚网索支护→拌料→喷浆→二次支护→洒水、文明生产→自检。

3  支护设计及要求

根据实际揭露岩石情况，支护形式采用锚网喷+中空注浆锚杆+中空注浆锚索+二次锚网+锚索梁+注浆组合锚索联合支护。（详见图2）

一、锚网喷支护

锚杆为Φ22×2800mm的KMG22-500型左旋无纵筋高强树脂锚杆，间排距为800×800mm，37根/排，树脂药3卷/根，第1卷为MSK2635快速树脂药卷，后2卷为MSZ2635中速树脂药卷，锚固力不小于280kN。托盘采用Φ150×10mm碟形托盘，钢托盘、螺口均与锚杆配套达到设计强度。金属网均采用Φ6钢筋网，网格间距80×80mm，搭接长度不小于100mm。喷砼厚度T=100mm，喷射混凝土强度不低于C20。砼料配合比为水泥：砂：石子=1：2：2（体积比），喷砼时速凝剂掺量为水泥重量的2.5-4%。                                 

二、中空注浆锚杆支护

采用Φ25×3000mm中空注浆锚杆，间排距1600×1600mm，每排布置19根，托盘采用Φ150×10mm碟形托盘，注浆采用水泥单液浆，浆液水灰比为1:1~1:1.2，并按水泥用量8%的比例添加ACZ-I型水泥添加剂，注浆压力控制在3.0-5.0Mpa。

三、中空注浆锚索支护

采用Φ21.8×10000mm锚索，间排距2400×3200mm，每排布置12根，配300×300

×16mm方形托盘，注浆采用水泥单液浆，浆液水灰比为1:1~1:1.2，并按水泥用量8%的比例添加ACZ-I型水泥添加剂，注浆压力控制在4.0-6.0Mpa。

四、二次锚网

由于巷道高11.2m，硐室使用过程中，为防止顶板脱喷掉矸伤人，在锚网喷+中空注浆锚杆、锚索支护完成后，进行二次锚网支护，锚杆参数与一次锚杆选型一致；钢笆网采用Φ4-40×40mm的钢丝编织网。

五、锚索梁支护

顶锚索为Φ21.8×7500mm19丝钢铰线锚索，间排距2000×1400mm，7根/排，树脂药5卷/根，前2卷为MSK2635快速树脂药卷，后3卷为MSZ2635中速树脂药卷，锚固力不小于250KN；帮锚索为Φ21.8×5500mm19丝钢铰线锚索，间排距2000×1400mm，8根/排。锚索需安装托梁，托梁使用U36型钢加工而成，梁长1700mm，每根托梁上预留两个锚索孔，孔间距1400mm，托梁安装方向与巷道掘进方向一致，托梁外安装锚具。

六、注浆组合锚索支护

注浆组合锚索每束由3根Φ22mm的钢绞线组合而成，长度为21m，间排距为2400×3200mm，每排5束，整束锚索由钢绞线、导向帽、塑料套管、支撑架，排气管组合而成。注浆组合锚索允许外露不超过500mm。注浆组合锚索盘采用Φ360×20mm厚钢板与Φ260×16mm厚钢板焊接加工而成，锚索盘上钻孔3个，孔间距按照注浆锚索锁具孔间距加工。注浆组合锚索锁具采用Φ22mm×3高强铸铁组合锁具。注浆组合锚索尾端5m段套入Φ25mm塑料管。注浆组合锚索在3根钢绞线中间插入Φ8mm塑料管作为注浆施工时的排气管。导向帽采用DN50mm×200mm钢管加工，钢管端头做成锥形，方便锚索穿入锚索孔。3根单根钢绞线靠支撑架固定，每2m绑扎一个支撑架。支撑架采用Φ24mm螺帽外焊接3根Φ6×100mm钢筋加工而成。注浆组合锚索注浆前在孔口安装注浆管，注浆管采用Φ25.4×1000mm的镀锌管。Φ25.4mm注浆管加工为鱼鳞扣，进浆端加工丝扣，装上Φ25.4mm的球阀以控制孔内浆液。注浆采用P.O42.5级水泥单液浆按水泥用量8%的比例添加ACZ-I型水泥添加剂，注浆压力控制在7.0Mpa，10天后对组合注浆锚索逐根进行涨拉，涨拉前安装锚盘时要先找平孔口，安装和锚具，然后穿上千斤顶进行涨拉，涨拉要逐股分组循环涨拉，单根锚索涨拉强度不得小于100KN。

图2  断面支护图

4  结论

煤矿井下特大断面硐室施工，由于受井下条件所限，一直是矿建工程施工中的主要难点之一。该硐室施工通过桥式导硐法与分层分区域法相结合，并创新采用锚网喷+中空注浆锚杆+中空注浆锚索+二次锚网+锚索梁+注浆组合锚索联合支护技术，合理安排各项工序，精心优化施工参数，在保证了施工安全质量的同时加快了工程进度，降低了施工成本，取得了较好的经济技术效益，最终实现月爆破掘进岩石2000m³，比预计工期节省40天，对于井下同类大断面硐室的施工值得积极推广。

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[作者简介] 

    卢海军（1972-），男，高级工程师，本科学历，现任平煤神马建工集团有限公司建井一处总工程师，长期从事煤矿矿建施工技术管理工作。