软岩大断面硐室联合支护施工技术

崔建井

(中煤矿山建设集团71工程处,安徽省宿州市,234000)

软岩大断面硐室联合支护施工技术

崔建井

(中煤矿山建设集团71工程处,安徽省宿州市,234000)

柳海矿箕斗装载硐室处于松软岩层中,周围又有主井、带式输送机巷及煤仓等,因此硐室围岩受力复杂。经研究对硐室采用锚网喷+锚索+工字钢桁架+混凝土联合支护,取得较好技术及经济效果。经观测,硐室基本稳定,未出现破坏现象。

松软岩层 大断面硐室 联合支护 施工技术

1 工程概况

柳海煤矿位于山东省龙口市境内,该矿距离渤海湾海岸线仅1.5 km,设计生产能力为0.9 M t/a。主井井深510 m,井筒净直径4.5 m,箕斗装载硐室设计为上下两室,硐室断面最大处尺寸净宽6.9 m,净高12.1 m,深度5.9 m,硐室位于井筒中下部。主井对应的另外一侧为装载带式输送机巷,装载硐室和煤仓通过装载带式输送机巷相连,周围有上仓带式输送机巷、带式输送机联络巷、煤仓,带式输送机巷已施工完毕。

硐室位置垂直距煤1顶板30 m左右,硐室所在位置穿过三层岩石,硐室下部进入钙质泥岩和泥灰岩大约1 m,向上穿过3.5 m厚的泥灰岩,然后进入钙质泥岩中。钙质泥岩和泥灰岩呈浅灰或灰黑色,含钙泥岩微带绿色,层理较发育,层面光滑,较致密坚硬,含较多介形虫化石,易碎,呈块状,局部具有含水性。泥灰岩呈浅灰色或浅灰白色,致密坚硬,断口平整,岩层溶洞裂隙较发育,含介形虫化石和山东螺化石,较稳定,岩层具有含水性。钙质泥岩呈浅灰色,微带绿色,致密坚硬,性脆,破碎后呈块状,厚度较大,局部含水,较稳定。

2 工程施工技术与工艺

2.1 井筒注浆加固

开挖前,采用注浆方法对硐室穿过的井壁段进行加固,加固标高-454.8～-421.8 m。首先按照设计注浆的位置,从下向上注浆。注浆孔排距2 m,深度1.5 m。每排4个注浆孔,均匀布置在井壁周围,注浆孔呈三花布置。浆液为水泥浆,水泥采用P.052.5硅酸盐水泥,水泥浆配比为水泥︰水=1︰0.5,水泥浆搅拌均匀,在注浆过程中不得停止搅拌。注浆压力为3～5 M Pa。注浆终压5 M Pa。最后采用快凝水泥进行封口。

2.2 井壁钢结构加固

井筒注浆完毕,在井壁刻槽安装槽钢进行钢结构加固。槽钢弯曲成1/4环状,直径4500 mm,与井筒直径一样,在井筒内环形布置,间距1 m,在每一个弧形槽钢上预先开两个矩形孔,均匀布置在1/4弧形槽钢的三等分处,孔的尺寸30 mm×40 mm。在安装槽钢的同时,在每一个矩形孔的位置打锚杆眼,安装锚杆固定。槽钢、锚杆安装完毕以后,喷射混凝土封闭。

2.3 箕斗装载硐室支护参数

箕斗装载硐室设计为三心拱断面,掘进断面尺寸:计量设备处8034 mm×12494 mm,井筒处8034 mm×13929 mm。净断面尺寸:计量设备处6474 mm×10334 mm,井筒处6474 mm×12134 mm。采用锚网喷+锚索+金属桁架+混凝土支护形式。锚杆为ø20 mm螺纹钢树脂锚杆,长度2200 mm。采用3根K2540树脂药卷锚固,间排距为800 mm×800 mm,三花布置,采用焊接钢筋网,网片尺寸700 mm×1000 mm,网孔尺寸100 mm×100 mm,逐扣连接。锚索为ø18 mm钢绞线,长度8 m,采用1支CK2540(内部)和3支K2540(外部)树脂药卷锚固。4A型桁架与井壁间通过钢筋连接,桁架在浇注混凝土前架设完毕,用ø20 mm钢筋与井壁露头钢筋搭接,并且与桁架同标高位置相连。

2.4 硐室施工

硐室施工采用台阶式短掘短砌施工方案。先对上室进行挖掘、锚网喷、钢结构支架、混凝土浇注支护施工,成型后,再施工中室、下室部分。

(1)上室部分施工。上室掘进及锚网喷支护后,暂不破除井壁安装隔板及顶帮部桁架,两者同时进行,搭脚手架安装拱部桁架,桁架之间采用角钢拉杆三角连接,且每架桁架采用4组(8根)ø20 mm×2200 mm锚杆配U型卡揽固定。按此循环把上室支架支护到井壁处,同时把隔板钢架安装完毕,用沙袋将上室与下室桁架连接口护好,然后对上室及隔板部分进行整体立模浇注,破除上室井壁部分(破井壁时,加密布置周边眼及辅助眼,且留3圈眼不装药,按设计断面尺寸爆破、扩刷成型)。

(2)中室部分施工。从井筒内,利用吊盘沿隔板底部按宽、高为2 m、2 m在井壁爆破出一个导硐,从中间向周边按设计尺寸扩展。

用风镐刷掘,从井筒处向山墙方向按设计尺寸锚网喷施工到位,进行帮部、山墙钢支架安装,立模浇注。

(3)下室及底拱部分施工。将下室井壁部分按设计断面尺寸爆破、扩刷成型,从井筒处向山墙方向按设计尺寸锚网喷施工到位,按设计深度挖底拱部分,进行帮部、底拱及山墙钢支架安装,立模浇注。伸入井筒部分在下室底部架设井圈,井圈采用18 kg/m轨道在井壁打眼固定,在井圈上焊接托架及在井壁内预埋轨道固定在下室底拱钢梁上,自下而上架设工字钢桁架,浇注混凝土成巷。

(4)出矸。在主井井底马头门处安装1台P-60B型耙装机装矸,矿车通过井底车场至副井出矸。

(5)浇筑底板混凝土。对已架设桁架进行浇筑底板混凝土施工。混凝土采用普硅酸盐水泥、中粗砂碎石,混凝土配比为水泥︰砂︰石子︰水=1︰1.3︰2.24︰0.39,并按水泥重量的6%～8%加入早强剂和防水剂,按水泥重量的1%加入减水剂,以改善浆体的和易性和流动性。混凝土必须搅拌均匀,浇筑过程中加强振捣,使其充分充填在桁架之间,浇筑混凝土标号为C40。

3 与主井连接段的施工

硐室上一阶段完成以后,开始对主井井筒部分开挖与支护。

3.1 开挖与支护

图1 主井井壁开挖与支护顺序

(1)首先开挖一区,见图1,顶帮部挂网,打锚杆,初喷混凝土,浇注桁架间混凝土。

(2)接着开挖二区,顶帮挂网,打锚杆,安装锚索,初喷混凝土,浇注桁架间混凝土。

(3)开挖三区,帮挂网,打锚杆,初喷混凝土,浇筑主井井壁外的台阶。

3.2 静力爆破

破井壁时,加密布置周边眼及辅助眼,且留3圈眼不装药,先放中间,周边眼用风镐刷掘。主井井壁开挖破壁时,要控制炮眼数量和放炮面积,防止井壁脱落。装药量为眼深400 mm,装药系数不大于30%。

4 矿压观测

4.1 监测方法

(1)每隔3 m布置一组观测点。

(2)每组测点包括顶板、底板和两帮4个观测点。测点布置时保证顶底连线与两帮连线垂直。

(3)帮部及顶部测点采用木桩楔,木桩楔长度250 mm,外露50 mm。

(4)布置测点时,根据钢架间距以及拉杆的位置,保证测点布设位置不影响架设钢架。

(5)测点布设后应作好记录并编号,在施工中注意保护,以确保测量数据的准确性和可靠性。

4.2 监测结果

箕斗装载硐室掘进7 d时,顶板下沉5 mm/d,单帮移进量6 mm/d,底臌量7.5 mm/d。通过锚网喷及锚索支护15 d后,实测顶板下沉2 mm/d,帮移进量3 mm/d,底臌量4.5 mm/d。30 d后基本处于稳定。硐室在钢结构支架及混凝土支护后未出现破坏现象。

5 结语

(1)对复杂地质条件下大硐室施工,采用锚网喷+锚索+工字钢桁架+混凝土联合支护,取得了较好的支护效果及经济效益。

(2)硐室施工前对上下段井壁进行注浆及钢结构加固,是保证硐室开口施工安全的有效措施。

(3)进行硐室围岩矿压观测,掌握硐室围岩动态及其规律,为施工支护提供科学依据。

Large cross sectional chamber in soft rock:integrated support construction technology

Cui JianJing
(No.71 Dept,China Coal Mine Construction Group Corp,Suzhou,Anhui province 234000,China)

That Liuhaimine skip loading chamber is located in stratum of soft rock w ith the mine’s main shaft,belt conveyor roadway and coal bunker in the vicinity leaves the chamber under complexed stress condition.By adopting a combined support of bolting and shotcreting with wire mesh+anchor and cable+I steel girder+concrete,optimal technical and economic effects are achieved.Out of careful observation and monitoring,it is known that the chamber remains basically stable and no sign of damages is found.

soft rock,large cross sectional chamber,combined support,construction technology

TD353.5

B

崔建井(1964-),男,安徽萧县人,工程师,现任中煤71处邹庄项目部经理,曾发表论文多篇。

(责任编辑 张毅玲)