山西兰花沁裕煤矿大断面巷道下部开拓井筒支护方案浅析

张晋林

摘要：沁裕煤矿新掘回风平硐位于原副井筒正下方开拓，为防止上部井筒受下部巷道开挖扰动影响而垮塌，选择合理的支护参数对其原副井筒进行锚杆配合锚索进行加固，并对位于风化岩段的新掘回风平硐采取可伸缩性U型钢进行支护。

关键词：大断面巷道；下部开拓；开筒支护

中图分类号：TD352 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）17-0103-02

1 井田概况

山西兰花沁裕煤矿有限公司井田位于沁水县城西南直线距离约19km处的杏则村北侧，行政区隶属沁水县土沃乡管辖，井田地理坐标为北纬35°33′32″～35°34′47″，东经112°02′12″～112°06′50″。

井田面积为11.1214km2，呈不规则多边形，东西最长约7.0km，南北最宽2.5km，开采标高+989.97至+749.97m。

根据矿井井筒实际揭露及施工钻孔资料，井田内赋存地层由老到新依次有：奥陶系中统峰峰组（O2f）；石炭系中统本溪组（C2b）；石炭系上统太原组（C3t）；二叠系下统山西组（P1s）；二叠系下统下石盒子组（P1x）；二叠系上统上石盒子组（P2s）；第四系中更新统（Q2）；全新统（Q4）。

图1 新掘回风井筒平硐与原副井筒相对位置示意图

石炭系上统太原组和二叠系下统山西组为本区主要含煤地层。其中石炭系上统太原组地层厚度50.45～112.5m，平均76.09m。15号煤层为区内稳定可采煤层，煤层厚0.93～5.80m，平均厚2.24m，可采煤层含煤系数2.94%。二叠系下统山西组平行整合于太原组地层之上，为区内主要含煤地层之一。主要可采2号煤层发育于其中部。本组地层厚度41.7～66.65m，平均54.35m，可采2号煤层厚0～2.40m，平均厚1.40m，含煤系数2.58%。

2 工程概况

沁裕煤矿回风井筒利用原副井筒进行改造，原副井筒为半圆拱形，直墙高1.8m，巷道宽度为4.6m，坡度22°，口处30m为钢筋混凝土支护，其余部分为锚喷支护，现设计回风井筒口处为平硐开拓，在原副井筒正下方开口，留6m厚的岩层，掘至28m时和在原副井筒相交，为了防止原副井筒顶板因下部井筒开挖扰动而发生塌落，确保井筒的长期安全与稳定，我矿采用以下支护方案，取得了良好的效果。沁裕煤矿新掘回风井筒平硐与原副井筒相对位置示意图，如图1所示。

3 支护方案

3.1 原副井筒加固支护

原副井筒支护分为两段：第一段井口至变坡点（新掘平硐和原副井筒掘透后底对顶处）以上8m处，第二段变坡点上下8m段。

第一段支护方案：

在其顶板采用锚索加强支护，设计锚索采用高强度、低松弛、大延伸率结构的钢绞线，规格为Φ17.8×6500mm，间排距为1.6m×1.6m，每个断面布置两根锚索位于顶板两侧，间距为1600mm。每根锚索采用K2335型锚固剂一支和Z2360型锚固剂两支进行锚固，安装预紧力不低于100kN，不高于120kN。锚索托盘为300mm×300mm×16mm的方形钢板，其中心孔径为19mm。

第二段支护方案：

由于变坡点处井筒断面变大，为了维护围岩的稳定，对变坡点上下各8m范围内的井筒采用锚杆+锚索共同支护，选取锚杆规格为直径20mm，长度2200mm的BHRB335型左旋无纵筋螺纹钢，间排距为0.8m×0.8m，锚杆预紧力不小于100NM，锚固力不小于100kN。锚索规格为Φ17.8mm×6500mm，间排距为1.6m×1.6m，安装预紧力不低于100kN，不高于120kN。其中锚杆、锚索间隔布置，即一排锚杆紧邻一排锚索。

3.2 新掘平硐支护

根据设计确定，井筒净断面：宽4.6m，高4.1m，拱高2.3m，墙高1.8m。新掘平硐采用U型钢+金属网+喷砼的支护方式。

每架支架采用3段29U型钢组成，分别长5.16m、5.16m、3.63m，相邻U型钢间的搭接长度为450mm。

为确保支护施工的安全，在U型钢架设过程中需要进行临时支护。可采用“吊环+钢管+U型钢+金属网”来实现。分别在紧邻迎头的两架U型钢的拱顶中央及两肩安设吊环，每掘进一个循环（进尺1.6m），将三根直径80mm、长3.5m的钢管分别穿过前后两架U型钢上安设的吊环并伸至迎头作为临时支护的前探梁，在前探梁上放置两架U型钢的拱顶段，在U型钢与围岩之间铺设拱部金属网（网孔边长为100mm的金属网）。

每完成一个掘进循环，及时架设临时支护，在临时支护的保护下挖U型钢腿窝，支设U型钢棚腿，用U型钢卡子将作为临时支护的拱顶段与棚腿连接起来，在两帮的U型钢与围岩之间铺设金属网并与作为临时支护的拱顶金属网连接牢靠（搭接不小于200mm并用铁丝双排拧紧），相邻两架U型钢之间用拉杆连接以防倒架事故发生，最后喷射混凝土覆盖U型钢。

如遇顶板松软、容易发生塌落的部位，为了防止冒顶事故的发生，确保施工安全，需采用超前支护。鉴于井口至变坡点段距离较短，且超前锚杆具有操作简单、施工方便、成本低、作用效果快等特点，设计采用超前锚杆进行超前支护，锚杆规格采用BHRB335型左旋无纵筋螺纹钢，各断面布置7根锚杆，锚杆直径20mm，间排距为0.8m×0.8m，锚杆与顶板的夹角为30°。

4 实际施工效果

沁裕煤矿依照以上支护方案先对原副井筒进行了加固支护，并组织质量检测小组对所安装锚杆、锚索进行了认真检测，确保支护质量。然后按照设计进行风井平硐开拓，并按照以上支护方案进行支护，施工过程中平硐上方原副井筒未发生任何异动，直至俩巷道顺利贯通，确保了该项工程的安全顺利进行。

实践证明：

（1）在大断面巷道下方进行巷道开拓，利用锚杆配合锚索对上部巷道进行加固，只要支护参数设计合适，就能有效防止其由于受下部巷道开挖扰动而垮塌。

（2）在风化岩段开挖巷道，利用可伸缩性U型钢支架有效地对巷道进行了支护，确保了施工的安全顺利进行。