煤矿井下复杂大断面机头硐室施工方法

【摘 要】本文介绍了麦垛山煤矿井下辅助水平11采区半煤岩运输巷机头硐室的施工方法。针对该硐室断面大、结构复杂等特点，通过采取分段正台阶法施工法，安全顺利完成了施工任务，该方法对煤矿井下同类大断面机电硐室施工有着积极的推广意义。

【关键词】大断面；硐室；施工技术

麦垛山煤矿位于宁夏宁东地区鸳鸯湖矿区，设计原煤产量800万吨/年。该矿辅助水平11采区半煤岩运输巷机头硐室是井下皮带运输系统的关键环节之一，硐室设计断面大、结构复杂、岩层顶板层理发育且淋水较大，以及作为主要机电硐室工程质量要求较高。经充分论证，施工中采用了分层正台阶施工法和锚网索喷一次成巷施工技术，保证了施工安全质量，加快了进度，降低了工程成本，取得了较好的技术经济效益，

1.工程概况

辅助水平11采区6煤带式输送机机头硐室全长39.7m，硐室共有5个不同断面，其中最大的5-5断面掘进宽度8800mm，掘进高度7350mm，喷厚150mm，铺底厚度200mm，掘进断面为56.16m2。硐室围岩以粗砂岩和中砂岩为主，岩性中硬， 硬度系数f=4～6，岩层层理较为发育且含有淋水。硐室设计为锚网索钢带喷射砼联合支护，喷射砼强度C25，厚度150mm。

2.施工技术方案

2.1大断面硐室常见施工方法

煤矿井下大断面硐室施工，根据围岩稳定性和断面大小主要有三种常用施工方法：全断面施工法、台阶式分层施工法和导硐施工法。全断面施工法就是在按掘进全断面设计爆破图表，一次性起爆掘进的施工方法，一般应用于掘进断面不大于30㎡的硐室。这种施工方法在围岩稳定、顶板整体性较好的巷道施工效率较高，但在掘进断面较大时，因相应装药量也较大导致光爆成型不易控制且全断面起爆难度较大。台阶式分层施工法是在硐室断面较大时， 将硐室的全断面分层分块形成台阶状，按照一定的施工顺序分次进行掘支作业的方法。先施工上分层工作面时称为正台阶工作面施工法，先施工下分层时称为反台阶工作面施工法。导硐施工法是先以一定的小断面掘进施工，之后扩刷达到设计断面的施工方法，一般应用于含水较大岩层松软等地质条件较为复杂的岩层。

2.2机头硐室正台阶施工方法和锚网索喷一次成巷施工技术

根据辅助水平11采区6煤带式输送机机头硐室工程概况和水文地质条件，经充分论证，该硐室采用正台阶分层施工法和锚网索喷一次成巷施工最为合理高效。施工作业设计将全断面分为5块，根据掘进顺序划分为：上部-左中-右中-左下-右下，各块区断面大小在施工中可以适当调整。锚网索喷射混凝土永久支护随同各块掘进同步分区进行施工。采用该施工方法主要有以下优点：

（1）正台阶工作面施工法在第一块区掘进后，即可按永久设计要求，一次性施工锚网索喷支护工序，使硐室拱顶部永久支护紧跟工作面，及时有效的保证大断面硐室施工中最为关键的顶板安全。

（2）按照上中下的施工基本顺序，在施工下方时，拱顶及墙部均已经完成了锚网索和初喷支护，有效控制了硐室围岩和工作面正前方浮矸危石的安全隐患。

（3）分为5个区段的正台阶即上而下施工，施工人员直接分层蹬渣作业，不需要反复搭设施工平台。

（4）正台阶施工最大程度利用了永久支护方式，避免了导硐施工法和反台阶施工在全断面未形成时需要施工的锚网喷临时支护。

3.施工技术要求

3.1 硐室掘进

本硐室采用普通钻眼爆破法掘进施工，工作面采用浅孔光面爆破，每段掘进长度1.2m，各区块掘进时均分别为一次性爆破施工。

3.1.1 打眼前，必须根据中腰线在工作面标定出硐室断面轮廓线。

3.1.2 工作面炮眼布置必须按照设计的爆破图表进行作业，掘进爆破参数根据断面和岩性变化，由技术人员负责及时调整并指导。

3.1.3 打眼工操作人员执行定人、定钻、定位、定眼、定时、定质量的六定责任制度。

3.2 锚杆和锚索架设

3.2.1 锚杆和锚索支护要紧跟工作面，工作面不得空顶作业，炮后最大空顶距离不得大于1.2m。

3.2.2 严格按照设计间排距打注锚杆，锚杆间排距误差不得超过设计值±50mm。

3.2.3 锚杆安装每孔1根Z2370型树脂药卷，使用锚固剂固定锚杆时，先应将孔壁冲洗干净，安装过程中必须将树脂药卷用锚杆杆体均匀推至孔底，捅破后搅拌均匀，安装过程不能中断要一锚到底，树脂固化后安设托板并用专用机械套筒将螺帽上紧，并确保锚杆托板紧贴岩面。

3.2.4 锚索的材质、规格、结构、强度必须符合设计要求。本硐室锚索规格为φ17.8×7300mm钢绞线，每根锚索充填3节Z2370树脂药卷，锚索外露300mm，锚深7000mm，锚索锁定后的预应力设计值为200KN，施工中不得小于90%。

3.3 喷射混凝土

3.3.1喷射前必须用高压风水冲洗岩面，在巷道拱顶和两帮应挂好净断面轮廓线。

3.3.2喷射过程中应分区段进行，区段高度不超过1.5米，要求喷浆工应使喷枪均匀呈螺旋状一圈压半圈进行，圈径不超过300mm，喷头与受喷面距离保持1m左右。

3.3.3喷射混凝土要搅拌均匀，喷射时喷浆机供风压力为0.45MPa，水压应比风压高0.1MPa左右，水灰比掌握在0.3～0.5之间。

3.3.4喷射混凝土作业每次厚度应为30～50mm，复喷间隔时间一般不得超过2h。

4.硐室附属工程的施工

4.1 硐室顶板淋水处理

机头硐室作为主要机电硐室，对于顶板淋水和防水有严格要求，硐室喷射混凝土中也已设计添加了防水剂。对于淋水较大的地段喷浆无法封堵时，在施工顶部锚杆和锚索的时，同时要打眼形成专用导水孔进行导水。导水孔孔深2.5m—5m，在导水孔中插入导水管并将管口与周边锚网固定好，在喷射混凝土时对导水孔口部位进行严密封闭，使顶板淋水能够沿导水管流至指定位置。

4.2 起重梁梁窝

硐室施工中，起重梁梁窝要在墙部完成掘进后应随即安排进行掘进，否则在喷射混凝土成巷作业后，梁窝将无法进行单独爆破而风镐支刷难度很大。为保证梁窝位置以及不因梁窝影响墙部喷射混凝土观感，梁窝完成掘进后在喷射混凝土时，可加工并安设简易梁窝木模具，按墙部预留孔方式进行喷射混凝土处理。

4.3 相通巷道连接段

机头硐室连接的硐室通路、配电硐室、操作间硐室等连接处， 在施工过程中要作为重点部位加强支护。根据具体位置关系，在爆破时要防止崩塌，在锚网支护时要合理有效的布置好加强支护的方式，以防地层来压时，连接处应力较为集中，出现裂缝或垮塌现象。

5.结语

煤矿井下大断面硐室施工，由于受井下地质条件所限， 一直是矿建工程施工中的主要难点之一。该硐室施工采用正台阶阶分层施工和锚网索喷一次成巷施工技术，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，对于井下同类大断面硐室的施工值得积极推广。

参考文献：

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作者简介：

党庆业，男，工程师，1994年毕业于山西矿业学院，具有多年煤矿施工技术管理经验，现任甘肃华能工程建设有限公司副总经理兼总工程师。