斜井表土层穿越淋水区支护工艺方案调整

常　乐，范书恒

（平顶山煤矿机械有限责任公司，河南平顶山467000）

斜井表土层穿越淋水区支护工艺方案调整

常乐*，范书恒

（平顶山煤矿机械有限责任公司，河南平顶山467000）

斜井表土层淋水区支护工艺是巷道掘进施工难点之一。首先对副斜井表土段冒顶原因进行分析，根据淋水段顶板岩性，对比了不同支护工艺方案的优缺点，把原工艺方案调整为超前短管棚配合拱架临时支护、滞后砌碹平行作业的施工工艺方案，根据施工实际情况，增补改进了部分支护工艺方案。实验表明支护方式调整以后，表土层强度和被动支护作用得到加强，控顶时间大大减少。该种斜井表土层穿越淋水区支护工艺方案为同类型巷道掘进提供重要参考。

斜井；淋水区；支护工艺

1　概述

斜井表土巷道在施工时对矿压的响应非常敏感，当受到水的侵蚀时，岩层的透水性、溶蚀性、膨胀性和崩解性造成顶板下沉量增大容易引起冒顶，因此，防治水的侵蚀成为软岩巷道支护所重点关注的问题［1］。目前很多研究者对穿越表土巷道支护方式进行研究，徐国领［2］对极软表土层支护技术研究，应用U型钢支架与短锚杆全长锚固巷道底角加锚索并喷射混凝土封闭围岩支护方式，使围岩结构面得到强化。张小俊［3］对表土段斜井井筒的支护设计进行研究，采用直墙拱衬砌结构型进行了内力计算，表明拱顶处于最不利截面。许宝国［4］通过副斜井表土段支护设计及数值模拟研究确定采用U29钢棚喷射砼支护，达到了支护预期效果。通过改变临时支护工艺对表土层淋水区支护方式进行研究。

2　先掘后喷、及时砌碹施工方案

郝家梁副斜井井筒断面采用半圆拱形断面，井筒净宽5.6m，净高4.8m，净断面23.5m2，设计井筒总长为2408.3m，倾角6°，表土层厚度垂深为130.51m。土层地质以灰黄色、棕黄色亚砂土为主，局部粘性成分含量较高，岩性显示为亚粘土，工程上命名为粉土和粉质粘土。新近系上新统岩性是颜色为棕红色—褐红色，硬塑—坚硬，密室状态，土质较均匀细腻，粘性好，含水量较大。原施工方案采用先掘后喷、及时砌碹的施工工艺，表土段断面图如图1所示。在2013年8月，副斜井井筒表土段施工至+538.7～+540.4m时，发生冒顶及片帮，最大冒落区域高度达到6～7m；2013年1月，在施工+597.7～+581.2m段的过程中，再次发生大面积冒顶片帮，冒落体体积约200m3。在40m范围先后发生2次冒顶，且冒落程度显著增大，分析其显著原因如下：

（1）土层地质条件变化，本段土体松软易塌；

（2）井筒涌水量的增加，井筒涌水量由原来不超过5m3/h增加到12m3/h，导致土层被水浸泡变软，极易发生冒顶片帮。

（3）施工工艺不完善，如控顶时间长、距离大等导致冒顶片帮。

图1　表土段断面图（单位：mm）

3　超前管棚支护方案

针对冒顶片帮原因分析，为保证安全施工，加强顶板管理，采用超前短管棚配合拱架临时支护、滞后砌碹平行作业的施工工艺。

3.1临时支护设计

临时支护方式采用打管棚、架设18#U型钢梁、背木板施工。

3.1.1管棚设计

（1）管棚采用1.2寸钢管制作，长度2m，布置在掘进断面拱部，距拱0.2m，拱顶中间部位布置8根，间距0.3m，拱部两侧间距0.5m。

（2）管棚导向端做成尖形，管棚前端深入土层中，后端搭接拱架不得小于50cm，钢管打入迎头土层内1.5m，外漏0.5m。

（3）钢管沿巷道轮廓线纵向近水平外插设置，外插角为6°。

3.1.2“U”型钢梁设计

“U”型钢梁采用现场18#U型钢梁架设，每0.5～1.0m设一架，，每架钢梁设5道根拉杆，用电焊或螺丝固定拉用，Ø16mm圆钢制作，支腿底部焊接200mm× 200mm×10mm钢板，木背板厚50mm，浇筑砼时不予拆除直接浇筑其中。

3.2永久支护

混凝土永久支护距工作面迎头不大于1.5m。

3.2.1架碹、支模、验模

（1）为保证砼体的几何尺寸及坡度，支模碹台采用槽钢，模板采用12#槽钢制作，支模时必须将模板除污、打磨光滑平整并刷油；

（2）拱顶与墙体分别架设，分时浇筑，2次成形，拱顶浇筑为1.5m一个循环，单侧墙体为3m一个循环，浇墙时左右依次呈“迈步式“浇筑，不得同时浇筑同位置的拱墙；

（3）立拱腿时，拱墙的拱腿和原顶拱的拱腿错开距为半碹，不得对缝（0.2～0.6m左右）；

（4）模板支设后，放线校正模板、验模合格，符合要求后即可浇筑砼。如此循环完成整个掘支循环段距的素砼。

3.2.2混凝土的配制及浇筑

（1）地面设混凝土搅拌站，按试验室出据的配合比计量配料，搅拌机拌和，自卸式汽车运输拌和料，现场人工上料，C30混凝土配比采用通用配比如表1所示；

表1　C30混凝土配合比表

（2）浇筑时必须两侧对称上料，每次上料的厚度不超30cm，并及时用振捣棒振捣；

（3）为防止在浇筑时水泡混凝土，必须在工作面最低处挖一小水窝。如墙体下有积水时必须将水引向水窝；

（4）施工顺序：拱顶中间开挖→打管棚、背木板→向拱顶两侧开挖→打管棚、背木板→放线→支模→验模→浇筑→墙体开挖→放线→支模→验模→浇筑；

（5）原材料：砂子选用中粗砂，石子选用10～30mm碎石，水泥选用42.5R普通硅酸盐水泥。防水剂掺量：根据防水剂检验报告掺量为水泥重量的10%。顶拱按照测量给定的激光架设，激光须具备方向、坡度2项指标的指向性；

（6）拆模：拆模时间不得低于72h；

（7）养护：井下比较潮湿，采用自然养护。

4　锚杆支护补充方案

根据岩石的水理性质，结合现场条件变化，本着保证施工安全、提高施工进度的原则，认为可局部改变工程施工工艺，建议如下：

超前及临时支护为锚杆支护。锚杆以与工作面径向外夹角30°打入，锚杆长2.2m，每掘进0.75m，形成超前1m支护，锚杆支护示意图如图2所示。锚杆为Ⅱ级左旋无纵筋螺纹钢，直径20mm，长2.2m，使用CK23/60树脂锚固剂全长锚固，锚杆锚固力不小于50kN，锚杆间排距700mm×700mm。锚杆托板采用木板，规格400mm×400mm×50mm。

图2　锚杆支护示意图（单位：mm）

5　结论

（1）采取斜井表土层穿越淋水区工艺方案为超前短管棚配合拱架临时支护、滞后砌碹平行作业的施工工艺方案，大大加强了表土层强度和被动支护作用，最大限度地减少控顶时间，一定程度上减缓浸水表土层产生的蠕变变形，支护作用比较明显。

（2）根据试验、实际情况在超前短管棚配合拱架临时支护、滞后砌碹平行作业的施工工艺上增添改进了部分支护工艺，利用锚杆预紧力作用提高不稳定顶板的稳定性，降低冒顶事故的发生。应用锚杆的力学特点提高土层的整体刚度，形成大范围有效应力区，控制锚固区土层的离层、滑动、裂隙张开和新裂纹产生等扩容变形与破坏，使主动支护作用得到充分发挥。

［1］东兆星，吴士良.井巷工程［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2009.

［2］徐国领.极软表土层支护技术研究［J］.价值工程，2013（30）：97-98.

［3］张小俊.表土段斜井井筒的支护设计［J］.煤炭工程，2012 （7）：32-33.

［4］许宝国，姚峰，等.副斜井表土段支护设计及数值模拟研究［J］.煤炭技术，2010（6）：76-78.

TD3

B

1004-5716（2016）09-0123-03

2015-10-21

2015-10-23

常乐（1987-），男（汉族），河南许昌人，工程师，现从事矿山开采和巷道掘进等技术工作。