大断面硐室正台阶分层施工应用实践

马楠+班训海+颜超

摘 要：煤礦井下硐室由于断面大、服务年限长，在施工过程中存在着掘进难度大，巷道支护设计要求高等问题。本文主要介绍了崔庄煤矿井下支架检修硐室施工方案选择、锚网索喷联合支护设计等。通过实践证明采用正台阶施工法、锚网索支护工艺实现了大断面硐室快速掘进与安全支护。

关键词：大断面；硐室；正台阶施工；锚网索喷联合支护

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.107

微山崔庄煤矿位于滕南煤田南部，井田面积约11.91km2，地面标高+31.70～+32.80m。煤层顶底板都较为平整稳定，为较稳定型顶板，矿井工程地质条件属中等（Ⅱ类）。

1 工程概况

为满足大型综采支架在井下拆装、检修需要，特在井下支架存放硐室开口10m后对原硐室进行扩宽加高，作为支架检修硐室。硐室设计长度30m；断面为圆弧拱型；净宽6.0m、净高6.5m，结合装车后支架的高度，确定硐室墙高为3.5m；锚网索喷浆联合支护，混凝土喷厚0.15m；S净=35.1m2，S荒=39.9 m2。

支架检修硐室布置在3上煤顶板岩石中，为砂质泥岩，平均厚度约为10.73m；再往上为中砂岩，平均厚度约为14.12m。

2 施工技术方案

2.1 施工方案选择

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、导硐施工法、台阶式分层施工法。

（1）全断面施工法：按巷道（硐室）的设计掘进断面一次将硐室掘出。适用于围岩稳定、断面高度不是很大（不大于5m）的巷道（硐室）掘进。优缺点：便于机械化施工。

（2）导硐施工法：在巷道（硐室）的某一部位先用小断面的导硐掘进，然后再进行扩帮、挑顶、挖地，将导硐逐步扩大至设计断面。可以一次掘至巷道（硐室）全长然后再进行扩硐；也可以使导硐超前一定距离，再进行扩硐工作。根据导硐在巷道（硐室）断面内的位置不同，又可以分为中央上导硐、中央下导硐、单侧下导硐、双侧下导硐、上下导硐等多种具体的施工方法。适用于围岩稳定性差、断面又较大的巷道（硐室）。优缺点：能有效的缩短围岩的暴露面积和时间，使巷道（硐室）的顶、帮易于维护，施工安全得到保障。但该法步骤多、效率低、速度慢、工期长。

（3）台阶式分层施工法：将巷道（硐室）沿其高度分为几个分层，按照一定的施工施工顺序分次进行掘进、支护的施工作业方法。先施工上分层工作面时称为正台阶分层施工法；先施工下分层工作面时称为倒台阶分层施工法。适用于围岩稳定或中等稳定、断面较大的硐室。优缺点：采用此方法由于空间宽度较大，工人作业方便，与导硐法相比，具有效率高、速度快、成本低的优点。

2.2 施工方案确定

为了确保围岩稳定性，保证施工作业安全，同时为加快硐室掘进速度，经过对比论证，决定采用正台阶分层施工法。

2.3 施工顺序

（1）支架存放硐室开口5m按照设计断面正常掘进；（2）支架存放硐室开口5m后，再经5m逐步将巷道断面扩大至支架检修硐室设计断面；（3）沿支架检修硐室顶板，施工硐室上分层至设计长度30m；（4）施工硐室下分层。

2.4 施工方法

（1）硐室采用钻眼爆破的方式，沿5‰上山掘进，严格按标定中、腰线施工；（2）支架存放硐室开口5m后，再往前每掘进1m，硐室净宽扩宽240mm（每帮外扩120mm），向上挑顶净高增加260mm，5m后将硐室断面由净宽×净高=4.8×5.2m扩大至净宽×净高=6.0×6.5m，墙高3.5m；（3）按照净宽×净高=6.0×3.5m，墙高0.5m的圆弧拱形断面施工硐室上分层，采用一次打眼，两次装药，两次爆破的方式掘进，先爆破下部炮眼，再爆破上部炮眼；（4）按照净宽×净高=6.0×3.0m，的矩形断面施工硐室下分层，采用一次打眼，一次装药，一次爆破的方式掘进。

3 支护技术方案

3.1 支护方案的确定

支架检修硐室布置在3上煤顶板岩石中，由于硐室跨度及断面积都比较大，为有效控制围岩，提高支护强度，降低支护成本和劳动强度，结合本矿及周边矿井应用实际，通过工程类比法，选择锚网索为硐室的主要支护方式。同时考虑到硐室服务年限较长，为防止围岩分化、锚杆（索）、经纬网等金属材料锈蚀，因此，在锚网索支护的基础上增加喷浆支护。综上，支架检修硐室最后确定的支护方式为锚网索喷浆联合支护。

3.2 辅助支护

顶、帮均采用网格为50×50mm的经纬网加钢筋梯，网片搭接处（网间搭接长度不小于100mm）每隔200mm用12#双股铁丝连接在一起，使得锚杆索与经纬网形成支护的同一整体。

结合锚杆（索）的 外露长度，确定硐室混凝土喷浆厚度为150mm。

4 主要安全技术措施

（1）严格在巷道轮廓线上打眼，要求开孔位置精确，误差在50mm以内，炮眼的深度、角度和个数，符合作业规程中光面爆破的设计要求，杜绝超挖、欠挖的现象，且必须使用湿式打眼。

（2）该巷道采用3根金属前探梁作为临时支护，每次爆破后，必须先将前探梁伸到控顶区，铺好支架和金属网，并用背板和木刹将其与顶板结实。

（3）巷道整体变形较大，冒顶、片帮严重时，应缩小锚杆间排距为600mm，并每隔600mm加打两根?17.8×8000mm锚索，间距1800mm，排距1200，“矩型”布置或增加架棚复合支护，排距600mm，位于锚杆排距中间。

（4）锚杆（索）支护及喷浆质量要求必须符合工程要求。

5 结语

施工实践证明，采用正台阶分层施工法，能够解决大断面硐室施工的困难，不仅加快了施工进度，而且大大降低了劳动强度，提高了施工安全系数。大断面硐室采用锚网索加喷浆的联合支护形式具有工序简便、易于操作、施工方便的特点。同时，还可以使大断面硐室围岩形成新的承载结构，有效的控制围岩变形，从而达到大断面硐室长时间使用和降低整修率的目的。因此，采用正台阶分层施工法施工大断面硐室，并配合锚网索加喷浆对硐室进行支护，在技术上是可行的，经济上合理的，具有广泛的推广应用价值。