莒山煤矿下组煤主斜井开拓特殊段施工方案研究

孔 晋 刚

（山西兰花煤炭实业集团有限公司，山西 晋城 048000）

1 工程概况

莒山煤矿3 号煤层储量日渐枯竭，现已进入残采，为实现生产接替，进行下组煤水平延深项目建设。设计地面生产系统利用原有的选煤厂、5 联体筒仓及铁路运输线路，新建井口房、空加室、原煤封闭储煤棚、筛分楼、带式输送机栈桥、暗道、副井绞车房、器材库、机修车间、综采设备库、坑木加工坊、锅炉房；开拓工程新掘主斜井、副斜井、回风立井，延深利用现有主斜井（改造为行人斜井）以及井下各辅助生产项目和井底车场、煤仓、中央变电所、水泵房、水仓等主要硐室开拓，项目建设的占地在原3 号煤层的生产区内。

主斜井井筒开拓设计坡度16°，方位角256°，净断面14.7m2，表土段井壁采用钢筋混凝土支护，混凝土支护厚度为500mm，强度等级不低于C25。基岩段采用锚网喷支护，锚杆采用MSGLW- 335/Φ20×2000mm 型左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距800mm×800mm；每根锚杆采用一卷K2335 快速树脂药卷和一卷Z2360 中速树脂药卷，设计锚固力≥110kN，安装预紧扭力矩≥120N.m；托盘采用高强度拱型托盘，规格为120×120×8mm；铺设Φ6mm 钢筋焊接的钢筋网，网格尺寸为100×100mm；喷射混凝土厚150mm，强度不低于C20，施工过程中，如遇构造或软岩，应采取注浆堵水措施，或采用其它方式进行加强支护。井筒内一侧装备带宽1000mm 的带式输送机担负井下原煤提升任务，另一侧敷设检修轨道，井筒侧帮上布置有行人台阶、扶手，同时作为矿井一个进风井筒和安全出口[1]。

由于地面临近的矿供应科库房楼，需要进行保护。井筒表土段施工不可以进行大面积明槽开挖，分两段进行，明槽开挖和暗槽开拓。井筒施工穿越地面中央变电所垂直位置时，需采取措施。根据3# 煤层巷道布置情况，井筒穿越3# 煤层时，相遇三条空巷，需采取专项施工方案及安全技术措施。

2 施工方案

2.1 井筒表土段施工

在井筒表土段施工时，需要参照井筒综合柱状图，表土段厚度71m ,主要为黄土层和风化基岩层。施工深入稳定基岩5m，施工总斜长76m，坡度16°，垂深20.9m。根据实际情况，表土段施工不可以进行大面积明槽开挖，分两段进行，明槽开挖和暗槽开拓，如图1 所示。

明槽段平行位置23m～28m 段处于供应科库房楼，明槽开挖后会对供应科库房楼影响，地基松动，为确保工程质量及对供应科库房楼的有效保护。明槽开挖前在供应科库房楼前0.65m、距井筒中心7.35m 处平行布置护壁桩10 根，桩间距500mm，桩孔直径300mm，护壁桩垂直施工深入井筒底板5m，然后制作加工φ16mm 钢筋4 根均匀布置、φ6mm 箍筋稳固焊接后，放入桩孔内，进行混凝土浇筑，浇筑时采取措施确保混凝土浇筑密实，充填严实。凝固期满后进行明槽开挖，保护楼体基础稳固，防止边坡滑坡[2-3]。明槽开挖长28m，斜长29m。明槽开挖底部宽6.5m，上口宽度由井口至28m 位置逐步递增至13.7m，至28m位置施工垂直深度8.62m。为对建筑物楼梯进行保护，根据现场实际情况，边坡左侧开挖坡度60°，右侧开挖坡度70°。明槽开挖逐层进行，每层开挖深度2.55m，开挖后及时对两侧边坡及迎脸裸露面进行锚网喷临时支护，保护边坡防止滑坡。

图1 明槽开挖和暗槽开拓示意图

表土段暗槽施工28m 至76m 段，处于黄土层和基岩风化层，直接开挖容易造成局部垮落、冒顶等情况，暗槽开挖前首先沿井筒拱顶外壁施工φ50×4mm、长3m 的无缝钢管，间距300mm 布置，作为超前支护，防止开挖后表土层垮落、塌方。循环进度2m，每个循环都必须施工超前支护。循环开挖后布置14# 槽钢拱形支架支设2 架，沿拱顶槽钢外圈铺设钢筋网片接顶，再进行钢筋混凝土浇筑。主斜井井筒施工至78m～125m 段，经过地面中央变电所，循环进度由2m 变为1m，降低循环进度，采用小炮开拓，减小对地面建筑物及供电系统的影响，同时地面加强巡查。爆破施工前，通知地面并设置警戒，爆破后由专人负责对地面受影响范围进行巡查。

2.2 空巷治理措施分析

根据3 号煤层回采巷道布置资料，主斜井井筒施工至235m 处与3# 煤层废弃空巷揭露，相遇空巷3处，其中1 处空巷位于主斜井井筒底部，2 处空巷与主斜井井筒水平十字相交,如图2 所示。

图2 1# 空巷剖面图

施工至 160m， 距井筒底部空巷垂直距离20m，160m～190m 段根据井筒开拓进度在井筒底板中心位置逐步对底部空巷进行布孔灌浆，布孔垂直于底板，孔距 10m，共布置钻孔 4 个（编号为 1#、2#、3#、4#）。井筒开拓至200m～215m 位置，停止施工，将该段作为主施工钻场，进行布孔，孔距5m，共布置钻孔4个，放射布孔确保覆盖下部空巷（5#182°、6#159°、7#136、8#113°）。所有钻孔均施工深入空巷底板以下2m，施工钻孔孔径94mm、二次进行扩孔后孔径133mm。

首先进行灌浆，160m～190m 的4 个钻孔根据开拓进度逐一进行灌水泥砂浆。钻场内200m～215m 段的4 个钻孔集中灌浆，顺序为4#- 3#- 2#- 1#。其次进行注浆，封口注浆管埋设采用规格φ42mm 无缝钢管，长度3m，端头对称开孔（留设注浆口和安装压力表）， 孔口外漏长度 300mm～500mm。 注浆顺序1#- 8#- 2#- 3#- 4#- 5#- 6#- 7#。1#、8# 孔注浆时采用低压间歇注浆方式，避免过大的扩散而浪费浆液，2#- 7#孔注浆直接注单液浆，半小时不升压，改注双液浆，或在压力达不到终压的60%时改注双液浆，注浆时应密切关注压力表读数和井筒底板情况，避免出现跑浆现象。

灌注浆配合比为水泥砂浆配合比1:3。单液浆配合比为水灰0.75:1～1:1。双液浆配合比为水灰0.75:1～1:1，水泥水玻璃1:0.5。初始注浆压力以静水压力的1.5 倍左右控制，即2.0MPa，注浆终压力为静水压的2.5 倍，即3.2MPa。进行带压密集注浆，确保井筒下部空巷充填密实，保证井筒不受底部空巷影响。

2# 空巷位于井筒中下部，3# 空巷位于井筒中上部。井筒开拓距空巷20m 范围，进行探空释放空巷内瓦斯、二氧化碳及有毒有害气体，20m 范围内开拓要加强监督、检查，直至揭露空巷。

穿越2# 空巷时，由于该空巷位于主斜井井筒底板以下，揭露空巷后施工工序：

1）对主斜井井筒帮壁进行加固临时支护，接续主斜井井筒两帮空巷口部施工锚索进行锁口支护，防止垮落、塌方接续对两帮空巷及底部进行巷道内杂物清理，并对空巷进行维护、加固，采用锚网支护，间排距800×800mm，加固长度两帮各6m。接续在空巷底部铺设φ159×6.5 的无缝钢管三根，用于导流空巷内部老空积水；

2） 在两帮空巷里面6m 位置施工底梁+ 砖混结构挡墙并接顶，底梁宽1m、高0.5m，配φ16×200、箍筋φ6×200 的钢筋作为砖混挡墙基础，对挡墙起到稳固作用；

3）对空巷采用片石充填至主斜井两帮空巷口部1m 位置，同样施工底梁+ 砖混结构挡墙，并预留注浆孔。第六对空巷进行密集注浆，进一步加固。

穿越3# 空巷时，采用同样的施工方案，由于位于井筒中上部，需在井筒拱顶预埋导水管，将积水引流至井筒内外排。2#、3# 空巷完成上述工序后，在预留孔进行带压密集注浆，注浆配合比及注浆压力同1#空巷。主斜井井筒穿越2#、3# 空巷时，该段处于煤岩交结段，拱顶及两帮围岩稳定性差，容易垮落，在井筒底板横跨井筒各布置3 根水泥横梁+ 配筋，布置方式同挡墙底梁，横梁两端与挡墙底梁连接浇筑，起到井筒底板稳固不下沉，井筒穿越该段采用25U 型刚棚+锚网支护+ 五花布置锚索。

3 结 论

根据主斜井井口明槽开挖初期，采取打设护壁桩，明槽分段施工，合理控制明槽开挖边坡角度，有效保护井口周围楼房建筑基础的稳固，通过对井筒底空及水平十字相交空巷充填注浆，加固维护，有效防止井筒底板下沉、帮壁围岩变形，有效起到隔绝废旧空巷、堵漏、堵水作用。