矿山斜井井筒掘进及支护技术应用初探

2020-12-31张晓楠

中国金属通报 2020年8期

张晓楠

（辽宁东煤基本建设有限责任公司，辽宁沈阳 110122）

国内诸学者对斜井井筒施工的过程中表土层段和基岩段巷道的掘进及支护进行过大量的研究，并取得了显著的效果。但是，对斜井井筒施工中明槽转暗硐支护技术的研究很少，应用指导性论文更是寥寥。因此，本文结合阜新平安矿的架空人车斜井明槽转暗硐掘进，应用管棚注浆超前支护技术进行施工探索，对斜井井筒明槽转暗硐掘进施工具有重大意义。

1 巷道概况

阜新平安矿的架空人车斜井井口位于矿区工业广场北部，井筒南侧为矿区办公楼，东侧有主、副井斜井井筒，西侧为矿停车场地，北侧为国铁运输铁路。

阜新平安矿的架空人车斜井设计长度为925m，坡度为-22°，表土段井筒长度为47m，净宽7200mm，净高5100mm，净断面31.15m2，掘进断面42.8m2。

架空人车斜井与地面及邻近采区和旧巷情况，详见表1 地面相对位置及邻近采区和旧巷情况。

表1 地面相对位置及邻近采区和旧巷情况表

地质构造为单斜构造，走向为N47°～50°E，倾向为SE，倾角为18°～21°。明槽转暗硐段处于表土层和风化带交界面位置。

2 支护设计

2.1 超前支护及临时支护

明槽转暗硐交接处井筒过表土层及风化带时，采用预先安设管棚管作为超前支护，钢管采用φ42.25mm长6m钢管，沿井筒掘进断面外轮廓线布置，间距为200mm。管孔使用岩石钻机进行打眼，孔直径为80mm，为预防塌孔，单孔打钻结束后直接安设钢管并进行充填注浆。掘进时，采用U29型钢棚进行临时支护，钢棚由五节组成，搭接长度为400mm，柱窝深度600mm，棚距为500mm，棚与棚之间使用连接板连接固定，钢棚应贴紧岩面，棚与棚之间连接板必须布置在一条直线上。

图1 矿井掘进超导管剖面

图2 管栅注浆孔布置图

2.2 永久支护

永久支护采用双层钢筋混凝土支护，钢筋采用φ16mm螺纹钢，保护层为50mm，间排距为300mm×300mm，砌碹厚度为500mm，墙基础深度为500mm，混凝土强度C30。为有效预防斜井井筒渗漏水，施工时在砌碹混凝土中掺入絮凝剂。

图3 表土段断面图

3 明槽转暗硐施工技术

根据架空人车斜井的巷道特征、地质条件以及其他类似斜井工程施工经验，明槽转暗硐交接处井筒施工主要采取了以下技术方案。

3.1 明槽开挖

使用一次性开挖手段对明槽进行开挖，分为上中下三段，对每段进行浇筑。施工前考虑明槽段开挖深度，调动4台自卸车和2台挖掘机进行排土，挖掘的坡度为-22°。开挖区域分为三段，放坡休止角保持在60°。临时支护使用插板、打木桩方式，可以避免边坡坍塌。

矿山井下挖掘达到设计要求，可以对底板实行硬化，直到硬化强度达到相关设计要求时，进行绑扎钢筋，稳固内膜，组立外模，架设碹胎，对底板进行整体加固后，继续进行浇筑施工，混凝土，所用的内模碹胎为12#矿工字钢，碹板是九厘米木板，内外模采用对拉螺栓固定。为保证浇筑质量，采用先墙后拱的浇筑方式，墙体一次浇筑完成，拱部分四段浇筑。井筒明槽浇筑完成后，待混凝土强度达到设计强度70%后进行回填。

3.2 明槽转暗硐交接处加固技术

根据架空人车斜井施工中揭露的地质情况，为保证明槽转暗硐交接处施工安全，防止交接处冒落，利用明槽外露对拉螺栓支模，对交接处及边坡进行浇筑C20混凝土加固，混凝土厚度500mm，宽度1000mm。

3.3 井筒掘进及架棚支护

明槽转暗硐采用管棚管注浆法进行超前支护，U29钢棚作为临时支护，短掘短支同时配合临时小井排水。采用挖掘机挖掘，人工风镐配合开帮、挑顶，由巷道拱基线向正顶挖掘，循环进尺不大于0.8m。岩土利用挖掘机装入综掘机铲板上，通过综掘机和皮带运到地面矸仓，汽运至矸石山。在管棚管超前支护下，巷道掘进断面满足设计要求后，挖出腿窝，架设钢棚，卡子螺栓拧紧，达到设计扭矩值。

图4 U29型钢棚支护断面图（mm）

3.4 混凝土砌碹

架棚施工2.4m后进行钢筋混凝土支护。井筒墙基础与两墙体钢筋绑扎、立模、混凝土浇筑。混凝土浇筑使用商品混凝土，地泵铺管浇筑，浇筑时先浇筑底板，浇筑7天后进行墙部浇筑，最后进行拱部浇筑。浇筑时采取均匀入模，分层振捣方式，直至封顶。浇筑前设置堵头模板，钢筋按设计搭接长度预留。拆模时间不小于72h，混凝土强度达到设计70%。