粗糠田煤矿井筒表土段可伸缩刚性支架支护实践
2023-10-19王振东胡胜利
王振东 胡胜利
（贵州国源矿业开发有限公司，贵州 贵阳 550000）
粗糠田煤矿属于兼并重组矿井，原有风井不能满足通风要求，需新建回风斜井。为了解决回风斜井施工进度慢的问题，通过优化井筒支护设计，提升掘进效率，达到快速释放产能的愿景。
1 概况
粗糠田煤矿处于建设阶段，布置有主斜井、副斜井、行人斜井、回风斜井，回风斜井为技改新建井筒[1]。井筒需揭露第四系、三叠系永宁镇组、三叠系飞仙关组、二叠系上统龙潭组，其中第四系松散物岩组以灰黄色黏土、块石土、碎石土等堆积物为主，平均10 m 左右，岩石普遍结构疏松，胶结程度低，力学强度亦低，且差异性大，岩体稳定性差。井筒地层情况见表1。
区域内含煤地层龙潭组含可采煤层3 层（1、3、5 号），煤层直接顶板多以粉砂质泥岩、泥岩为主；底板多以泥质粉砂岩、粉砂岩等组成，煤层结构简单[1]。随着矿井一期工程进行，主斜井等井筒已从5#煤层底板掘进至1#煤层顶板，巷道揭露的围岩裂隙不发育，稳定性较好，总体呈层状。岩石等级划分见表2。
表2 井筒砌碹段岩石组岩石质量等级表
回风斜井井筒在1#煤层开口，以-23°倾角沿1#煤层顶板掘进，距离煤层顶法向距最大25.4 m，井筒全长717 m，皆位于1#煤层顶板，其围岩体以粉砂质泥岩、泥岩为主，岩层多含束羊齿、栉羊齿等动植物化石。
2 井筒支护方式选择
2.1 传统砌碹支护方式
2.1.1 钢筋混凝土设计支护方式
回风斜井井筒开口处为碎石土、黄色黏土，节理发育、不稳定，井筒围岩稳定性较差，表土及碎石呈脆性，受降水及放炮松动易垮落。前期已通过向井筒边坡裂隙内注入高分子注浆材料，现井筒第四系风化裂隙及表土破碎危岩已得到良好控制。
回风斜井井筒原设计采用钢筋混凝土支护，设计净宽5.0 m，净高4.3 m，净断面18.81 m2，如图1。
图1 回风斜井设计断面图（mm）
2.1.2 配筋支护设计
采用直径为20 mm 的纵向钢筋和横向钢筋，钢筋间距均为200 mm。横向钢筋采用内筋和外筋两种形式配合，通过直径8 mm 的联系筋连接。每个钢筋骨架采用21 根钢筋连接，钢筋骨架排距为1 m，钢筋骨架间采用84 根横向钢筋连接。浇筑混凝土强度不低于C30，钢筋保护层不低于50 mm。如图2。
图2 配筋断面图
2.2 U 型棚+喷射混凝土联合支护方式
临时支护采用超前管棚支护，管棚采用Φ32 mm、壁厚3.5 mm、长度3000 mm 钢管制作，环向间距200 mm。
永久支护采用U 型棚+钢筋混凝土砌碹支护，U 型棚棚距为800 mm。
U 型棚采用U29 型钢制作，其内净宽为5.6 m，中高4.6 m。施工断面如图3。
图3 U 型棚+喷射混凝土联合支护断面图（mm）
2.3 支护方式比较
综上介绍，回风斜井表土段围岩破碎，适合采用U 型棚+喷射混凝土联合支护方式。该支护方式具有一定的可缩性，既能在一定程度上抑制巷道围岩变形，又能适应围岩变形，达到让压的目的[2]。围岩稳定及局部易脱层巷道适合采用锚喷支护，围岩较破碎且来压明显巷道适合采用砌碹支护。在综合考虑施工工序、施工时间、劳动强度、支护方式的适用范围及矿井地质构造条件的基础上[3]，经对比，U 型棚+喷射混凝土联合支护作为回风斜井表土段的首选支护方式，提高经济效益，确保安全生产[4]。
比较指标见表3。
表3 粗糠田煤矿回风斜井表土段支护方式比较
3 U 型棚+喷射混凝土联合支护施工工艺
3.1 材料准备
1）U 型棚。采用29U 型钢加工，梁腿搭接长为500 mm，搭接处使用三副卡缆，拉杆长900 mm，拉杆螺纹M16，倒角为1.5 mm。
2）混凝土喷浆。喷射混凝土采用425 普通硅酸盐水泥及细砂石，加水泥质量的3%～5%速凝剂，喷射混凝土的强度不低于C30，底板铺设强度不低于C15。
3）配料。水泥:砂=1:2.5（质量比），水灰比0.5。随拌料随喷，拌好的潮料不得放置2 h 以上[3]。
3.2 施工工艺
井口开口先沿巷道中心线方向布置1 圈锁口管棚，环向间距200 mm。超前管棚支护完成后，再根据巷道设计断面和围岩特性等条件全断面掘进，采用一次成巷钻爆法施工。
施工顺序为：工作面安全条件检查→超前临时支护→施工炮眼→装药→安全检查→放炮→敲帮问顶→临时支护→架棚→出货→进入下一循环。
4 结论
1）从矿井实际施工进度及支护效果发现，U 型棚+喷射混凝土联合支护虽然在支护成本上偏高于传统砌碹支护，但其支护效果好、施工工艺简单、劳动强度小等优点有利于表土段巷道的快速安全掘进。
2）U 型棚+喷射混凝土联合支护可在施工程序上拆分成两步同时作业，有效提高了井筒掘进效率。
3）U 型棚+喷射混凝土联合支护适用范围广，成巷后美观，服务期长，可作为矿井井筒表土段施工、巷道过断层、石门揭煤等特殊地段的永久支护方式。
