软岩大断面防爆绞车硐室的支护及快速施工方法

摘要：山西沁源梗阳煤业轨道暗斜井防爆绞车硐室在泥岩中掘进，且上部为煤层，施工中有少量淋水，硐室断面大，采用导硐、二次挑顶刷大施工方法掘进，采用锚网索喷、钢筋混凝土浇筑联合支护，具有一定的借鉴意义。

关键词：软岩；大断面；防爆绞车硐室；支护措施；快速施工方法 文献标识码：A

中图分类号：TD264 文章编号：1009-2374（2016）29-0139-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.064

1 工程概况

1.1 工程地理位置与布置

梗阳煤业防爆绞车硐室是梗阳煤业井巷二期主要工程，它担负梗阳煤业二、三期巷道掘进及3#、6#、10#煤层开采辅助运输提升任务，该绞车硐室采用JBK-3×2.2绞车提升，各采区投产辅助运输均有该绞车来完成，是目前梗阳煤业井下最大硐室。

该绞车硐室设计长度为14.10m，宽度为10.2m、高度为7.2m，荒断面为62.4m2。

1.2 工程地质条件

硐室在泥岩中掘进，泥岩灰黑色，平坦状断口，含黄铁矿、菱铁矿结核，主要成分为泥质及其他陆降碎屑物质泥质胶结，f=2～3，岩石松软、破碎、膨胀且压力大，上部为煤层，煤层厚度约1m，根据勘探资料及已经施工的轨道大巷贯通巷（与绞车硐室同标高）施工资料分析，顶板砂岩水有可能通过节理、裂隙等导入掘进硐室内。

2 设计支护方案及支护参数

2.1 锚杆

采用Φ20×2000mm左旋无纵筋等强螺纹锚杆，间排距为800mm×800mm，每根锚杆配用1支K2335与1支Z2360树脂药卷，锚杆托盘规格：150mm×150mm×10mm的钢托板。

2.2 金属网

全断面铺设1000mm×2000mm×100mm（网格）钢筋网（采用Φ6mm的Q235钢筋加工而成），网与网采用搭接方式，搭接长度为100mm，并用14#铁丝双股绑扎，绑扎间距不大于200mm。

2.3 锚索

采用Φ15.24mm、长6300mm的钢绞线（一排七根），每根锚索配用1支K2335与2支Z2360树脂药卷，锚索托板采用250mm×250mm×15mm的钢托板，锚索间排距为1600mm×1600mm。

2.4 喷射混凝土

混凝土强度C25，喷厚为100mm，速凝剂掺量为水泥用量的2.5%～4%。在普通硅酸盐水泥使用时，需选用标号不低于P.O42.5，选择纯净的中粗河沙，要求碎石为粒径5～10mm的石子。

2.5 钢筋混凝土（双层）

2.5.1 钢筋：纵筋为Φ14mm螺纹钢，@300mm，钢筋搭接长度490mm。环筋为Φ16mm螺纹钢，@300mm，钢筋搭接长度560mm。钢筋搭接、纵筋与环筋交点处均用22#铁丝绑扎，且每隔600mm用一根Φ8mm盘圆箍筋将内外两层钢筋联成整体，内外层钢筋间距为300mm，两层钢筋保护层50mm。

2.5.2 混凝土强度C30，支护厚度为400mm，水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，中粗河砂，粒径为10～20mm石灰岩碎石子。

3 施工方案

在工程施工时，施工方案同样极其重要，它关乎工程的施工安全进程，质量检测以及进度等。一旦施工前期工作准备就绪，施工硐室，首先按2-2断面施工配电硐室，掘进32.7m后，变1-1断面导硐施工通过绞车硐室3-3断面与轨道大巷交叉点贯通，然后二次挑顶刷大施工3-3断面绞车硐室，绞车硐室长度为14.10m，自然通风系统便可形成，同时对于测量贯通成果准确性起到了重要的作用，目的是达到设计的要求。按照当前的施工成熟度来看，同时结合其他的硐室方案，更好地促进施工支护的高效、安全，以高速的运矸、较短的工期，获得连续支护的效果。

4 施工方法

第一，采用导硐和二次挑顶刷大施工，一次导硐断面1-1断面：B掘=4.7m，H掘=3.65m，H墙=1.3m，S掘=14.83m2，二次挑顶刷大在一次导硐断面的基础上向上向较短一侧端墙处挑顶刷大施工，然后进行锚网索喷临时支护，最后再向上进行挑顶刷大至设计断面，掘至设计断面后反向回刷完设计工程量并按设计进行永久支护。施工采用一掘一锚网，两掘一喷，初喷厚度为30～50mm。工作面爆破前初喷距工作面不大于4m，够锚杆锚索排距时，必须打设锚杆、锚索，锚网索支护紧跟迎头，正常使用前探梁临时支护，施工采用P-90B型耙装机出矸，矿车运输。

第二，硐室挖掘完毕后，利用硐室中腰线标定出两墙位置及基础尺寸，用风镐开挖到标准的规定，清除浮矸、排凈积水，进行钢筋混凝土支护：（1）钢筋绑扎：按照内外层钢筋设计间排距用22号铁丝绑牢，钢筋搭接长度为35d。砼内、外保护层分别为50mm；（2）墙模支设：绑扎钢筋完成经过相关的验收达到标准，开始支设模板。立柱采用150mm×150mm方木，间距为1.5m，用锚杆固定，每根立柱上、下各一根，方木钻眼，穿锚杆上，以中心线找好距离后用50mm×50mm方木撑牢，拧紧锚杆螺栓，并横向用50mm×50mm方木钉住，使各立柱之间平行，硐室端墙支模立柱用斜撑与锚矸固定，立柱支好后铺设规格为300mm×1500mm的钢模板；（3）碹胎支设：墙模拆除后，按间距1.5m支设腿子木，腿子木落在实底上，腿子木上架设150mm×150mm托骨梁，其上平高度高于起拱线30mm，然后在托骨梁上架设碹胎，每根碹胎下必须有一根腿子木，并与托骨梁用扒锔扒牢固，用斜撑将腿子木固定；（4）砼浇筑：模板支好以后清理现场，铺设灰盘。砼采用机械搅拌，输送泵上料，对称分层入模，分层厚度300mm，边浇筑边振导，以表面出现灰浆没有气泡为标准；（5）拆模及养护：墙部砼48小时后拆模，拱部砼不小于72小时后拆模，砼终凝后洒水养护，不少于7天。

5 施工技术

5.1 测量放线

导硐施工可确保区域测量成果的可靠性，并能精确给出绞车硐室中心线与轨道暗斜井中心线一致，所以在施工作业时，各方面需严格的控制，使用GTS-102N全站仪测量并及时进行复测纠偏，减小误差，使其可控。先进的测量技术是绞车硐室施工的前提。

5.2 导硐掘进

由于绞车断面大，荒断面达62.4m2，先采用1-1小断面导硐和轨道大巷交岔点贯通，形成了通风系统及两头都可出矸运输系统，加快了施工速度。

5.3 挑顶刷大施工

因本绞车硐室处在泥岩中，岩石破碎有裂隙，一次挑顶高度不宜太高，控制在2m以下，防止顶板冒落，一次挑顶后及时进行锚网喷临时支护，确保了施工安全，二次挑顶在一次挑顶基础上找到设计断面顶板高度，反向回刷并按设计要求进行锚网索喷支护。

5.4 支护控制

支护控制在支护操作中极为重要，一旦支护控制未取得良好的效果，便会造成一系列的事故，安全难以控制。

应用软岩支护理论——先柔后刚，先让后抗，柔让适度，强力支护进行施工，即采用组合拱理论参数，先进行锚网喷支护，并用锚索加强支护，再用钢筋混凝土浇筑进行二次支护。

5.4.1 一次支护采用锚网喷加锚索支护，要求锚矸安装挂网必须及时，锚杆抗拔力不小于75kN，同时注意爆破后的锚杆的紧固状况。在硐室推进中，围岩破坏也会相应的增加其范围，这就需要初喷一层50～70mm混凝土，并增加锚索支护，且锚索预紧力不小于120kN，使围岩早期得到控制。

5.4.2 根据软岩支护理论，二次支护的顺时建设也是需要考虑的重点，既需要释放围岩变形后的应力，也要充分发挥支护作用，二次支护采用钢筋混凝土浇筑支护，砼强度C30，二次支护后控制了围岩应力的释放，使围岩趋于稳定状态。

5.5 施工管理

大断面防爆绞车硐室施工实行监理制，施工过程中施工、建设、监理单位安排有经验的工程技术人员担任，施工单位技术人员现场跟班作业，对各道工序严格把关，做到上道工序不合格，不得进入下一道工序施工，建设、监理单位在工作中采取“巡视”“平行检查”等手段对施工过程进行监督，对重点部位及特殊情况实行“旁站”形式监督，确保了施工质量和进度。同时施工中认真做好隐蔽工程现场记录，按规定预留砼试块经行强度试验。

6 结语

第一，梗阳煤业轨道暗斜井防爆绞车硐室是软岩中的大型特殊硐室，不可反复翻修，所以要求施工时需时刻考虑软岩的特性，采用刚柔兼备的联合支护技术，尤其是特殊机电硐室不可忽视。

第二，导硐挑顶施工法和联合支护的方法可用于软岩大断面硐室施工和支护，采取二次支护后，围岩变形快速趋于稳定，能有效地控制围岩变形。

第三，采用导硐施工法和联合支护方法施工，施工质量达到了设计要求，施工工期50天，比计划提前10天，硐室现已运营一年，并未发现混凝土剥落，有效地证明可联合支护起到了关键性的作用，将锚网索主动支护和钢筋混凝土被动支护相互结合，提升了后期硐室對压力的承压，并结合超前锚网喷临时支护，为施工提供了安全的作业环境。

第四，绞车硐室施工工艺合理，在施工方法的选取上较为合理，保证了工程的安全性，为不稳定岩层以及大断面硐室的操作提供了借鉴。

参考文献

[1] 亓荣强，张树峰，张天胜.软弱岩层大断面绞车硐室快速施工技术研究[J].山东煤炭科技，2013，（4）.

[2] 王传美，任晓东.液压防爆提升绞车硐室施工与支护技术[J].煤炭科学技术，2014，（S1）.

作者简介：许孝建（1979-），男，山东邹城人，中煤第五建设有限公司第三十一工程处项目技术经理，工程师，研究方向：矿井建设、矿井管理等。

（责任编辑：秦逊玉）