大断面硐室快速掘进及小层间距过巷加固方案与技术分析

李德宝

【摘要】中煤新集刘庄煤矿131101胶带顺槽机头硐室断面大，同时掘进期间将从1311采区轨道上山上方穿过，最小层间距3.6m，通过优化施工方案与技术，采用台阶法分次截割施工法及采用套棚（U型棚）+喷浆+深浅孔注浆的加固支护形式，达到安全、快速、高效，确保了掘进安全，达到了快速掘进的目的。

【关键词】大断面硐室 快速掘进 方案 技术 过巷

1工程概况

刘庄井田位于安徽省阜阳市颍上县北部，南距颍上县城20km，西至阜阳市40km。东西走向长约16.0km，南北宽3.5～8.0km，面积约82.2km2。刘庄煤矿始建于2003年2月，2007年6月建成投产，2018年11月核定生产能力1100万吨/年，工作面采用综合机械化生产，一次采全高，全部垮落法管理采空区顶板。因使用设备大，设计断面普片要求较大，矿井产量大，工作面接替较紧张，对掘进单进有较高的要求。

131101胶带顺槽机头硐室，设计长度为99.412m，其中大断面共计33m，掘宽8.76m，掘高5.28m，掘面积达到38.02㎡，属于大断面拱形断面。采用综掘机掘进，断面内岩石硬度f≤8。硐室掘进期间将过1311采区轨道上山，最小层间距3.6m。131101胶带顺槽机头硐室施工存在3个难题：一是受工作面接替工期制约，施工工期短，要求该硐室施工工期不超过一个月;二是大断面综掘机掘进施工，顶板、帮部安全管理难度大;三是过巷层间距小，通过设备（EBZ-200C型掘进机）重量达58t，过巷加固要求高，在不影响掘进的前提下，需提前采取有效加固措施。

2大断面硐室快速掘进施工方案

2.1支护参数及要求

131101胶带顺槽机头硐室分别穿细砂岩、泥岩层施工，顶板较稳定，为确保巷道支护强度，该巷道采用锚网索喷支护形式，锚杆选用杆体规格为Ф22mm、L=2500mm的高强度、高预应力螺纹钢树脂锚杆，间排距800×800mm，每排21根。锚索选用Ф21.8mm、L=9200mm的预应力钢绞线制作，间排距1600×1200mm，每排8根。混凝土：水泥选用不低于P·C32.5R级复合硅酸盐水泥，黄沙为纯净中粗河沙，瓜子片粒径为5～10mm的碎石子。速凝剂型号为J85型。

2.2硐室掘进施工方案优化

131101胶带顺槽机头硐室采用综掘机掘进，巷道断面大，为确保掘进期间安全管理，采用台阶法分次截割施工法：先施工上台阶（3.5m高），待巷道贯通后再采用综掘机统一铲底，达到设计高度;综掘机截割上台阶时，因巷道跨度大（宽8.76m），一次截割成巷需要180分钟，存在顶板空顶时间长，顶板易片掉，对安全管理不利，为确保掘进期间顶板安全，施工时采用综掘机分次截割，即综掘机截割右侧（面向迎头）→临时支护→锚杆支护→综掘机截割左侧（面向迎头）→临时支护→锚杆支护。因巷道断面较大，掘进过程中锚索支护滞后距离顶部锚索滞后距离由30m调整为距迎头不超过5m，肩窝两侧锚索滞后迎头距离由30m调整为不超过20m。

2.3作业循环图表

3小层间距过巷加固方案与技术

131101胶带顺槽机头硐室掘进期间将过1311采区轨道上山，最小层间距3.6m。1311采区轨道上山原支护形式为锚网索支护。现对过巷段方案进行优化，对1311采区轨道上山前后5m共计18m范围采用套棚（U型棚）+喷浆+深浅孔注浆的支护形式。

（1）U型棚采用36U型三节钢棚，棚距为450mm，采用水泥背板腰帮接顶，共计41棚。每搭接处采用三道卡缆，卡缆间距200mm，并采用M30的螺母和M30*160mm的螺丝固定。 U型棚采用5道拉条紧固，拉条采用10槽钢加工，棚梁正中偏东侧200mm一道，棚梁卡缆搭接处朝上200mm各一道，两侧帮部位置各一道;各拉条螺丝要齐全、紧固有效。

（2）套棚结束后，对过巷段前后10m进行喷浆覆盖，喷浆厚度不小于100mm。

（3）喷浆结束后对喷浆段进行深、浅孔联合注浆。注浆锚杆：用Ф20mm的无缝钢管制作，钢管壁厚2.5mm，L=2000mm，其中注浆段1300mm，杆体上每隔300mm对称T字型布置梅花Ф6mm的注浆孔。注浆材料：采用单液水泥浆，水泥选用P.c32.5复合硅酸盐水泥，水灰比为0.7～1.0。

过巷段采用浅孔注浆，采用Ф20mm锚注管，打眼孔深1950mm，每排布置3个注浆孔，分别布置在顶部及两肩窝。过巷段两侧采用深、浅孔联合注浆，采用Ф20mm的无缝钢管制作，钢管壁厚2.5mm，长度分别为L=1000mm、L=2000mm、L=3000mm搭配使用，两头制作M20的螺纹，注浆管之间用配套的束结（卡箍）连接，最末端再连接锚注管，打眼孔深8—10m。

（4）注浆工艺：注浆参数的选择：注浆时先用稠浆注浅部孔，浅孔正常注浆压力控制在0-1MPa，如附近有跑浆的地方应及时封堵，由于有深孔卸压，注浆压力小比较好封，浅层低压注浆要反复压入、反复封堵，等长管返水、返浆时暂停注浆，1个班后，进行深孔高压注浆，注浆压力3-4MPa。深孔注浆过程中，由于交接班或现场设备故障停机要及时用清水冲孔，故障排除后，继续压入浆液。

注浆前耐压试验：注浆前，先对各连接管路、阀门、设备等进行检查后用清水试压，试验压力必须大于最大注浆压力的1.5倍，且不得小于15min。

要求注浆锚杆（管）深、浅孔要一并进入孔内，同时采用小木楔固定，为有效防止漏浆，采用”先黄泥后锚固剂“进行封孔，封孔前用双股12#以上铁丝与注浆管进行绑扎，作为注浆期间枪头的二次保护，封孔时间不少于10分钟，然后再进行注浆。注浆管外露：注浆管外露长度为100-200mm。

注浆扩散半径：注浆扩散半径根据巷道围岩裂隙发育情况和现场试验取15m。

注浆压力（终压）：浅孔注浆压力为0-1MPa，深孔压力3-4MPa，墙基注浆孔压力0-2MPa，校验孔压力不超过2Mpa，稳定时间达1min。

（5）注浆的效果：深浅孔联合注浆，主要采用低压渗透，高压劈裂相结合的方式，将浆液注入到巷道周边围岩裂隙，充填离层带，固化岩体，使围岩构成一个整体，防止围岩进一步风化、水浸，增加围岩自身承载能力。通过后期加固效果来看，经观测统计巷道顶板最大变形量0mm，帮部最大变形量0mm，无变形来压现象，过巷加固段支护效果较好。

4结语

131101胶带顺槽机头硐室采用台阶法分次截割法，优化了施工工艺，掘进期间解决了大断面综掘掘进迎头山墙及帮部防片工作，节约了施工山墙防片时间（每循环节约15分钟），提高掘进單进工效，该工程总施工工期共计26天，综合单进达到118米/面·月，达到了快速掘进的效果。

131101胶带顺槽机头硐室小层间距过巷加固方案与技术的运用，达到了快速、高强的加固效果，套棚与深浅空注浆工艺有效结合，操作简单、成本低廉、效果显著，为巷道围岩加固、裂隙充填等提供新的解决思路，对类似工程均有一定参考指导意义。