论文部分内容阅读
摘 要朱集西矿副井马头门位于-962m水平，巷道埋藏深，受地应力影响较大，马头门范围内存液压站、管子道、梯子间、等候室及操车基础等，使得掘进后顶板松动圈范围大，巷道成形差。为了提高副井马头门施工安全及支护效果，对马头门采用锚网喷索与钢筋混凝土砌碹复合支护形式，并采用注浆充填，以提高马头门的安全性、稳定性及抗变形能力。
关键词深井；马头门；大断面；复合支护
中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)061-0180-01
朱集西煤矿位于安徽省淮南市，矿井采用立井多水平开拓方式，工业广场设主井、副井、中央风井、矸石井4个井筒，一水平标高-962m，其中副井井筒设计净直径Φ8.0m，副井井底马头门断面大，周围硐室多，对支护的抗变形要求较高，必须合理确定施工方案和支护方案以确保马头门安全施工及有效支护。
1工程概况
朱集西矿副井马头门底板绝对标高为-962m（对应井深为987.2m），方向为南、北向，南侧距井中24.78m，北侧距井中20.72m，马头门拱部向上为砂、泥岩，墙部为细砂岩，底板往下为砂岩、泥岩。
马头门为半圆拱型结构，最大掘进断面净宽×净高=8900mm×9800mm，最小掘进断面净宽×净高=6900mm×6100mm。
2支护技术方案
2.1支护方案的选择
由于马头门埋藏深，受地应力影响较大，加之马头门掘进断面大，又是硐室、巷道较集中的地点，使得马头门松动圈范围较大。根据围岩松动圈的支护理论，认为巷道被破坏主要是受围岩松动圈在形成过程中产生的碎胀力影响，因此对碎胀力的控制要及时，并且针对松动圈的大小采用合适的支护方式，结合临近相似矿井支护经验，对马头门采用复合支护，一次支护采用锚、网、喷、索支护，能较快地对围岩产生支护力，有效控制围岩碎胀变形，能提高围岩的自承能力。二次支护是待围岩基本稳定后再采用双层钢筋混凝土浇注，使围岩得到一个强力的支撑体，从而有效减少了围岩的变形空间，提高了围岩的稳定性。最后通过注浆使围岩裂隙及钢筋混凝土壁后空隙及时充填，能提高复合支护效果。马头门支护采用锚网喷索一次支护、双层钢筋混凝土二次支护及注浆充填的复合支护。能够有效解决深井大断面马头门支护的难题。
2.2支护技术参数
锚杆选用Φ22mm L=2500mm的左旋无纵筋高强螺纹钢锚杆，锚杆间排距800mm×800mm，网片为Φ6@100mm×100mm型号的钢筋网，喷浆厚度100mm。
锚索采用Φ22mm、19丝的钢绞线，锚索间排距1200mm×1200mm，锚索全断面布置，锚索采用1600mm的槽钢做托盘进行锚固，增强锚索补强支护面积。
二次支护的双层钢筋混凝土配筋形式为：横筋Φ25@250mm、纵筋Φ20@250mm，浇注厚度700mm，底板浇注600mm厚的平底拱，混凝土强度等级不小于C45。
注漿采用水泥单液浆，根据壁后空隙大小合理调整浆液配比，但注浆终压不小于3MPa，确保注浆能够使围岩裂隙和空隙空隙得到充填。
3施工方案
3.1施工顺序
第一步：施工马头门与井筒连接处加强段，马头门每边各施工5m后，完成后对加强段及井筒连接处采用复合支护的方法进行永久支护，以确保后续巷道施工安全。
第二步：井筒连接处永久支护完成后开始施工马头门，按照大断面巷道一次支护要求，采用先拱后墙掘进施工法，按设计要求画轮廓线进行掘进，放炮验收合格后进行拱部打锚杆、挂网、喷浆支护和锚索加固。拱部锚网喷支护完再掘进墙部，并及时完成墙部的一次支护。
第三步：马头门施工完成后绑扎钢筋、立模，整体浇灌混凝土永久支护，先浇注马头门墙部、再浇注拱部。
第四步：拆模后，对围岩及马头门进行壁后注浆充填。
第五步：施工马头门底板平底拱。
3.2爆破要求
1）打眼要做到平、直、齐，保证打眼质量。
2）严格按照爆破图表作业，视现场围岩情况合理调整爆破参数，达到光爆要求。
3）控制好周边眼眼距，周边眼的装药量，确保巷道爆破后成型好。
4）爆破时必须确保将二次浇注的墙基础掘出，避免后期爆破或人工挖掘。
4巷道支护
4.1锚杆支护要求
①支护要及时，锚杆眼垂直于巷道轮廓线或岩层节理面，使托盘紧贴岩面，未接触部位必须楔紧；②钢筋网要紧贴岩面敷设，网间要有不小于100mm搭接，钢筋网采用锚杆盖板压固；③锚杆安装扭矩不小于150N·m，安装后要进行二次紧固，确保锚杆扭矩不小于设计值。
4.2喷射混凝土支护要求
①巷道施工一次支护采用喷—锚—喷施工工艺，即爆破后的先初喷一层混凝土及时封闭围岩，防止大断面巷道爆破后顶板掉矸伤人，同时起到临时支护的作用，同时可使钢筋网紧贴岩面；②喷射混凝土所用的水泥、骨料、外加剂的质量必须符合设计要求；③喷射混凝土的配合比、外加剂掺量必须符合设计要求，确保喷射混凝土强度达到设计要求。
4.3锚索施工要求
①按设计间排距施工锚索，并用槽钢将锚索连成整体，增强锚索的补强支护效果；②锚索张紧力不小于150KN；③锚索外露部分必须带套保护，避免爆破崩坏影响二次张拉；④根据马头门与周围硐室之间的净岩距合理选择锚索长度，避免锚索穿层失效。
4.4砌碹工程
根据马头门支护设计方案，在进行钢筋混凝土二次支护时，按墙、拱、底的施工顺序进行二次支护。
1）浇注前的准备。①检查巷道断面是否符合要求，是否有变形，是否还需要增加锚索补强，相关硐室、梁窝是否施工完成。在确定无遗漏工程后可进行下一步工作；②按设计要求加工好浇注混凝土用的钢筋、梁窝模盒等必需用品。要求钢筋的表面必须清洁，严禁使用有裂缝、断伤、刻痕的钢筋。
2）钢筋绑扎及立模。①在施工现场定好巷道的中腰线，根据中腰线确定绑扎钢筋的起始位置；②钢筋的搭接长度和方式必须符合设计和作业规程的规定，钢筋的保护层厚度符合设计要求，防止连系筋遗漏；③墙部钢筋绑扎时必须预留平底拱钢筋接茬，预留梁窝位置利用钢筋将梁窝模盒固定牢固，防止模盒跑位；④帮部立模要固定牢固，防止混凝土浇注过程中外挤变形。拱部立模时要预留排气孔，方便拱部浇注能够全部充填；⑤立模时模板之间缝隙要严密，防止混凝土浆液跑浆而降低混凝土的强度等级；⑥预留注浆孔位置记号，方便注浆钻孔。
3）混凝土浇注。①先浇注墙部混凝土，浇灌混凝土时要对称下料，分层入模，加强振捣，保证模板不受挤压变形；②帮部凝固24小时具有一定支撑能力后浇注拱部混凝土，再浇注拱部；③拱部混凝土浇注塌落部分充填满，避免存在空隙。
4）注浆充填。由于浇注的混凝土有一定的塌落，马头门断面大，爆破后巷道存在一定的裂隙，尤其是拱部裂隙较多，必须采用注浆进行充填。在浇注混凝土7天拆模后，根据预留的注浆钻孔记号钻孔进行钻孔注水泥浆液，将混凝土壁后空隙充填密实，进一步提高围岩自身承载能力，以提高复合支护的效果。
5）收尾。浇注马头门底板平底拱及操车基础。
5注意事项
①准确确定马头门底板标高和掘进方位；②确保锚杆扭矩、锚索张紧力达到设计要求，以保证一次支护效果；③施工过程中加强对巷道变形观察，防止大断面巷道突然变形冒顶造成事故，施工过程中必须确保后路畅通；④浇注混凝土进行二次支护时防止跑浆而降低混凝土强度；⑤注浆充填时必须达到设计注浆终压。
6支护效果
副井马头门支护采用锚网喷索一次支护和双层钢筋混凝土结构二次支护的复合支护方案，并在浇注混凝土后及时采用注浆充填围岩裂隙和壁后空隙，提高了围岩自身的支护强度，阻断了围岩的变形空间，合理的施工顺序及支护方案提高了大断面巷道的安全性。
7结论
①对于深井大断面马头门采用复合支护，一次支护采用锚、网、喷、索支护，在围岩变形过程中能够较快地产生支护阻力，有效控制碎胀变形。由于马头门掘进完成需要一个较长的时间，为马头门爆破后提供了一个较长的缓慢变形期，确保了马头门的围岩应力得到释放，经一次支护后能够在二次支护前达到基本稳定，进行二次支护后能够减少围岩变形而发生破坏，同时通过注浆，充填了围岩裂隙和混凝土壁后空隙，提高了围岩及整个支护体的承载强度，有效控制松动圈的扩大，改善了巷道围岩的稳定性，确保了安全施工；②这种复合支护充分发挥了锚网喷索支护的刚性和韧性，又充分利用了钢筋混凝土支护体的刚度，刚柔并济，形成了高强度的稳定承载体；③这种复合支护方案在施工时，只要采用锚网喷支护后就可以继续进行巷道施工，主要工序作业时间短，易于实现多工序平行作业，且安全性高。
参考文献
[1]董方庭.巷道围岩松动圈支护理论及应用技术[M].北京:煤炭工业出版社,2001.
作者简介
章俊（1981—），湖北孝感人，2002年毕业于安徽理工大学，采矿工程专业，现任皖北煤电集团朱集西煤矿生产技术部工程师。
关键词深井；马头门；大断面；复合支护
中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)061-0180-01
朱集西煤矿位于安徽省淮南市，矿井采用立井多水平开拓方式，工业广场设主井、副井、中央风井、矸石井4个井筒，一水平标高-962m，其中副井井筒设计净直径Φ8.0m，副井井底马头门断面大，周围硐室多，对支护的抗变形要求较高，必须合理确定施工方案和支护方案以确保马头门安全施工及有效支护。
1工程概况
朱集西矿副井马头门底板绝对标高为-962m（对应井深为987.2m），方向为南、北向，南侧距井中24.78m，北侧距井中20.72m，马头门拱部向上为砂、泥岩，墙部为细砂岩，底板往下为砂岩、泥岩。
马头门为半圆拱型结构，最大掘进断面净宽×净高=8900mm×9800mm，最小掘进断面净宽×净高=6900mm×6100mm。
2支护技术方案
2.1支护方案的选择
由于马头门埋藏深，受地应力影响较大，加之马头门掘进断面大，又是硐室、巷道较集中的地点，使得马头门松动圈范围较大。根据围岩松动圈的支护理论，认为巷道被破坏主要是受围岩松动圈在形成过程中产生的碎胀力影响，因此对碎胀力的控制要及时，并且针对松动圈的大小采用合适的支护方式，结合临近相似矿井支护经验，对马头门采用复合支护，一次支护采用锚、网、喷、索支护，能较快地对围岩产生支护力，有效控制围岩碎胀变形，能提高围岩的自承能力。二次支护是待围岩基本稳定后再采用双层钢筋混凝土浇注，使围岩得到一个强力的支撑体，从而有效减少了围岩的变形空间，提高了围岩的稳定性。最后通过注浆使围岩裂隙及钢筋混凝土壁后空隙及时充填，能提高复合支护效果。马头门支护采用锚网喷索一次支护、双层钢筋混凝土二次支护及注浆充填的复合支护。能够有效解决深井大断面马头门支护的难题。
2.2支护技术参数
锚杆选用Φ22mm L=2500mm的左旋无纵筋高强螺纹钢锚杆，锚杆间排距800mm×800mm，网片为Φ6@100mm×100mm型号的钢筋网，喷浆厚度100mm。
锚索采用Φ22mm、19丝的钢绞线，锚索间排距1200mm×1200mm，锚索全断面布置，锚索采用1600mm的槽钢做托盘进行锚固，增强锚索补强支护面积。
二次支护的双层钢筋混凝土配筋形式为：横筋Φ25@250mm、纵筋Φ20@250mm，浇注厚度700mm，底板浇注600mm厚的平底拱，混凝土强度等级不小于C45。
注漿采用水泥单液浆，根据壁后空隙大小合理调整浆液配比，但注浆终压不小于3MPa，确保注浆能够使围岩裂隙和空隙空隙得到充填。
3施工方案
3.1施工顺序
第一步：施工马头门与井筒连接处加强段，马头门每边各施工5m后，完成后对加强段及井筒连接处采用复合支护的方法进行永久支护，以确保后续巷道施工安全。
第二步：井筒连接处永久支护完成后开始施工马头门，按照大断面巷道一次支护要求，采用先拱后墙掘进施工法，按设计要求画轮廓线进行掘进，放炮验收合格后进行拱部打锚杆、挂网、喷浆支护和锚索加固。拱部锚网喷支护完再掘进墙部，并及时完成墙部的一次支护。
第三步：马头门施工完成后绑扎钢筋、立模，整体浇灌混凝土永久支护，先浇注马头门墙部、再浇注拱部。
第四步：拆模后，对围岩及马头门进行壁后注浆充填。
第五步：施工马头门底板平底拱。
3.2爆破要求
1）打眼要做到平、直、齐，保证打眼质量。
2）严格按照爆破图表作业，视现场围岩情况合理调整爆破参数，达到光爆要求。
3）控制好周边眼眼距，周边眼的装药量，确保巷道爆破后成型好。
4）爆破时必须确保将二次浇注的墙基础掘出，避免后期爆破或人工挖掘。
4巷道支护
4.1锚杆支护要求
①支护要及时，锚杆眼垂直于巷道轮廓线或岩层节理面，使托盘紧贴岩面，未接触部位必须楔紧；②钢筋网要紧贴岩面敷设，网间要有不小于100mm搭接，钢筋网采用锚杆盖板压固；③锚杆安装扭矩不小于150N·m，安装后要进行二次紧固，确保锚杆扭矩不小于设计值。
4.2喷射混凝土支护要求
①巷道施工一次支护采用喷—锚—喷施工工艺，即爆破后的先初喷一层混凝土及时封闭围岩，防止大断面巷道爆破后顶板掉矸伤人，同时起到临时支护的作用，同时可使钢筋网紧贴岩面；②喷射混凝土所用的水泥、骨料、外加剂的质量必须符合设计要求；③喷射混凝土的配合比、外加剂掺量必须符合设计要求，确保喷射混凝土强度达到设计要求。
4.3锚索施工要求
①按设计间排距施工锚索，并用槽钢将锚索连成整体，增强锚索的补强支护效果；②锚索张紧力不小于150KN；③锚索外露部分必须带套保护，避免爆破崩坏影响二次张拉；④根据马头门与周围硐室之间的净岩距合理选择锚索长度，避免锚索穿层失效。
4.4砌碹工程
根据马头门支护设计方案，在进行钢筋混凝土二次支护时，按墙、拱、底的施工顺序进行二次支护。
1）浇注前的准备。①检查巷道断面是否符合要求，是否有变形，是否还需要增加锚索补强，相关硐室、梁窝是否施工完成。在确定无遗漏工程后可进行下一步工作；②按设计要求加工好浇注混凝土用的钢筋、梁窝模盒等必需用品。要求钢筋的表面必须清洁，严禁使用有裂缝、断伤、刻痕的钢筋。
2）钢筋绑扎及立模。①在施工现场定好巷道的中腰线，根据中腰线确定绑扎钢筋的起始位置；②钢筋的搭接长度和方式必须符合设计和作业规程的规定，钢筋的保护层厚度符合设计要求，防止连系筋遗漏；③墙部钢筋绑扎时必须预留平底拱钢筋接茬，预留梁窝位置利用钢筋将梁窝模盒固定牢固，防止模盒跑位；④帮部立模要固定牢固，防止混凝土浇注过程中外挤变形。拱部立模时要预留排气孔，方便拱部浇注能够全部充填；⑤立模时模板之间缝隙要严密，防止混凝土浆液跑浆而降低混凝土的强度等级；⑥预留注浆孔位置记号，方便注浆钻孔。
3）混凝土浇注。①先浇注墙部混凝土，浇灌混凝土时要对称下料，分层入模，加强振捣，保证模板不受挤压变形；②帮部凝固24小时具有一定支撑能力后浇注拱部混凝土，再浇注拱部；③拱部混凝土浇注塌落部分充填满，避免存在空隙。
4）注浆充填。由于浇注的混凝土有一定的塌落，马头门断面大，爆破后巷道存在一定的裂隙，尤其是拱部裂隙较多，必须采用注浆进行充填。在浇注混凝土7天拆模后，根据预留的注浆钻孔记号钻孔进行钻孔注水泥浆液，将混凝土壁后空隙充填密实，进一步提高围岩自身承载能力，以提高复合支护的效果。
5）收尾。浇注马头门底板平底拱及操车基础。
5注意事项
①准确确定马头门底板标高和掘进方位；②确保锚杆扭矩、锚索张紧力达到设计要求，以保证一次支护效果；③施工过程中加强对巷道变形观察，防止大断面巷道突然变形冒顶造成事故，施工过程中必须确保后路畅通；④浇注混凝土进行二次支护时防止跑浆而降低混凝土强度；⑤注浆充填时必须达到设计注浆终压。
6支护效果
副井马头门支护采用锚网喷索一次支护和双层钢筋混凝土结构二次支护的复合支护方案，并在浇注混凝土后及时采用注浆充填围岩裂隙和壁后空隙，提高了围岩自身的支护强度，阻断了围岩的变形空间，合理的施工顺序及支护方案提高了大断面巷道的安全性。
7结论
①对于深井大断面马头门采用复合支护，一次支护采用锚、网、喷、索支护，在围岩变形过程中能够较快地产生支护阻力，有效控制碎胀变形。由于马头门掘进完成需要一个较长的时间，为马头门爆破后提供了一个较长的缓慢变形期，确保了马头门的围岩应力得到释放，经一次支护后能够在二次支护前达到基本稳定，进行二次支护后能够减少围岩变形而发生破坏，同时通过注浆，充填了围岩裂隙和混凝土壁后空隙，提高了围岩及整个支护体的承载强度，有效控制松动圈的扩大，改善了巷道围岩的稳定性，确保了安全施工；②这种复合支护充分发挥了锚网喷索支护的刚性和韧性，又充分利用了钢筋混凝土支护体的刚度，刚柔并济，形成了高强度的稳定承载体；③这种复合支护方案在施工时，只要采用锚网喷支护后就可以继续进行巷道施工，主要工序作业时间短，易于实现多工序平行作业，且安全性高。
参考文献
[1]董方庭.巷道围岩松动圈支护理论及应用技术[M].北京:煤炭工业出版社,2001.
作者简介
章俊（1981—），湖北孝感人，2002年毕业于安徽理工大学，采矿工程专业，现任皖北煤电集团朱集西煤矿生产技术部工程师。