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[摘要]：介绍金石矿业混合井马头门以及井筒与马头门连接处支护中采用了锚、网、喷、锚索临时支护、钢筋混凝土永久支护加固的复合支护结构，提高了围岩的强度及稳定性，较好的解决安全、质量和施工进度，维持了长期稳固，延长了巷修维修周期，保证了井筒与马头门的整体性及矿井二期工程施工的顺利开展。对矿井建设具有显著的理论和现实意义。
[关键词]：立井井筒 马头门 锚网索喷 钢筋混凝土 复合支护
中图分类号：TU647 文献标识码：TU 文章编号：1009-914X（2013）01- 0244-01
1、工程概况
金石矿业有限责任公司位于安徽省淮北市杜集区，主要开采原淮北矿业集团石台矿深部天然焦，矿井设计生产能力45万t/a，矿井采用立井集中开拓方式，布置混合提升井和中央风井，混合井设计深度520m，风井设计深度480m，两井筒均布置在工业工业广场内。混合井井筒净直径D6.0m，上口标高+35.00m，下口马头门轨面标高-460.000m，井底水窝深25.0m，刀把车场布置；风井井筒净直径D4.0m，落底标高-445.000m。混合井马头门硐室为半圆拱型断面，主要技术参数见表1：
表1 混合井马头门主要技术参数表
名 称 净宽 （mm） 净高 （mm） 拱高（mm） 墙高（mm） 长度（mm） 壁厚（mm） 永久支护形式
马头门 5300 6800 2650 4150 25 400 双层钢筋混凝土C40
2 、地质及水文条件
本区位于闸河复向斜的中部，主要含煤地层为二叠系的上石盒子组、下石盒子组和山西组，含煤地层平均总厚993.50m，含煤5～13层，煤岩层倾角13～200，其中全区大部分可采和局部可采煤层有3、5煤层共二层。
根据混合井井筒检查孔提供的地质资料及瞬变电磁测井资料，结合上部井筒实际揭露地质情况分析：混合井井深约490.0 m（-455m）处向下时遇砂岩含水层，厚度7.04m，预计涌水量约25m3/h，含水较丰富，为顺利通过砂岩含水层，安全掘砌马头门，混合井在掘进到井深约472.0m时构筑止浆垫，对下部含水岩层进行工作面预注浆，封堵涌水，设计混合井注浆段垂深63.0m，共设计注浆孔12个，其中马头门东西方向各3个注浆孔，终孔位置至马头门里9米（底板平距），进入含水层底板泥岩10m，通过井筒预注浆后，井筒出水量明显变小，不影响马头门正常掘砌。在施工西侧马头门里段平巷時，巷道左侧局部有出水，经测定总水量约3m3/h，东侧无出水现象。
3 、支护参数
一次支护：掘进放炮后先进行锚网喷临时支护，在锚杆支护的前提下采用锚索进行加强支护锚杆。
锚杆采用Φ20mm×2000mm螺纹钢锚杆，间排距800×800mm，并排布置。锚固剂为MSK2350树脂锚固剂，每孔MSK2350各两支；锚杆托盘采用150×150×8mm铁托盘。
网片孔距100mm×100mm，规格1.0m×2.0m，采用Φ6mm盘圆钢筋焊接制作，网片之间采用绑扎连接，用12#铅丝双股绑扎连接。
锚索间排距为3000 mm×2000mm，规格：Φ18.24mm，长度6m，一组3根，进行临时支护保证最大控顶距为1.6m，最小控顶距为0.2m；
喷射的混凝土不低于425#水泥、纯净的河砂（含水率为4%～6%）、石子（粒径大于10-15㎜）、速凝剂型号（J85型）；配比为：配比为水泥：石子：砂=1：2：2，速凝剂掺入量一般为水泥重量的2%～4%、喷拱取上限，混凝土抗压强度为22MPa，抗拉强度为1.6MPa。
二次支护：巷道永久性支护方式采用钢筋、混凝土联合支护，混凝土强度C40标准，厚度400mm。水泥为P.O425R硅酸盐水泥，砂为中粗河砂，石子直径10～40mm ，钢筋为Ф16的二级直螺纹钢筋，采用搭接方式连接，搭接长度560mm，竖筋、环筋间排距均为300mm，保护层厚度≥100mm。砼用料采用自动计量配制，砼的配合比按实际使用的原材料进行配合比实验，确定最佳施工配合比。
4 、施工方案
为保证硐室与井筒支护的整体性，混合井井筒- 460m 水平马头门开口采用自上而下与井筒同时施工的方案，“先拱后墙”法掘进。放炮后，首先对裸露的岩石进行初喷，喷厚30～50mm，然后进行锚网支护，锚网支护结束后将混凝土复喷至设计厚度，而后施工预应力锚索。一次支护紧跟工作面，一次支护结束后绑扎钢筋、立模，进行混凝土二次支护，由下而上连续浇筑，最后施工预留的反底拱。
5 、施工工艺及质量控制
马头门高度为6.8m，宽5.3m，马头门设计长度4m，按三个分层施工。
5.1 爆破：工作面采用钻爆法施工，YT-28 风钻凿岩，使用Φ25×2500mm 六棱中空钢钎配Φ42mm“一”字型钻头。T220 水胶炸药，药卷规格为Φ35mm×400mm，毫秒延期电雷管爆破，380V 交流电源起爆。按光面爆破要求，根据围岩条件及时调整爆破参数，以达到较好的爆破效果。每次打眼高度约2.2m，分三次进行爆破，形成台阶式施工。至全断面爆破完后，自上到下进行临时支护循环施工至规定工程量。
5.2 装岩排矸：混合井- 460m 水平马头门的矸石人工配合耙装机扒入井筒，再由中心回转抓岩机装入吊桶，提升至地面。
测量定向：
5.3掘进支护：当井筒掘至马头门上方0．5～1m时，停止掘进并将上段井壁砌好，然后井筒继续向下掘进。定向采用瑞士产GAK一1型陀螺仪测定马头门方向，用比长钢尺测定高程，画出马头门轮廓线。每掘进2m清底后，停止掘进，对该段井筒临时支护，一直到马头门底板水平后。 5.4扎钢筋浇筑混凝土：临时支护结束后进行永久支护，立模浇筑第一分层：①扎马头门和井筒钢筋；②组立马头门两侧墙模板；③组立井筒金属模板；在工作面搭设平台，墙部模板一定要与大模板连接严密，以防漏浆，第一分层与井壁一起浇筑混凝土连成一个整体。
组立马头门碹胎、立金属模板浇筑第二分层：① 扎拱部钢筋；② 组立马头门碹胎，采用金属槽钢制作，间距为1.5m；③立金属模板，拆除金属模板刃脚部分，向上提升后立模；④浇混凝土：第二分层与井壁一起浇筑混凝土连成一个整体。
浇混凝土并封口：马头门最后一次浇混凝土的高度应根据与上部已成井段之距离确定，最后一次浇筑混凝土的高度恰好是一个整碹，使之与上部井壁合茬，再浇混凝土并封口，至此，马头门主体施工完成。
5.5 质量控制：
（1）严格按爆破图表打眼放炮，加强光爆效果，减少放炮对围岩的破坏作用。
（2）加强顶板管理，严禁空顶作业，放炮后及时进行支护减少空顶时间。
（3）加强现场质量管理。成立跟班小组对支护质量进行24 小时不间断现场监督，锚杆、锚索施工要定人、定机、定位，确保锚杆锚固力、锚索预紧力以及位置、角度、深度、装药卷数、搅拌时间等符合要求。
6 、经济效益
金石矿业有限责任公司混合井-460m 水平马头门克服围岩不稳定，应力集中，施工工艺复杂等不利因素，比原计划工期25 天提前6 天完工。采用锚网索喷钢筋混凝土复合支护，缩短了施工工期，为矿井提前进入二期工程创造了良好的条件，同时复合支护提高了围岩的强度及稳定性，保证了井筒与马头门的整体性，延长了马头门服务年限，减少维修成本，确保了矿井安全生产，对矿井建设具有显著的理论和现实意义。
7 、结束语
（1）运用光面爆破技术，大大降低了超、欠挖量，减少了对围岩的破坏，最大程度地保持了围岩自身的稳定性，避免了因爆破失稳造成顶板事故，同时为锚网喷支护提供了很好的基础。
（2）锚索支护能够形成较大预应力，锚固深度大，能够在顶板深处稳定岩层中锚固，利用悬吊作用将离层带顶板加以固定，提高了巷道顶板的稳定性，支护效果明显。
（3）巷道围岩及时进行一次支护，能使锚网索喷层同围岩紧密的结合在一起共同作用，因此可以和围岩共同变形产生一定的径向位移，在圍岩中形成一定范围的非弹性变性区，使围岩自承能力得以充分发挥，同时一次支护在与围岩共同变性中受到挤压，对围岩产生愈来愈大的支护反力，加之钢筋混凝土较高的抗压强度，能够降低围岩应力，增加围岩强度，改善围岩受力条件和赋存条件，有效抑制围岩变形、破坏，防止围岩松动破碎圈的增大，对于改善巷道围岩条件必将起到良好的效果。
（4）锚网索喷钢筋混凝土复合支护，结构性能好，支护效果显著，能够适于各种复杂地质条件，在大直径立井井筒深部马头门施工支护方案选择上值得广泛推广应用
[关键词]：立井井筒 马头门 锚网索喷 钢筋混凝土 复合支护
中图分类号：TU647 文献标识码：TU 文章编号：1009-914X（2013）01- 0244-01
1、工程概况
金石矿业有限责任公司位于安徽省淮北市杜集区，主要开采原淮北矿业集团石台矿深部天然焦，矿井设计生产能力45万t/a，矿井采用立井集中开拓方式，布置混合提升井和中央风井，混合井设计深度520m，风井设计深度480m，两井筒均布置在工业工业广场内。混合井井筒净直径D6.0m，上口标高+35.00m，下口马头门轨面标高-460.000m，井底水窝深25.0m，刀把车场布置；风井井筒净直径D4.0m，落底标高-445.000m。混合井马头门硐室为半圆拱型断面，主要技术参数见表1：
表1 混合井马头门主要技术参数表
名 称 净宽 （mm） 净高 （mm） 拱高（mm） 墙高（mm） 长度（mm） 壁厚（mm） 永久支护形式
马头门 5300 6800 2650 4150 25 400 双层钢筋混凝土C40
2 、地质及水文条件
本区位于闸河复向斜的中部，主要含煤地层为二叠系的上石盒子组、下石盒子组和山西组，含煤地层平均总厚993.50m，含煤5～13层，煤岩层倾角13～200，其中全区大部分可采和局部可采煤层有3、5煤层共二层。
根据混合井井筒检查孔提供的地质资料及瞬变电磁测井资料，结合上部井筒实际揭露地质情况分析：混合井井深约490.0 m（-455m）处向下时遇砂岩含水层，厚度7.04m，预计涌水量约25m3/h，含水较丰富，为顺利通过砂岩含水层，安全掘砌马头门，混合井在掘进到井深约472.0m时构筑止浆垫，对下部含水岩层进行工作面预注浆，封堵涌水，设计混合井注浆段垂深63.0m，共设计注浆孔12个，其中马头门东西方向各3个注浆孔，终孔位置至马头门里9米（底板平距），进入含水层底板泥岩10m，通过井筒预注浆后，井筒出水量明显变小，不影响马头门正常掘砌。在施工西侧马头门里段平巷時，巷道左侧局部有出水，经测定总水量约3m3/h，东侧无出水现象。
3 、支护参数
一次支护：掘进放炮后先进行锚网喷临时支护，在锚杆支护的前提下采用锚索进行加强支护锚杆。
锚杆采用Φ20mm×2000mm螺纹钢锚杆，间排距800×800mm，并排布置。锚固剂为MSK2350树脂锚固剂，每孔MSK2350各两支；锚杆托盘采用150×150×8mm铁托盘。
网片孔距100mm×100mm，规格1.0m×2.0m，采用Φ6mm盘圆钢筋焊接制作，网片之间采用绑扎连接，用12#铅丝双股绑扎连接。
锚索间排距为3000 mm×2000mm，规格：Φ18.24mm，长度6m，一组3根，进行临时支护保证最大控顶距为1.6m，最小控顶距为0.2m；
喷射的混凝土不低于425#水泥、纯净的河砂（含水率为4%～6%）、石子（粒径大于10-15㎜）、速凝剂型号（J85型）；配比为：配比为水泥：石子：砂=1：2：2，速凝剂掺入量一般为水泥重量的2%～4%、喷拱取上限，混凝土抗压强度为22MPa，抗拉强度为1.6MPa。
二次支护：巷道永久性支护方式采用钢筋、混凝土联合支护，混凝土强度C40标准，厚度400mm。水泥为P.O425R硅酸盐水泥，砂为中粗河砂，石子直径10～40mm ，钢筋为Ф16的二级直螺纹钢筋，采用搭接方式连接，搭接长度560mm，竖筋、环筋间排距均为300mm，保护层厚度≥100mm。砼用料采用自动计量配制，砼的配合比按实际使用的原材料进行配合比实验，确定最佳施工配合比。
4 、施工方案
为保证硐室与井筒支护的整体性，混合井井筒- 460m 水平马头门开口采用自上而下与井筒同时施工的方案，“先拱后墙”法掘进。放炮后，首先对裸露的岩石进行初喷，喷厚30～50mm，然后进行锚网支护，锚网支护结束后将混凝土复喷至设计厚度，而后施工预应力锚索。一次支护紧跟工作面，一次支护结束后绑扎钢筋、立模，进行混凝土二次支护，由下而上连续浇筑，最后施工预留的反底拱。
5 、施工工艺及质量控制
马头门高度为6.8m，宽5.3m，马头门设计长度4m，按三个分层施工。
5.1 爆破：工作面采用钻爆法施工，YT-28 风钻凿岩，使用Φ25×2500mm 六棱中空钢钎配Φ42mm“一”字型钻头。T220 水胶炸药，药卷规格为Φ35mm×400mm，毫秒延期电雷管爆破，380V 交流电源起爆。按光面爆破要求，根据围岩条件及时调整爆破参数，以达到较好的爆破效果。每次打眼高度约2.2m，分三次进行爆破，形成台阶式施工。至全断面爆破完后，自上到下进行临时支护循环施工至规定工程量。
5.2 装岩排矸：混合井- 460m 水平马头门的矸石人工配合耙装机扒入井筒，再由中心回转抓岩机装入吊桶，提升至地面。
测量定向：
5.3掘进支护：当井筒掘至马头门上方0．5～1m时，停止掘进并将上段井壁砌好，然后井筒继续向下掘进。定向采用瑞士产GAK一1型陀螺仪测定马头门方向，用比长钢尺测定高程，画出马头门轮廓线。每掘进2m清底后，停止掘进，对该段井筒临时支护，一直到马头门底板水平后。 5.4扎钢筋浇筑混凝土：临时支护结束后进行永久支护，立模浇筑第一分层：①扎马头门和井筒钢筋；②组立马头门两侧墙模板；③组立井筒金属模板；在工作面搭设平台，墙部模板一定要与大模板连接严密，以防漏浆，第一分层与井壁一起浇筑混凝土连成一个整体。
组立马头门碹胎、立金属模板浇筑第二分层：① 扎拱部钢筋；② 组立马头门碹胎，采用金属槽钢制作，间距为1.5m；③立金属模板，拆除金属模板刃脚部分，向上提升后立模；④浇混凝土：第二分层与井壁一起浇筑混凝土连成一个整体。
浇混凝土并封口：马头门最后一次浇混凝土的高度应根据与上部已成井段之距离确定，最后一次浇筑混凝土的高度恰好是一个整碹，使之与上部井壁合茬，再浇混凝土并封口，至此，马头门主体施工完成。
5.5 质量控制：
（1）严格按爆破图表打眼放炮，加强光爆效果，减少放炮对围岩的破坏作用。
（2）加强顶板管理，严禁空顶作业，放炮后及时进行支护减少空顶时间。
（3）加强现场质量管理。成立跟班小组对支护质量进行24 小时不间断现场监督，锚杆、锚索施工要定人、定机、定位，确保锚杆锚固力、锚索预紧力以及位置、角度、深度、装药卷数、搅拌时间等符合要求。
6 、经济效益
金石矿业有限责任公司混合井-460m 水平马头门克服围岩不稳定，应力集中，施工工艺复杂等不利因素，比原计划工期25 天提前6 天完工。采用锚网索喷钢筋混凝土复合支护，缩短了施工工期，为矿井提前进入二期工程创造了良好的条件，同时复合支护提高了围岩的强度及稳定性，保证了井筒与马头门的整体性，延长了马头门服务年限，减少维修成本，确保了矿井安全生产，对矿井建设具有显著的理论和现实意义。
7 、结束语
（1）运用光面爆破技术，大大降低了超、欠挖量，减少了对围岩的破坏，最大程度地保持了围岩自身的稳定性，避免了因爆破失稳造成顶板事故，同时为锚网喷支护提供了很好的基础。
（2）锚索支护能够形成较大预应力，锚固深度大，能够在顶板深处稳定岩层中锚固，利用悬吊作用将离层带顶板加以固定，提高了巷道顶板的稳定性，支护效果明显。
（3）巷道围岩及时进行一次支护，能使锚网索喷层同围岩紧密的结合在一起共同作用，因此可以和围岩共同变形产生一定的径向位移，在圍岩中形成一定范围的非弹性变性区，使围岩自承能力得以充分发挥，同时一次支护在与围岩共同变性中受到挤压，对围岩产生愈来愈大的支护反力，加之钢筋混凝土较高的抗压强度，能够降低围岩应力，增加围岩强度，改善围岩受力条件和赋存条件，有效抑制围岩变形、破坏，防止围岩松动破碎圈的增大，对于改善巷道围岩条件必将起到良好的效果。
（4）锚网索喷钢筋混凝土复合支护，结构性能好，支护效果显著，能够适于各种复杂地质条件，在大直径立井井筒深部马头门施工支护方案选择上值得广泛推广应用