副斜井绕道支护参数设计与施工技术研究
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摘要：通过对塔拉壕煤矿副斜井一层绕道地质条件的综合分析，确定采用直墙半圆拱断面、综掘机分左右切割掘全宽、锚网索+架U29拱架喷浆联合支护、优化运输环节等施工技术和措施，实现了松软岩层下大断面绕道的快速施工，可为类似地质条件下绕道的快速掘进提供借鉴。
关键词：副斜井；绕道；支护设计；施工技术
中图分类号：TB
文献标识码：A
doi：10.19311/ki.16723198.2017.09.095
1工程概况
1.1巷道位置
塔拉壕煤矿副斜井一层绕道位于井田的东北部，其主要用途是为副斜井井筒，主要用于矿井胶轮车运输、进风和行人。副斜井一层绕道从副斜井井筒1086892米处东边开口，设计巷道长度为40203m；开口掘进方位角为90°；-0006-―6°坡度掘进，起点标高为Z=+1411586m，到3煤东西翼大巷标高为+1385000m。
1.2地质概况
巷道将穿越2-2煤和3煤。2-2上煤层平均厚度2.49m。含0～2层夹矸，一般多含1层夹矸。与上部的2-1。煤层平均间距20.82m，与下部的2-2中煤层平均间距7.38m。顶板岩性主要为粉砂岩和细粒砂岩，底板岩性主要为砂质泥岩及粉砂岩。3-1煤东大巷煤层平均厚度2.8m，直接顶为泥岩和砂质泥岩，平均厚度为4.7m；老顶为粉砂岩，平均厚度为10.1m；直接底为砂质泥岩和粉砂岩，平均厚度为5.7m；老底为细砂岩，平均厚度为12.3m。根据井检报告提供资料，本区井筒各类岩石抗压强度较低，绝大部分
经过以往工程经验，初步确定副斜井一层绕道为直墙半圆拱断面，净宽×净高=5.5×4.1m，净断面192m2。支护形式为锚网索+架U29拱架喷浆联合支护。喷射砼C20，厚度150mm。
2.1支护方式设计验算
巷道一次支护形式为锚网喷支护。选用Ф20×2300mm螺纹钢锚杆进行支护，间排距为800×800mm。支护材料规格可按悬吊理论设计验算：
（1）锚杆长度：L=L1+H+L2=2000mm，取2300mm。
式中：L―锚杆长度，mm；L1―端锚锚杆锚固段长度，取900mm；H―冒落拱的高度，H=B÷（2×f）；B―巷道宽度，6000mm；f―围岩的普氏坚固性系数，取3；L2―锚杆外露长度，取100mm。
（2）杆体直径：d=35.52Q÷δt=12.432mm，取20mm。
式中：Q―锚杆锚固力，5×9.8KN；δt―杆体材料抗拉强度，400MPa。
（3）锚杆间、排距：M=Q÷（KPH）=1.09m。
式中：K――安全系数，取1.5；R――顶板岩体重力密度，取2.56×9.8kN/m3。
由于巷道掘进宽度为6000mm，锚网喷支护段巷道掘进高度4600mm，根据巷道的岩性情况，确定锚杆间距取800mm；考虑到循环进度，确定排距取800mm。
经以上验算，支护参数符合设计要求。根据顶板实际情况，为了保证安全，决定使用：选用Ф20×2300mm左旋全螺纹钢锚杆进行支护，间排距为800×800mm，每排16根锚杆；钢筋网由6.0钢筋制作，网格为100×100mm，网片规格为1000×2000mm；锚固力不小于50kN，扭矩力不小于100N・m。网片铺设的搭接长度为100mm，每隔200mm用14#双股铁丝铰接。
2.2锚索加强支护设计验算
为防止巷道顶板发生大面积的跨落，用L=6.3m、Φ17.8mm的钢绞线将锚杆悬吊于坚硬岩层中，校核锚索间距用下列公式计算间距：
L=nF2/[BHγ-（2F1sinθ）/L1]=1.99m
式中：L―锚索排距，m；B―巷道最大冒落宽度，取5.0m；H―巷道冒落高度，按最大冒落高度取4.0m；γ―岩体容重，取2.56×9.8kN/m3；L1―锚杆排距，08m；F1―锚杆锚固力，取50kN；F2―锚索极限承载力，取380kN；θ―角锚杆与巷道顶板的夹角，取75°；n―锚索排数，取2。
经以上计算，采用锚网索支护不能满足要求，则再架设U29拱架，间距800mm，进行联合支护。
3施工方法及支护工艺
3.1施工方法
根据巷道的煤岩特性、地质及施工条件，兼顾安全、优质、快速的原则，确定采用如下施工方案：
（1）由于副斜井一层绕道为直墙半圆拱断面，净宽×净高=5.5×4.1m，净断面19.3m2，掘进断面为2403m2，综掘机不能一次掘全宽，分左右切割。综掘机采用的型号为EBZ-200，巷道掘进参数：掘进宽度6000mm、掘进高度4650mm。截割顺序从下往上，从左往右进行，每掘进0.8m后进行锚网支护。装煤（矸）采用掘进机自带的耙爪进行装载，转载采用掘进机自带刮板转载机、皮带转载机、防爆装载机进行转载。
（2）临时水仓先采用风镐凿打，人工出渣上皮带。采用SSJ-800可伸缩皮带输送机、点滚筒转运至副井胶带运出地面，装载机装矸到10t自卸汽车排至建设方指定的矸石场地。工作面配备PC-5T型喷浆机二台，一台初喷、一台备用；初喷最大滞后迎头5m；复喷最大滞后迎头20m。
（3）掘进期间，巷道左侧设临时水沟，将巷道涌水集中到临时水仓，通过潜水泵排到2煤集中辅运大巷水仓，然后集中排到地面。
（4）砼底板在巷道掘进到位后，由下向上采用砼罐车下料，泵送到底板，风动振动棒振捣成型，分段施工，一次成巷。采用胶轮车下料。井口设置1台JS-500型搅拌机拌制喷浆料和混凝土。2煤一层绕道360度转弯，每处转弯开口期间用防爆装载机铲矸上胶带。
3.2支护工艺
设计支护形式为锚网索喷支护，全断面挂网。支护参数如下：
（1）选用20×2300mm左旋全螺纹钢锚杆进行支护，矩形排列布置，16根/排，^杆间排距为800×800mm，托盘规格150×150×10mm；钢筋网由60mm钢筋制作，网格大小为100×100mm；初喷浆厚度50mm，锚固形式为端头锚固，采用CK2360树脂锚固剂，锚杆2卷/眼；锚固力不小于50kN，扭矩力不小于100N・m，具体如图1。
（2）施工顺序和方法如下：顶帮部锚杆在截割完成后从外往里进行钻装。排距足够时，及时打设锚索。每次切割深度0.8米。
（3）前探临时支护进行敲帮问顶，人工用长度不低于2.5m的长柄工具处理顶帮活矸。拱顶挂三根Φ80×2.5m前探支架临时支护，设专人负责监护顶板，并协调指挥。
4其他安全措施
（1）巷道支护材料必须符合本规程规定或施工措施要求。施工时，锚杆间排距、角度应符合设计要求；金属网片必须拉直，前后、上下网压茬符合煤矿安全规程要求；锚杆螺母上足劲，确保锚杆螺母扭矩符合规定要求，锚索张拉到位。
（2）加强工程质量检查验收，尤其要检查验收顶板锚杆角度，每班必须对施工质量按要求进行检查，若发现问题要及时采取措施。
（3）加强瓦斯检查制度，每班必须配备一名瓦斯检查员检查瓦斯，瓦斯检查设点为：迎头、开关群及回风流，瓦斯检查员必须定岗定员，每班巡回检查不得少于两次，必须严格执行现场交接班制度，严禁空检、漏检、假检，严格执行《煤矿安全规程》规定，实行风电闭锁，严禁随意停电停风。
5结束语
通过此次在松软岩层下大断面绕道的快速施工的成功实践，证明采用此种施工方案在技术上是先进的、经济上是合理的、安全上是可靠的，值得在类似地质条件下的斜井绕道进行推广。
参考文献
[1]李成翼.浅谈煤矿斜井施工技术[J].河南科技，2013，（8）：826827.
[2]杨天富.吉源煤矿副斜井快速施工技术[J].煤炭工程，2011，（11）：335337.