大断面绞车房掘进分部施工工艺探讨.doc

大断面绞车房掘进分部分次施工工艺探讨任兆海（太原煤气化炉峪口煤矿，山西 太原，030024）摘 要：采用传统炮掘施工工艺，在现有条件基础上，运用分部施工法进行大断面岩石工程施工，成功解决了掘进、支护、排矸等问题，提高了工效、降低了生产成本，最终顺利完成施工要求。关键词：提升机房；大断面 ；掘进；分部施工；中图分类号：TD353 文献标识号：A太原煤气化炉峪口煤矿于2012年进行了综采改造工程项目，为满足向下组煤工作面运送综采支架的要求，需在下组煤轨道暗斜井坡上安装一部JKB-2X1.5PA单绳缠绕式矿井提升机，为此需在暗斜井上部施工一个大断面提升机房以替代原有小绞车房，该提升机房所处岩层位于石炭系上统太原组上段，以砂岩为主，岩石硬度大，分层性较差，如果开巷后围岩破碎，支护将较为困难；且设计断面大，施工现场条件和生产设备有限，难以照顾周全，而施工地点靠近主要巷道，施工时的围岩扰动可能会对附近大巷的稳定性造成影响，这些复杂条件均对相应的施工技术和施工工艺等提出了很高的要求。为满足提升机安装要求，该提升机房设计有三部分，行人通道、提升机房、提升机出绳巷段，其中提升机硐室断面最大，规格为：毛宽7.9m、净宽6.9m；毛高4.27m、净高4.0m；毛断面33.73m2,净断面27.60m2。工作面全部采用炮掘工艺、P-30B型扒斗式装岩机装岩，配合1吨固定车箱式矿车出矸，利用现有条件施工提升机硐室时不便于一次性将巷道全断面掘出，本着安全、快速，施工方便的目的，最终采用了分部分次施工的作业工艺1-2。1 工程地质概况炉峪口煤矿下组煤轨道暗斜井提升机房连接中央石门与下组煤材料暗斜井，施工开口处是一条净宽约2.0m的联络巷，从已有地质资料分析，该工程为全岩巷，工作面所在地层为太原组，上覆K1、K2砂岩岩层，K1主要为中粒砂岩，厚5.79m左右，K2灰岩厚度最大且质纯，富水性强；下部靠近K3砂岩，为山西组主要含水性砂岩，工作面所在岩层岩性为粗粒砂岩和中粒砂岩，总厚约8.80m，预计掘进过程中不会受含水层水的影响，但岩层分层性一般。2 施工工艺2.1 施工方法在本工程中，提升机房行人通道及提升机出绳巷段均要求全断面一次成巷，而施工大断面提升机硐室时，鉴于设计规格，可分为2部分逐步完成，要求先以矩形断面（规格为：宽高3950mm4270mm）掘进12m，同时采用锚杆、锚索、钢带、钢筋网联合支护，工作面左帮可视情况布置少量锚杆进行支护，为二次扩帮做好准备。掘进到位后，依次向左从外向里左帮扩帮4次，完成施工，每次扩帮断面规格为：宽高3000mm4270mm，深3950mm。施工时要沿掘进方向及时加打顶锚杆、帮锚杆、钢带、钢筋网及锚索，顶板破碎不易成形时，要随大断面的形成，及时开挖基础坑，砌筑料石墙基，架设工字钢梁，备好水泥背板，如果围岩成形较好，则可在绞车房完工并与原有绞车房贯通后再进行石料砌墙，架设钢梁。1提升机房行人通道；2提升机房；3提升机房出绳巷段；4原有小绞车房；图1 下组煤轨道暗斜井提升机车房分部施工顺序示意图如图所示，本工程的施工顺序为：先掘进提升机房行人通道，到位后扩大断面施工提升机房，先正向掘进部分（提升机房小断面段），掘进到位并完成该部分的支护后再依次进行、四部分的施工，其中部分基本与、四部分的工程量总和基本相同，在完成提升机房的掘进与支护后，最后施工提升机房出绳巷段与原有小绞车房贯通，施工时每部分均采用锚网锚索支护，提升机房掘进完成后还要求砌筑四周料石墙，架设钢梁进行二次支护。所以，通过5次分部施工，将一个大断面硐室工程划分为5个小断面的短巷道工程，巷道顶板跨度逐渐扩大，为围岩支护和矿压观测留了足够的时间，同时一次大爆破分作数次小爆破，最大限度地减少了施工对该处围岩的扰动及破坏，确保了附近大巷的稳定。2.2 施工顺序与劳动组织1）施工工艺流程交接班及准备工作爆破掘进（打眼、装药、联线、放炮）通风及洒水降尘临时支护出碴永久支护(锚喷或砌墙架钢梁)清理巷道下一循环。施工过程中要同时向工作面运料、为工作面定向，轨道铺设也要紧跟工作面，这些工作与上述工序互不影响，可平行作业。2）劳动组织形式工作面采用 “三八” 循环作业制，考虑到施工难度及断面大小，炮掘每班1个循环（每循环1.0m），每天2班生产，一班检修，平均日进2.0m。表1 下组煤轨道暗斜井提升机房掘进工作面正规循环作业图表3）人员配备表2 主要作业内容及人员配备一览表序号作业内容作业流程人员配备设备配备材料配备1钻眼放炮打眼装药放炮打眼工2名；放炮员1名；瓦斯监护员1名；（2m），风钻、高凳钻机、火药及雷管2运料、出碴、敲帮问顶清碴推车耙斗机司机1名综合工种5名；风镐、铁钎、洋镐、风钻，发爆器、撬棍、长钎耙斗机、矿车、铁锹等工具3临时支护及永久支护1）打点柱2）打锚杆、锚索、挂网、喷浆3）砌墙架钢梁、背背板综合工种5名；锚杆支护工2名；喷浆人员2名；锚杆机、喷浆机，混凝土搅拌工具、高凳、手拉葫芦内注式液压支柱或木点柱及木楔、锚杆、锚固剂、C20喷射混凝土、钢筋网、钢带、锚索、水泥背板、工字钢梁、料石等4铺轨、接管、线1） 铺设轨道2） 延长管路、风筒、电缆等铺轨工2名；电钳工1名；综合工种2名；各种小型工具轨道、道钉、各种管线注：以上人员数量为参考依据，实际数量应视实际施工情况而定，综合工种可同时兼任工作面各种辅助工作。3 支护设计3.1 临时支护工作面掘进期间，爆破后新暴露的顶板，在未挑平和永久支护前，可采用带帽点柱作为临时支护，并用木楔背紧背牢，点柱距离不得超过1.5m（特殊情况可根据实际再加密支护）。待打完顶部锚杆锚索后，拆掉点柱，然后如此循环作业。3.2 永久支护提升机房行人通道和出绳巷段均采用锚杆、锚索、钢筋网及喷射混凝土支护。提升机房设计为矩形断面，巷长12.00m，采用锚网锚索兼砌墙架钢梁支护，四周墙均用石料砌筑，墙高4.7m（其中基础深0.5m），墙厚0.5m，上部架设7.9m长22#矿用工字钢梁、双梁布置，水泥背板密背，钢梁排距1.0m。其中顶板安装的锚杆规格为20mm2200mm高强左旋螺纹杆预应力锚杆，预紧扭矩150Nm，锚固力不小于105KN。两帮安装的锚杆规格为16mm1800mm圆钢预应力锚杆，预紧扭矩60Nm，锚固力不小于30KN。锚索规格为17.8mm8000mm（17股钢绞线）。预应力：60100KN，锚固力不小于200KN。锚固剂型号为MSCK2355，顶、帮锚杆锚固剂用量为2卷，锚索锚固剂用量为4卷。护帮、顶的金属网为6mm钢筋焊接加工，规格为1000mm2000mm，网格100mm100mm，安装时网间搭接100mm。护顶的W钢带，宽度280mm，长度为3500mm（5孔）。巷道顶板及两帮均喷射混凝土，规格为C20。绞车硐室原设计要求砌筑石料墙体，并架设22#矿用工字钢钢梁，背设水泥背板，但在实际施工过程中，提升机硐室成型比预期效果好，掘进完成后，只采用了锚网锚索、喷射混凝土支护，经现场勘测，巷道支护能够满足要求，围岩变形控制较好，决定不再砌墙和架设工字钢钢梁，节省了施工费用，缩短了施工工期。3.3 矿压观测情况通过测试锚杆受力和巷道围岩位移分布，可较全面地了解锚杆支护的工作状态，进而验证或修改锚杆支护的初始设计 3 。在巷道掘进过程中，施工期间在不同位置设置4组在线监测仪器，包括顶板离层仪和锚杆应力计，重点观测大断面提升机硐室矿压情况，其中顶板离层仪深基点位置略高于锚索深度，浅基点位置略高于锚杆安装深度。观测结果为顶板离层值在安全范围内，锚杆应力计的锚杆预紧力不小于150Nm，至施工完工未有异常，说明现有支护方式已能够满足巷道支护要求，无需进行二次支护。4 结论利用现有有限的施工设备和条件施工大断面绞车房岩巷工程时，采用分部分次的施工方式，解决了全断面一次掘进时，顶板暴露面积过大难以支护，出矸量过大，装药量大对周边巷道影响破坏的问题，不仅保证了巷道施工的快速、安全，而且能够减少了对工作面材料、人员、设备的大量需求，便于人员、设备集中应用，降低了工人的劳动强度，对于施工条件有限，施工工艺比较传统的工程，具有很好的借鉴作用。参考文献：1康红普，王金华.煤巷锚杆支护理论与成套技术M.北京：煤炭工业出版社，2007.2大断面复合顶板回采巷道锚杆锚索网支护试验J.矿业安全与环保，2004，31(4)：20-21.3特大断面综采工作面切眼掘进一次成巷工艺J.山西煤炭，2012，32(3)：71-72.作者简介：任兆海，男，1962年02月出生