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1、松软破碎煤层中特大硐室掘进与支护技术牛福龙【大同煤矿集团有限公司，山西 大同 037003】摘 要 介绍了在松软、破碎煤层中特大硐室的施工，采用导峒掘进技术和高主动性、高强度、高刚度的锚、网、喷+锚索+格栅混凝土砌碹联合支护技术，快速、优质、安全、高效地完成了特大硐室的施工。关键词 特大硐室 软岩 联合支护 导峒掘进-1 概 况大同煤矿集团公司塔山煤矿是一座年生产能力1500万t的特大型现代化矿井，服务年限132年。主采煤层为石炭纪C3C5合并层，煤层总厚1.6329.41m，平均厚度15.72m，属特厚煤层，煤层节理裂隙特别发育，煤体松软破碎。特厚煤层采用综合机械化放顶煤工艺采煤，准备巷道和
2、回采巷道均沿煤层底板掘进。1070胶带运输大巷使用TS2B200型胶带运输机运输，驱动电机功率31000kW，带宽2000mm，带速4.54.55m/s。皮带机头、机尾的体积和重量都相当大，在安装时需要很大的空间，在皮带搭接处需要施工特大断面的硐室。硐室布置在煤层的底板上，顶板煤层厚度较大，掘进及支护难度都相当大。2 支护方式的选择2.1 围岩类型塔山矿开采的C3C5煤层，按围岩变形分，属于、类稳定、中等稳定围岩，该煤层的上部结构和特征又不同于稳定围岩，具有较明显的软岩特征，因此结合软岩理论进行分析。巷道所受的地应力主要由重力、构造应力组成。通过现场工程地质调查及区域地应力分析认为，本区存在一
3、定残余水平构造应力，但影响不大。工作面来水主要是顶板水，充水含水层为煤层顶部砂岩的含水层。其中C3C5煤层顶部砂岩系裂隙含水层，但顶板的高岭质、砂质、碳质泥岩为遇水膨胀性软岩，富水性较强。综合分析，可以确定工程岩体为高应力、节理化软岩，以节理化为主。2.2 变性力学机制及力学对策通过现场工程地质调查研究，结合软岩工程力学理论分析，C3C5煤层巷道围岩变性力学机制为微裂隙膨胀、重力和工程偏应力扩容变性、层理倾向型复合变性机制。针对每一变性力学机制所采取的力学对策为：利用锚、网、喷支护技术对付微裂隙膨胀变性；利用断面优化及巷道布局优化应对重力和工程偏应力扩容变性；利用锚索、网藕合支护技术及超前钢针
4、支护技术应对节理化变性。2.3 皮带搭接硐室支护设计塔山矿1070胶带运输巷搭接硐室沿C3C5煤层底板掘进，全长66m，半圆拱形断面，掘宽11.5m，掘高10.75m，净宽10m，净高10m，毛断面积高达109.4m2。采用锚、网、喷+锚索+格栅混凝土砌碹联合支护方式。1070胶带运输巷搭接硐室断面如图1所示。图1 1070胶带运输巷搭接硐室断面锚杆杆体采用直径22mm左旋无纵筋螺纹钢，拱部锚杆长度为3000mm，墙部锚杆长度为2500mm，杆尾螺纹为M24。间排距为800800（mm），每排33根。锚杆与巷道轮廓垂直布置，其中两个底锚杆与水平成10。采用一卷K2335型和一卷Z2360型树脂
5、锚固剂加长锚固，锚固长度为1200mm。钻孔直径为28mm。用拱型高强度托板，托板规格为15015010（mm）。与锚杆配套的W形钢带，厚度为3mm，展宽为150mm。护表的金属网为8mm钢筋网，网孔规格150150（mm），搭接长度200mm。锚索为17.8mm、长度为8000mm的钢绞线，用一卷K2335型和二卷Z2360型树脂锚固剂加长锚固，锚固长度为2500mm。锚索间排距为800800（mm），每排11根锚索，与巷道轮廓垂直布置，配套金属托板规格为3003001622（mm）。喷射混凝土强度大于C20，厚度150mm。配合比为：水泥砂子石子=122，水灰比为0.40.5，速凝剂掺量约
6、为水泥重量的2.54.0%。格栅混凝土砌碹强度大于C25，拱部厚度500mm，墙部厚度600mm。配合比为：水泥中砂碎石=11.773.28，水灰比为0.49，砌碹混凝土中添加BR-2增强防水剂，添加量为40kg/m3。作为配筋用的格栅用直径22mm的螺纹钢焊接加工而成，格栅规格150150（mm）。格栅间距为500mm，格栅间连接使用直径22mm的螺纹钢绑扎连接，用4mm铁丝绑扎，连接螺纹钢为内外双层，间距为1000mm。3 施工工艺1070皮带巷搭接硐室采用导峒掘进法施工。由上至下分三层施工，每层分三个导峒。导峒施工顺序如图2所示。导峒1为掘进施工，导峒4、7为起底施工，导峒2、35、6、
7、8、9为扩刷施工，导峒均由外向里掘进、起底、扩刷。导峒布置如图2所示。图2 导峒布置示意3.1 上层导峒的施工在施工上层导峒1、2、3前，必须进行钢针前探支护，钢针用直径32mm、长3m的圆钢制成，钢针间距800mm，外露300mm，外露部分与锚杆绑扎固定。导峒1为掘进施工，掘进循环进尺1.6m，放炮后及时进行锚杆、锚索支护。导峒2、3为扩刷施工，扩刷进度1.6m，扩刷到规定规格后及时进行锚杆、锚索支护。上层导峒施工两个循环后及时进行初喷，初喷厚度5mm。3.2 中、下层导峒的施工待上层导峒施工两个循环后，开始施工中层导峒。导峒4为起底施工，分上、中、下三层爆破，进度1.6m，在起底的过程中要
8、进行锚栓护帮临时支护，以防伤人。导峒5、6为扩刷施工，扩刷进度1.6m，扩刷到规定规格后及时进行锚杆、锚索支护。中层导峒施工两个循环后及时进行初喷，初喷厚度5mm，同时进行顶部复喷。下层导峒的施工与中层导峒施工方法相同。全断面掘进3.6m后，进行复喷，厚度达到150mm。3.3 格栅混凝土砌碹待硐室的掘进与锚喷全部完毕后，进行格栅混凝土砌碹支护，砌碹支护分段进行，每段长10m，施工一段完毕后再接着施工下一段。为了保证碹体的整体性，每两段之间的格栅必须用22mm的螺栓连接，施工顺序由外向里进行。4 效果分析巷道拱形断面有三心拱、切园拱、半圆拱等形状，虽然半园拱形巷道断面利用率较低，但围岩自承能力
9、高。考虑到硐室断面大、围岩松软破碎及支护难度大等原因，设计选择了半园拱形断面。在实际施工过程中，半园拱形断面使锚杆的组合拱作用明显，支护效果良好。使用的直径22mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，其屈服强度大于500MPa，施工时给锚杆螺母施加400Nm的预紧扭矩，主动支护系数达到了0.55，实现了高主动支护性，有效地控制了围岩变形。使用的直径17.8mm、长8000mm的锚索，有效的控制了围岩的深部位移。因为硐室服务年限较长，还采用了格栅混凝土砌碹支护，用格栅作为配筋，提高了混凝土的强度。因为硐室掘进断面太大，掘进采用了9个导峒施工，有利于施工组织，更有利于施工安全。5 结 语煤矿软岩问题一直是困扰
10、煤矿安全生产的重大难题之一，经过几代广大科研工作者和工程技术人员的研究和实践，取得了许多软岩巷道支护的成果，已形成了一套完整的技术。但是，大同矿区的软岩巷道支护技术经验还很少，在遇到软岩问题时，采用一般支护技术，主动支护性低，巷道变形破坏的现象经常发生，然后反复维修，无限制的增加支护的强度和刚度，每年都造成了巨大的经济浪费。塔山矿1070胶带运输大巷皮带搭接硐室采用了高主动性、高强度、高刚度的联合支护技术及导峒掘进技术，实现了快速、优质、安全、高效的目的，总结出了一套松软破碎煤层中特大硐室的掘进与支护技术，使大同矿区的软岩巷道支护技术水平上了一个新台阶。作者简介 牛福龙 男，1969年出生，1992年毕业于山西矿业学院矿井建设专业，高级工程师，现在在大同煤矿集团有限责任公司生产技术部工作。（收稿日期：2008-03-14；责任编辑：陈桂娥）
