斷層應(yīng)力區(qū)集成化硐室施工工藝分析
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摘要：北翼膠帶運(yùn)輸大巷（東）強(qiáng)力皮帶采用中部驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)硐室設(shè)計(jì)在F16斷層附近，同時(shí)巷道中需要架設(shè)架空乘人裝置，巷道掘進(jìn)寬度需要9000mm，經(jīng)縝密分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用全新理念的支護(hù)形式，既保證了巷道的各項(xiàng)功能正常使用，又大大縮小了硐室的斷面尺寸，同時(shí)確保巷道的長(zhǎng)期穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：斷層應(yīng)力區(qū)；大硐室；集成化；總分式
焦作煤業(yè)集團(tuán)趙固（新鄉(xiāng)）能源有限責(zé)任公司趙固一礦（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“趙固一礦”）位于焦作煤田東部、太行山南麓，行政區(qū)劃隸屬輝縣市管轄，井田中心東南距新鄉(xiāng)市39km，西南距焦作市50km，東北至輝縣市17km。井田含煤面積43.77km2，總資源儲(chǔ)量3.73億t，可采儲(chǔ)量1.65億t。目前礦井剩余可采儲(chǔ)量1.38億噸，剩余服務(wù)年限為35.8a。礦井于2005年6月19日開(kāi)工建設(shè)，2009年5月10日正式竣工投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力2.40Mt/a，服務(wù)年限49年，礦井2015年核定生產(chǎn)能力為3.00Mt/a。礦井可采煤層為二1煤，厚度1.21～7.10m，平均5.29m，傾角為2～6°，為低瓦斯礦井，煤層為不易自燃煤層，煤塵無(wú)爆炸危險(xiǎn)性，水文地質(zhì)條件極復(fù)雜。
1工程概況
我礦目前生產(chǎn)盤(pán)區(qū)由東翼向北翼轉(zhuǎn)換，需要在北翼膠帶運(yùn)輸大巷（東）鋪設(shè)大功率強(qiáng)力皮帶，由于皮帶轉(zhuǎn)換點(diǎn)坡度較大，故此皮帶設(shè)計(jì)為中部驅(qū)動(dòng)。同時(shí)北翼膠帶運(yùn)輸大巷（東）需要安裝架空乘人裝置運(yùn)輸人員，在滿足各種安全間距的情況下，皮帶中部驅(qū)動(dòng)處要求巷道掘進(jìn)寬度需達(dá)到9000mm，支護(hù)難度極大，且后期維護(hù)困難，與此同時(shí)因?yàn)橄锏罃嗝婵缍却?，冒落拱高度高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)自建礦以來(lái)最大的巷道斷面，巷道無(wú)法長(zhǎng)期穩(wěn)定。與此同時(shí)，皮帶中部驅(qū)動(dòng)硐室位于F16斷層影響帶上，F(xiàn)16斷層為正斷層，落差45m，驅(qū)動(dòng)硐室位于斷層上盤(pán)，距斷層面垂直距離約為50m，屬于應(yīng)力集中區(qū)，后期巷道維護(hù)難度異常艱巨。針對(duì)這種位于斷層影響帶、應(yīng)力集中區(qū)的大斷面硐室，采用全新理念的支護(hù)形式，合理的空間安排布局保證了皮帶驅(qū)動(dòng)及架空乘人裝置的正常使用，同時(shí)大大減小了硐室斷面，降低了支護(hù)難度，保證了硐室的長(zhǎng)期穩(wěn)定。
2硐室設(shè)計(jì)理念
2.1硐室的集成化布置
北翼膠帶運(yùn)輸大巷（東）皮帶驅(qū)動(dòng)硐室采取上下分層的布置方式，充分利用硐室上半部分空間，架空乘人裝置從皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)上方通過(guò)，大大減小巷道寬度，后期在皮帶電機(jī)上方鋪設(shè)行人鋼板，保證架空乘人裝置最下沿距底板（鋼板）不超過(guò)安全高度；上下分層的布置方式取消了機(jī)電硐室的施工，將皮帶機(jī)電設(shè)備布置在皮帶上方；驅(qū)動(dòng)硐室以東小斷面巷道架棚后巷道高度為3800mm，驅(qū)動(dòng)硐室架棚后巷道高度為5500mm，小斷面巷道頂板與驅(qū)動(dòng)硐室頂板平齊，底板高于驅(qū)動(dòng)硐室底板1.7m，與皮帶電機(jī)上方鋪設(shè)鋼板基本平齊，皮帶電機(jī)以西鋼板緩坡度接地，同時(shí)皮帶面從皮帶驅(qū)動(dòng)向東可以完全沿巷道底板布置無(wú)需皮帶面在驅(qū)動(dòng)處的隆起，有助于皮帶的運(yùn)行；根據(jù)皮帶驅(qū)動(dòng)的具體功能，張緊跑車(chē)活動(dòng)范圍與驅(qū)動(dòng)電機(jī)段，根據(jù)功能不同，設(shè)備不同，巷道斷面也有所區(qū)分，張緊跑車(chē)段巷寬小于驅(qū)動(dòng)電機(jī)段500mm，以?xún)蓚€(gè)硐室南幫平齊，進(jìn)一步減小巷道斷面，增加硐室的穩(wěn)固性，皮帶驅(qū)動(dòng)硐室總長(zhǎng)度為54m，分為電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分與張緊跑車(chē)部分，其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分硐室長(zhǎng)度為20m，位于驅(qū)動(dòng)硐室東端頭，張緊跑車(chē)部分硐室長(zhǎng)度為34m，位于驅(qū)動(dòng)硐室西端頭。
2.2硐室的支護(hù)形式
北翼膠帶運(yùn)輸大巷（東）皮帶驅(qū)動(dòng)硐室支護(hù)采用總分式的全新支護(hù)理念。
2.2.1總體支護(hù)2.2.1.1掘進(jìn)一次支護(hù)巷道斷面設(shè)計(jì)為半圓拱型斷面，1-1斷面（張緊跑車(chē)段）規(guī)格為凈寬6800mm，直墻高度2050mm。全斷面采用錨網(wǎng)索支護(hù)，每排布置19根規(guī)格為φ17.8×4200mm錨索，間排距800×800mm，采用200×200×16mm鋼墊板，預(yù)緊力不低于200kN；頂板布置點(diǎn)錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，錨索規(guī)格φ21.6×8300mm，每排布置5根，間排距1500×800mm，頂板點(diǎn)錨索墊板采用300×300×16mm高強(qiáng)度可調(diào)心托板，預(yù)緊力不小于300kN；2-2斷面（驅(qū)動(dòng)電機(jī)段）規(guī)格為凈寬7300mm，直墻高度2050mm。全斷面采用錨網(wǎng)索支護(hù)，每排布置20根規(guī)格為φ17.8×4200mm錨索，間排距800×800mm，采用200×200×16mm鋼墊板，預(yù)緊力不低于200kN；頂板布置點(diǎn)錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，錨索規(guī)格φ21.6×8300mm，每排布置6根，間排距1500×800mm，頂板點(diǎn)錨索墊板采用300×300×16mm高強(qiáng)度可調(diào)心托板,預(yù)緊力不低于300kN。2.2.1.2架棚二次支護(hù)巷道掘進(jìn)工程結(jié)束后架設(shè)直墻半圓拱型封閉式U鋼棚，皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)部分架棚斷面規(guī)格為：6400×5500mm，皮帶張緊絞車(chē)部分架棚斷面規(guī)格為：5900×5500mm，驅(qū)動(dòng)硐室向西與小斷面巷道結(jié)合處，底板平齊，采用漸變棚進(jìn)行對(duì)接，U鋼棚尺寸逐步減小，緩解大小棚結(jié)合處的應(yīng)力集中；U鋼棚施工結(jié)束后對(duì)包括U鋼底拱在內(nèi)全斷面進(jìn)行噴注漿施工，要求強(qiáng)度C20。注漿采用長(zhǎng)短孔注漿法，深孔達(dá)到3.5m，淺孔為2.5m，淺孔注漿管規(guī)格為：φ25×800mm，深孔注漿管規(guī)格為：φ25×1500mm。注漿施工順序：先注淺孔，待淺孔注好后再注深孔。漿液用單液水泥漿，終孔壓力不小于2MPa且不大于2.5MPa，穩(wěn)壓時(shí)間不小于20min。充填U鋼棚裱褙空間，使U鋼棚與巷道圍巖形成一個(gè)整體，并且增加圍巖加固圈的厚度，從根本上提高硐室的穩(wěn)定性。
2.2.2分層支護(hù)除整體支護(hù)外，硐室斷面根據(jù)不同的特性分上中下三層，分別制定了相對(duì)應(yīng)的支護(hù)形式。2.2.2.1上層支護(hù)硐室頂板及肩窩，平行于巷道中線方向均勻打設(shè)6排槽鋼梁錨索，槽鋼梁錨索間排距1000×1500mm，槽鋼梁長(zhǎng)度4500mm，錨索規(guī)格為φ21.6×10300mm；考慮到硐室頂板較高，后期出現(xiàn)噴漿體開(kāi)裂現(xiàn)象時(shí)危害較大，又無(wú)法進(jìn)行審頂，所以提前在槽鋼梁與頂板間鋪設(shè)單層金屬焊網(wǎng)，同時(shí)，待頂板槽鋼梁錨索錨固后，未上托盤(pán)預(yù)緊前，利用錨索孔進(jìn)行套管注漿，注漿管采用800mm長(zhǎng)鋼管制作而成，外露長(zhǎng)度50mm，采用水灰比為1：1的水泥漿進(jìn)行管內(nèi)注漿，終孔壓力2～2.5MPa，穩(wěn)壓時(shí)間不低于20min，從而進(jìn)一步增大圍巖注漿加固圈厚度，并對(duì)前期注漿進(jìn)一步強(qiáng)化。2.2.2.2中層支護(hù)硐室?guī)筒恐眽Σ糠质軅?cè)壓易變形，為防止皮帶驅(qū)動(dòng)安裝后，硐室?guī)筒渴湛s變形，提前對(duì)直墻部分打設(shè)兩排加強(qiáng)槽鋼梁錨索，槽鋼梁長(zhǎng)度4500mm，錨索規(guī)格為φ21.6×10300mm，預(yù)緊力不低于300kN，預(yù)緊后錨索外露長(zhǎng)度150～250mm，下方一排距底板500mm，上方一排距底板2000mm。2.2.2.3下層支護(hù)硐室底板支護(hù)根據(jù)皮帶設(shè)備差異采用兩種支護(hù)形式，對(duì)于未設(shè)計(jì)皮帶基礎(chǔ)范圍，在設(shè)計(jì)底板以下300mm處施工橫向槽鋼梁鳥(niǎo)籠錨索，錨索規(guī)格：φ21.6×6300mm，并進(jìn)行孔內(nèi)注漿；對(duì)設(shè)計(jì)有皮帶基礎(chǔ)范圍，底板鳥(niǎo)籠錨索平行于巷道布置，直接打設(shè)在U鋼棚底拱上，避免影響基礎(chǔ)打設(shè)。鳥(niǎo)籠錨索錨固方式：預(yù)制具有一定流動(dòng)性的混凝土，灌入錨索底端，用塑料管進(jìn)行搗實(shí)?；炷铃^固7天后進(jìn)行孔口注漿，然后預(yù)緊錨索，最后將錨索截至外露60mm。錨索角度：垂直底板打設(shè)，要求底板錨索初次張拉達(dá)到260kN，預(yù)應(yīng)力損失完成后不低于200kN。待底板鳥(niǎo)籠錨索施工結(jié)束后，施工地坪，地坪厚度150mm，將錨索頭完全覆蓋。
3結(jié)論
膠帶巷兼做猴車(chē)運(yùn)輸巷能實(shí)現(xiàn)猴車(chē)不停歇運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)，也避免了掘進(jìn)專(zhuān)用行人巷。猴車(chē)布置在膠帶大巷時(shí)，往往因?yàn)槠?qū)動(dòng)范圍電機(jī)較寬猴車(chē)無(wú)法運(yùn)行。采用本設(shè)計(jì)內(nèi)容有效解決了膠帶巷兼做猴車(chē)運(yùn)輸巷時(shí)，猴車(chē)通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)時(shí)的難題。具有廣泛的適用性和良好的推廣型。對(duì)于大硐室支護(hù)，本設(shè)計(jì)提出了全新的總分式全新支護(hù)形式，全方面、多維度、有針對(duì)性的對(duì)硐室內(nèi)的各部分進(jìn)行合理化支護(hù)，并在實(shí)際運(yùn)用中取得了良好的效果，具備很高的借鑒價(jià)值。
作者：毛東 余飛 秦晨曦 單位：焦作煤業(yè)集團(tuán)趙固（新鄉(xiāng)）能源有限責(zé)任公司