1. 工程概况
1.1. 工程概述
信湖煤矿是安徽省发改委批准的重点煤矿建设项目,由合肥设计研究院设计,设计生产能力为300万吨/年,立井开拓,在中央区工业场地内布置主、副、风三个井筒。由淮北矿业集团和安徽省煤田地质局合资建设。
矿井位于涡阳县花沟镇境内,东距涡阳县城14 km,交通便利。
主井、副井和风井三个井筒位于同一工业广场内,工业广场地势平坦,自然地面标高+31.4 m。
信湖煤矿副井全深1035 m,井底车场标高为−960 m。井筒与−960 m车场连接处,轨面相对标高±0.000 (绝对标高为−960 m),顶板相对标高+9.95 m,净宽7.5 m。井筒及连接处外层为锚网、索、喷临时支护,内层双层钢筋混凝土结构,加固段井壁厚度为850 mm,混凝土强度等级为C50。配筋形式为:环向筋Φ22@200 mm、纵筋Φ20@200 mm;底拱钢筋:环筋Φ20@200 mm、水平筋Φ18@200 mm。
1.2. 工程技术特征及工程量
马头门连接处巷道中心线为井筒中线偏西250 mm,从井筒中心算起南侧长40.757 m,北侧长28.738 m。其中1-1断面北侧长2 m,南侧长2 m,净高9.95/8.95 m;2-2断面长12.05 m,净高6.91 m。
连接处计划与井筒同时施工段:南侧掘进9.5 m,浇筑8.41 m (与东、西两个信号控制硐室整体浇筑),北侧掘进8.5 m,浇筑5 m。
连接处断面均为半圆拱结构,拱高3.75 m,净宽7.5 m,临时支护喷浆厚度100 mm,壁厚850 mm。连接处要求用锚网喷支护,锚杆为Ф22钢筋等强锚杆,L = 2500 mm,锚杆按梅花形状布置,锚杆间排距为800 mm × 800 mm。详见图1、图2。
1.3. 地质及水文地质情况
根据《信湖副井井筒检查孔地质报告》,−960 m车场连接处顶部处于砂岩中,致密,垂直裂隙发育。
2. 施工方案
2.1. 马头门与井筒相关部分施工方案
井筒掘砌到马头门顶板上口2.0 m (标高−950.5 m)停止永久支护,继续向下掘进至马头门顶板荒径上口(标高−951.93 m),锚网喷支护好后,继续向下掘进。马头门与井筒一并掘进的同时,井筒超前马头门一个段高4 m,作为临时矸石仓和水窝,以便储存马头门放炮崩落的矸石。最后井筒掘至−966.45 m,待扎筋、立模板结束后自下而上整体浇注 [1] 。
2.2. 马头门施工方案
随着井筒掘进的下行,先将马头门拱部锚、网、喷、锚索支护完毕再继续施工墙部直至将反底拱和摇台基础一并掘出。考虑马头门设计工程特点及保证浇注混凝土的充填密实性,计划将北侧马头门从井筒中心线向北掘进10.0 m,浇注长度为井筒中心线向北8.55 m;计划将南侧马头门从井筒中心线向南掘进至12.0 m,浇注长度为井筒中心线向南10.5 m。南侧马头门的两个信号操作硐室一并掘出。
马头门内信号操作硐室掘进、支护及碹骨安装同马头门一并施工,马头门连接处与井筒部分一起浇灌混凝土永久支护,永久支护采用整体金属模板拉模施工,高度14.3 m
3. 施工方法
3.1. 掘进
1) 采用钻爆法施工:YT-29型凿岩机打眼,Φ22 × 2200 mm六角中空钢钎配Φ42 mm“一”字形钻头打眼,装药选用煤矿许用二级水胶炸药,规格Φ29 × 430 mm,雷管选用煤矿许用毫秒延期电雷管,串/并联正向装药爆破 [2] 。
2) −960 m车场连接处拱部在打眼前,由当班技术员,按照巷道中心线和标高点用红漆画出巷道掘进荒径轮廓线,打眼工严格按照掘进荒径轮廓线控制好角度进行打眼;炮后同样由当班技术员进行检查,按设计尺寸检查掘进荒径是否满足设计要求,不够之处用风镐刷够,然后进行临时支护 [3] 。
3) 硐室开门炮,采用打浅眼、多打眼、少装药的原则进行爆破,尽量减少放炮对岩石的震动,炮眼深度控制在1.5 m以内,周边眼间距控制在300~350 mm之内,装药量减半 [2] 。
为方便倒矸,马头门墙部眼采用竖直向下打眼,眼深2.0 m。间排距0.7~1.0 m,孔间距400~600 mm。矸石放炮后大部分直接崩入井筒内。
3.2. 出矸
−960 m车场连接处出矸采用人工配合耙矸机、抓岩机出矸。放炮前将井筒内矸石出到低于马头门施工水平2~3 m,放炮后矸石自然落入井筒水窝内,剩余矸石用人力、耙矸机、抓岩机扒入井筒内。中心回转抓岩机抓岩装罐,利用井筒施工期间的提升排矸系统排矸。后期井筒施工完毕后,再施工马头门时采用P−90B (45 kw)型耙矸机出矸。
3.3. 一次支护
1) −960 m车场连接处顶部处于砂岩、底部处于泥岩中,支护范围为井筒−945~−964.8 m,马头门拱部、墙部和底拱。马头门拱部掘进尺寸满足设计要求后,用锚杆、锚索、网片及喷浆作为支护,喷浆厚度70 mm。
2) 锚杆参数:井筒为:Ø22 × 2500 mm左旋无纵筋高强树脂锚杆,间排距800 mm × 800 mm,梅花状布置,每根锚杆使用2卷Z2550型树脂锚固剂。网片的规格:2000 × 1000 mm,网格100 × 100 mm,Ф6钢筋焊接,压茬不小于100 mm,用18#铁丝绑扎。锚杆托盘规格为150 × 150 mm,用10 mm厚的钢板压制成碟状,方形。
锚索参数:锚索采用高强度低松弛预应力钢绞线,直径17.8 mm,长度为7000 mm,锚索间排距为2.4 m,每根锚索使用“1快2中”共三支树脂锚固剂(1支K2550、2支Z2550)。锚索托盘规格为300 × 300 mm,用15 mm厚钢板加工 [4] 。
3.4. 钢筋绑扎
−960 m车场连接处拱部,墙部掘进和临时支护完即进行钢筋绑扎。依据由地面向井下传递的井筒十字线和标高控制点,分别在两迎头工作面打上固定的木桩,并钉上铁钉,标定出巷道中心线和−960 m车场连接处底板上1 m腰线,依据巷道中心线和腰线绑扎钢筋。
3.5. 立模及混凝土浇灌二次支护
马头门及井筒连接部永久支护采用整体金属模板施工法,采用由−964.8 m向上拉模施工。施工时,先浇筑到−962.45 m位置,混凝土凝固后在−962.45 m混凝土面上组装摇台基础模板和1#、2#、3#碹骨骨腿,北侧模板高度2.04 m (−962.45~−960.41m),南侧模板高度1.65 m (−962.45~−960.80m),待模板组装完毕后,摇台基础和北侧3-3断面以及南侧5-5断面反底拱整体浇筑与模板上口一平。
当北侧−960.41 m和南侧−960.80 m混凝土凝固后,按地面加工碹骨顺序编号下放碹骨和脚手架,北侧组装4#、5#碹骨,南侧组装4#、5#、6#碹骨,再进行向上提模施工。
马头门及井筒连接部永久支护采用整体金属模板施工法,高度14.3 m,从标高−950.5~−964.8 m,分5次施工。
1) 第一模2.35 m (−964.8~−962.45 m)
2) 第二模2.04 m (−962.45~−960.41 m)。
3) 第三模3.6 m (−960.41~−956.81 m)。
4) 第四模3.2 m (−956.81~−953.61 m)。
5) 第五模3.11 m (−953.61~−950.5 m)。
马头门碹股采用[16槽钢加工,北侧布置5架、南侧布置6架,碹骨间距1.2 m;碹股之间的拉钩使用40的角铁,支撑杆使用3寸Ф76 mm管子连接。
稳设碹股时,先按中、腰线稳设碹骨腿,为防止浇筑砼时碹骨腿位移,每根碹骨腿上打设4根φ22 × 2500 mm锚杆固定碹股腿,之后架设拱部碹骨。
碹骨稳设结束后,立模板、浇筑混凝土。混凝土强度等级C50,浇灌混凝土时要垂直、对称入模,下料要均匀,连续分层浇灌,层厚300 mm,以保证模板稳定。
要随浇随捣,用振捣器将混凝土捣实,捣固方式慢插慢拔,且震动时间不得小于30 s,杜绝蜂窝、麻面,以保证井壁质量 [5] 。
对接茬施工应严格要求,在浇注接茬时,边浇边捣固,保证混凝土饱满、接茬严密。
4. 结束语
信湖煤矿副井及井筒连接处等相关硐室,采用锚索支护技术配合锚网喷进行一次支护,有效地控制了围岩的稳定性,既加大了施工段高,加快施工进度,又避免了硐室及相关井筒第一分层钢筋砼支护帽下沉,确保了工程质量和施工安全,为预应力锚索支护在围岩破碎的特大硐室中应用积累了成功的经验。