陳富清 徐 兵 周興來

（山西長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司，山西省長治市，046000）

大直徑超長管棚支護(hù)技術(shù)在煤礦斜井井筒表土段施工中的應(yīng)用

陳富清 徐 兵 周興來

（山西長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司，山西省長治市，046000）

介紹了大直徑管棚超前支護(hù)在長治經(jīng)坊煤礦副斜井表土段中的應(yīng)用，詳述了大管棚支護(hù)的設(shè)計(jì)、施工工藝、安全措施及應(yīng)用效果。

巷道支護(hù) 大管棚 定向鉆進(jìn) 超前支護(hù) 注漿

1 工程概況

山西省長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司副斜井井筒改造前井筒斷面形狀為三心拱形，料石砌碹，凈寬3.1m，凈高2.7m。改造后井筒斷面形狀為半圓拱形，凈寬6.0m，凈高4.4m，斜井長度391.5m，斜井坡度為－20°15′。其中表土段長度236.6m，采用鋼筋混凝土澆筑，支護(hù)厚度450mm，基巖段長度156.9m，采用錨噴支護(hù)，支護(hù)厚度150mm。

副斜井井筒表土段土質(zhì)以粘土和亞粘土為主，局部有少量滲水。在垂深約50m區(qū)域，含有一層流沙。斜長通過距離為2.9m。原巷道在施工中出現(xiàn)過大面積塌方，有35m巷道是成巷后回填至地表。副斜井井筒在32m處距離南邊生產(chǎn)調(diào)度樓（該樓為5層框架式結(jié)構(gòu)）最近法線距離為2.7m。在126m處距離北邊職工宿舍樓最近法線距離為8.7m。

2 超前支護(hù)選擇

目前超前支護(hù)方法中，主要有超前錨桿、超前小導(dǎo)管注漿技術(shù)和超前管棚。鑒于副斜井井筒表土段距離長且地質(zhì)條件特別復(fù)雜，決定采用大管棚超前支護(hù)作為本次施工超前支護(hù)的主要手段。

3 管棚設(shè)計(jì)方案

3.1 管棚設(shè)計(jì)參數(shù)

管棚布設(shè)范圍：巷道拱基線以上180°范圍，共布設(shè)39根鋼管。

管棚布設(shè)方案：鋼管中心間距為300mm，管棚范圍線距離開挖范圍法線距離為300mm。

管棚材料選擇：管棚采用?133mm×6mm無縫熱軋鋼管，套管采用?127mm×8mm無縫熱軋鋼管。

管棚連接方法：鋼管采用螺紋絲扣套管連接，套管采用?127mm×8mm無縫鋼管制作，長度為300mm，用管螺紋車床將套管內(nèi)圓柱面車成螺紋絲扣。?133mm無縫鋼管在加工前，先將鋼管分成兩段，平均長度4.5m。用管螺紋車床將截好的鋼管兩端外圓柱面車成螺紋絲扣，絲扣長度為150mm。這樣將兩段?133mm無縫鋼管中間靠套管進(jìn)行絲扣連接。

鋼管打設(shè)方位：鋼管沿井筒開挖輪廓線縱向按－20°30′的坡度外插設(shè)置。管棚打設(shè)示意圖見圖1。

圖1 管棚打設(shè)示意圖

設(shè)備選型：采用HG－200型水平定向鉆機(jī)，電機(jī)功率55kW；BW250型注漿機(jī)，電機(jī)功率為15kW；Q1393型管螺紋車床；導(dǎo)向定位儀采用國內(nèi)最先進(jìn)的SE－200型有線導(dǎo)向儀，該導(dǎo)向儀分有線數(shù)據(jù)探棒、數(shù)據(jù)連接線和手持式遠(yuǎn)程接收器。定位傾角精度為0.3%，傾角分辯率為0.1%。

3.2 管棚工作室和導(dǎo)向架設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場操作的需要，鉆機(jī)鉆孔時(shí)要有一個(gè)比井筒開挖輪廓線大的工作室，即長管棚工作室。它的寬度取決于井筒開挖斷面尺寸、鉆機(jī)尺寸及操作時(shí)所需空間的大小，而其長度則主要取決于管節(jié)長度、鉆機(jī)及鉆桿接長所需要的最大長度，同時(shí)還要滿足對管子進(jìn)行糾偏操作的空間。根據(jù)以上要求，工作室的長取8m，寬取8.7m。

2.2.3 培育苗種。培育苗種對于養(yǎng)殖水體的水質(zhì)有著較高的要求，在培育苗種的過程中，水體中的水溫、溶氧、氨氮、DH值及硝酸鹽等指標(biāo)均會(huì)對培育苗種造成非常大的影響。苗種幼小，耐低氧能力偏弱，免疫力相對偏低，無法抵御外界侵犯，在全池中潑灑微生物制劑，利用微生物制劑分解掉水體中的殘留物質(zhì)，降解水體中的氨氮，推動(dòng)有益菌群的生長、繁育，弱化藻類及有害菌，為苗種創(chuàng)建優(yōu)良的生態(tài)水質(zhì)條件，增強(qiáng)養(yǎng)殖動(dòng)物的免疫力。

為準(zhǔn)確控制長管棚的方向和坡度，在平整好的工作室場地上，采用32＃工字鋼作為水平方向移動(dòng)的滑道，在滑道平臺(tái)上豎立4根6m高的18＃工字鋼，每根工字鋼上端掛一個(gè)K75強(qiáng)力型手拉葫蘆，在4根工字鋼中間制作操作臺(tái)，用手拉葫蘆控制操作平臺(tái)的高度。工作室及導(dǎo)向架設(shè)計(jì)見圖2。

圖2 工作室斷面及導(dǎo)向架設(shè)計(jì)

4 管棚施工方案

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件，采用水循環(huán)導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法一次打設(shè)到位。

水循環(huán)導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法就是將管棚鋼管作為鉆桿，在第一節(jié)管棚鋼管前端安裝帶有導(dǎo)向探棒的楔形板鉆頭。首先采用水平定向鉆機(jī)將裝有楔形板鉆頭的管棚鋼管打入土中，然后通過絲扣連接，將其它管棚鋼管與前一節(jié)管棚鋼管連接，依次打入土中，并跟蹤鉆進(jìn)方向，控制管棚鋪設(shè)軌跡，直到達(dá)到管棚設(shè)計(jì)終孔長度，最后進(jìn)行封孔注漿而形成管棚。楔形板鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

圖3 楔形板鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖

如圖3所示，鉆頭內(nèi)裝有特制的傳感器，傳感器直接由15V直流供電。顯示屏顯示鉆頭的傾角（水平角度）和面向角（導(dǎo)向板的方向）。打設(shè)角度可由導(dǎo)向板的角度調(diào)節(jié)。如果角度合適，鉆機(jī)會(huì)勻速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，此時(shí)鉆桿軌跡是平直的。所以導(dǎo)向鉆頭是上下糾偏的關(guān)鍵。至于左右偏差根據(jù)傳感器尾端的發(fā)光裝置而定，通過儀器測量參數(shù)糾偏。

管棚施工工藝流程為：管棚工作室施工→測量放線→鉆機(jī)安裝→調(diào)整鉆機(jī)對孔位→鉆進(jìn)→回次加尺→跟蹤導(dǎo)向測量→直至設(shè)計(jì)孔深→取出導(dǎo)向儀→封孔→注漿。

管棚施工前，斜井明槽段已開挖完畢。在明槽段標(biāo)定出管棚工作室的范圍，在擴(kuò)刷過程中，管棚工作室四周用錨網(wǎng)噴臨時(shí)支護(hù)，防止遇水垮塌。將四周表土擴(kuò)刷至設(shè)計(jì)的尺寸。將工作室底板夯實(shí)找平，用長4000mm、寬500mm、厚50mm的木板鋪設(shè)在底板上。同時(shí)在管棚工作室旁邊設(shè)置一個(gè)泥漿存放池，內(nèi)設(shè)置一臺(tái)泥漿泵，打設(shè)管棚所產(chǎn)生的泥漿由泥漿泵經(jīng)管道排到地面指定位置。鉆機(jī)機(jī)架安裝前，先進(jìn)行測量放線，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙測量放出井筒的中線和管棚中心位置，并做好相應(yīng)標(biāo)志，標(biāo)出孔號(hào)。然后，準(zhǔn)備好鋼墊板和脹管螺栓，鋼墊板規(guī)格為250mm×250mm，脹管螺栓直徑為?16mm，鋼墊板與基礎(chǔ)固定要牢，強(qiáng)度要高。H型鋼立柱找平誤差小于3mm；底盤對角線找平誤差±3mm；斜拉筋需繃緊，交叉拉力基本相等；四柱對角誤差±5mm；絲杠、頂杠要頂緊、有效，安裝要牢固，確保不因震動(dòng)而松動(dòng)或脫落。鉆機(jī)的運(yùn)行平臺(tái)下方焊接有4個(gè)帶槽托輥，兩根橫梁安裝牢固以后，鉆機(jī)及運(yùn)行平臺(tái)用帶槽托輥卡在兩根橫梁上，鉆機(jī)及運(yùn)行平臺(tái)可左右移動(dòng)。根據(jù)測量放線標(biāo)識(shí)出的管棚孔位及施工方案設(shè)計(jì)參數(shù)，調(diào)整鉆機(jī)位置和鉆機(jī)角度，對好孔位，孔位誤差控制在50mm以內(nèi)。

管棚鉆進(jìn)首先是安裝楔形板鉆頭，控制鉆頭進(jìn)孔角度，誤差不超過±3′。導(dǎo)向鉆進(jìn)前應(yīng)對鉆機(jī)定位、孔口管對中、沖洗液流通以及導(dǎo)向儀顯示情況進(jìn)行全面復(fù)檢，確認(rèn)正常后進(jìn)行試鉆。鉆進(jìn)前須先開泵，待沖洗液流通正常后，方可鉆進(jìn)。鉆進(jìn)時(shí)，泵壓應(yīng)控制在0.4～0.8MPa，泵量為20～50L／min為宜。保持中低壓力，勻速中速鉆進(jìn)?，F(xiàn)場須及時(shí)進(jìn)行導(dǎo)向數(shù)據(jù)記錄和鉆具前端長度及每次加管長度詳細(xì)記錄。

在進(jìn)入管棚工作室前必須對加工好的?133mm無縫鋼管進(jìn)行質(zhì)量檢查。管材不得有彎曲，絲扣四周壁厚均勻，絲扣完好合格。管材內(nèi)的鐵屑、臟物及銹皮等必須清除干凈。連接的電線應(yīng)選用導(dǎo)電性能好，外殼絕緣性能好且耐磨的電線。接頭處要用兩層熱縮套管套好，用熱吹風(fēng)機(jī)吹烤貼牢。每次鋼管鉆進(jìn)后，松開絲扣鉆機(jī)回撤至預(yù)定位置；增加鋼管時(shí)，必須準(zhǔn)確丈量鋼管長度，連接鋼管時(shí)應(yīng)將絲扣擰到位，并做好記錄。

導(dǎo)向儀顯示屏首先歸零。在鉆進(jìn)過程中，機(jī)手應(yīng)隨時(shí)觀察導(dǎo)向顯示屏，發(fā)現(xiàn)角度偏差太大時(shí)應(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)行糾偏，鉆進(jìn)角度誤差控制在0.3%以內(nèi)。鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度后確認(rèn)管棚打設(shè)質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)將導(dǎo)向探棒取出，并清洗干凈，安裝到下一個(gè)鉆頭內(nèi)。

管棚打設(shè)到位后，采用10mm厚鋼板進(jìn)行封孔，并在封孔板上安裝注漿閥門。每根管棚打設(shè)完成后要及時(shí)對管內(nèi)和管外壁進(jìn)行注漿，防止地表沉降。采用BW250注漿泵將1∶1水泥漿液注入孔內(nèi)，注漿壓力達(dá)到1.0～1.5MPa、穩(wěn)定20min后停止注漿。注漿3h后根據(jù)實(shí)際注漿情況確定是否需要再次補(bǔ)注漿。

5 結(jié)語

經(jīng)坊煤礦副斜井表土段施工采用大直徑管棚超前支護(hù)的方法取得良好的效果，順利通過了2.9m長流砂層和兩處充填段。生產(chǎn)調(diào)度樓靠近井筒一側(cè)平均下沉18mm，職工宿舍樓靠近井筒一側(cè)平均下沉6mm。達(dá)到了設(shè)計(jì)院給出的樓體沉降范圍。

實(shí)踐證明，采用大直徑管棚及注漿超前支護(hù)的方法，在處理斜井表土段復(fù)雜地質(zhì)條件下施工是有效的，對于煤礦斜井表土段施工安全具有足夠的可靠性和適用性。

（1）超前管棚支護(hù)利用管棚鋼管作為縱向支撐，U型鋼支架作為橫向支撐，構(gòu)成縱橫支撐結(jié)構(gòu)，鋼度較大，具有良好的穩(wěn)定性，在斜井井筒開挖時(shí)能限制圍巖的變形，確保巷道施工安全。

（2）通過管棚注漿，增加了管棚的剛度，管外注漿可增加圍巖中土體間粘結(jié)力，增強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)性，有利于減少井筒開挖時(shí)圍巖的沉降變形。

（3）導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)管棚施工技術(shù)能夠控制管棚鋪設(shè)精度，控制巷道圍巖加固范圍，更能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)管棚的超前支護(hù)功效。

[1] 高懷鵬，毛海東.長管棚預(yù)注漿超前支護(hù)技術(shù)在淺埋偏壓大跨隧道洞口施工中的應(yīng)用[J].公路，2005（10）

[2] 黎愛清，呂秀華.長管棚施工工法[J].西部探礦工程，2003（12）

[3] 朱漢華，孫紅月，楊建輝.公路隧道圍巖穩(wěn)定與支護(hù)技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2007

Large diameter pipe roof support technology
in mine inclined shaft construction of surface segments

Chen Fuqing，Xu Bing，Zhou Xinglai
（Changzhi Coal by Square Co.，Ltd.，Changzhi，Shanxi 046000，China）

The large diameter pipe roof advanced support at the auxiliary shaft of Changzhi jingfang coal mine are introduced，which include the design and the construction technologies，the safety measures and the application effects.

shaft and drift supporting，large diameter pipe roof，directional drilling，advance support，grouting

TD352

B

陳富清（1971－），男，高級(jí)工程師，本科學(xué)歷，現(xiàn)在經(jīng)坊煤業(yè)從事礦井開拓、掘進(jìn)技術(shù)工作。

（責(zé)任編輯 張毅玲）