毛 東 余 飛 秦晨曦
(1、焦作煤業(yè)集團(tuán)趙固(新鄉(xiāng))能源有限責(zé)任公司,河南 輝縣453634 2、新鄉(xiāng)中新化工乙二醇分廠,河南 獲嘉453800)
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“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。
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。
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,以兩個(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。
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。
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。