主巷不间断运输条件下全煤特大断面交岔硐室施工方法

摘要

本发明公开的一种主巷不间断运输条件下全煤特大断面交岔硐室施工方法，包括盘区胶带机头搭接硐室施工、工作面皮带巷搭接硐室施工以及工作面皮带巷的维护，具体施工步骤为：（1）盘区胶带机头搭接硐室拱部施工，（2）工作面皮带巷维护以及辅助设施和电缆保护，（3）工作面皮带巷搭接硐室拱部施工，（4）贯通盘区胶带机头搭接硐室和工作面皮带巷搭接硐室，（5）盘区胶带机头搭接硐室墙部施工和工作面皮带巷搭接硐室刷大施工，（6）盘区胶带机头搭接硐室和工作面皮带巷搭接硐室的砌碹，（7）盘区胶带机头搭接硐室和工作面皮带巷搭接硐室的交岔点砌碹。本发明在施工时不影响工作面皮带巷的运输，并克服在全煤层地质条件下施工硐室的困难。

说明书

技术领域

       本发明涉及煤矿井下硐室施工方法，具体是一种主巷不间断运输条件下全煤特大断面交岔硐室施工方法。

背景技术

在煤矿生产中，经常需要在现有盘区附近布置新的盘区，相邻盘区的工作面同时进行生产。为了便于生产、运输或避免出现事故，有时需要将新盘区的皮带与现有承担运输任务的另一盘区的工作面皮带搭接，形成盘区运输系统，因此要施工交岔硐室（盘区搭接硐室和工作面搭接硐室）将盘区皮带巷与工作面皮带巷连通。

煤矿开采时，如果开采煤层厚度大，沿煤层底掘进的巷道处在煤层中，属煤层巷道。煤层巷道围岩松软破碎，巷道围岩破坏范围较大，煤层和岩层的不连续面容易发生离层，加之受到地质构造的影响，极易离层、片帮，发生冒顶。与大多数矿山硐室布置在岩层中不同，在煤层厚度较大的地质环境中硐室必顶布置在煤层中，增加了硐室施工的难度。

在施工交岔硐室时，如按正常施工将必然对现有工作面皮带巷造成停产，从而影响到全矿井的生产，为避免矿井停产，又要做到施工安全，就必须对工作面皮带巷及其设施，以及施工人员的安全加以保护。

发明内容

       本发明所要解决的技术问题是提供一种主巷不间断运输条件下全煤特大断面交岔硐室施工方法，该方法可在施工时不影响工作面皮带巷的运输，并克服了在全煤层地质条件下施工硐室的困难。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

       一种主巷不间断运输条件下全煤特大断面交岔硐室施工方法，包括盘区胶带机头搭接硐室施工、工作面皮带巷搭接硐室施工以及工作面皮带巷的维护，具体施工步骤为：

（1）盘区胶带机头搭接硐室拱部施工，

（2）工作面皮带巷维护以及辅助设施和电缆保护，

（3）工作面皮带巷搭接硐室拱部施工，

（4）贯通盘区胶带机头搭接硐室和工作面皮带巷搭接硐室，

（5）盘区胶带机头搭接硐室墙部施工和工作面皮带巷搭接硐室刷大施工，

（6）盘区胶带机头搭接硐室和工作面皮带巷搭接硐室的砌碹，

（7）盘区胶带机头搭接硐室和工作面皮带巷搭接硐室的交岔点砌碹。

盘区胶带机头搭接硐室施工为硐洞分层掘进，分三层掘进，先拱后墙，导硐层掘进高度3M，第二层掘进高度3 M，第三层掘进高度2.15M。

工作面皮带巷搭接硐室施工分阶段进行，第一阶段施工硐室交叉点工作面皮带巷出井段，第二阶段施工硐室交叉点工作面皮带巷入井段，整个硐室分为5个导硐完成，拱顶部为第一导硐，第2、3导硐在中部，第4、5导硐在底部，先施工第一导硐，当盘区胶带机头搭接硐室和工作面皮带巷搭接硐室贯通后按导硐数字排列顺序进行刷大施工，每层掘进或刷大高度3M，先拱后墙。

工作面皮带巷搭接硐室施工时，拱部第1导硐采用光面爆破，第2导硐、第3导硐掘进待皮带巷搭接硐室和工作面皮带巷搭接硐室贯通后采用打立眼放炮，每次放炮长度5m；在距工作面皮带巷1m时，采用风镐进行施工，并铺设金属网和木质大板；第4、第5导硐均采用风镐进行施工。

所述的电缆保护是采取红砖砌筑沟槽，沟槽上方铺设水泥预制板。

    本发明实现了煤矿全煤层中交叉点大断面硐室施工，特别适用于断面在100m²以上，交岔点宽度在15m以上的大断面施工，在不对全矿井主运输造成影响的前提下，可缩短建设工期，减少对全矿生产影响。

附图说明

图1为本发明所述的施工方法的流程图。

图2为二盘区巷道平面布置见示意图。

图3为图3为交岔硐室平面图。

图4为交岔硐室I-I剖面图。

图5为工作面皮带巷搭接硐室刷扩顺序图。

图6为电缆沟槽示意图。

图7为导硐与1070大巷的贯通示意图。

图8为砌碹顺序示意图。

 

具体实施方式

本发明所述的一种主巷不间断运输条件下全煤特大断面交岔硐室施工方法，包括盘区胶带机头搭接硐室施工、工作面皮带巷搭接硐室施工以及工作面皮带巷的维护，具体施工步骤为（如图1所示）：

（1）盘区胶带机头搭接硐室拱部施工，

（2）工作面皮带巷维护以及辅助设施和电缆保护，

（3）工作面皮带巷搭接硐室拱部施工，

（4）贯通盘区胶带机头搭接硐室和工作面皮带巷搭接硐室，

（5）盘区胶带机头搭接硐室墙部施工和工作面皮带巷搭接硐室刷大施工，

（6）盘区胶带机头搭接硐室和工作面皮带巷搭接硐室的砌碹，

（7）盘区胶带机头搭接硐室和工作面皮带巷搭接硐室的交岔点砌碹。

以下以同煤集团塔山煤矿为例对本发明做进一步说明。

塔山煤矿设计生产能力1500万吨/年，要达到设计生产能力，需要在一盘区和二盘区3－5^＃煤层中各布置一个综采放顶煤工作面同时进行回采。一盘区生产系统已经形成，二盘区3－5^＃煤层地质储量45019.0万吨，其中A级256.0万吨，B级35230.3万吨，C级9532.7万吨。二盘区交岔硐室沿3－5^＃煤层底板布置，煤层厚度15m，煤层顶板为煌斑岩、炭质泥岩、粉砂岩。二盘区胶带机头搭接硐室与二盘区胶带输送机大巷及1070水平胶带输送机大巷贯通，为二盘区出煤服务。巷道设计长度约106 M。图2为二盘区巷道平面布置示意图，图3为交岔硐室平面图，图4为交岔硐室剖面图。

1.施工方法

1）二盘区皮带输送机大巷采用全断面掘进与导硐分层掘进。导硐分层掘进时拱基线以上导硐层，拱基线以下为一层，先拱后墙。

二盘区皮带输送机大巷进行全断面掘进时，开口5M用风镐掘进（其余用普通钻爆法施工），21M挪一次耙煤机；进行导硐分层掘进时：拱基线以上为导硐层，拱基线以下为一层，先拱后墙。

导硐层掘进采用光爆放炮，导硐结束后采用打立眼放炮起底，每次放炮长度不大于5m，从二盘区向1070皮带巷方向进行。

 

2）二盘区胶带机头搭接硐室为导硐分层掘进：先拱后墙，导硐层掘进高度3M，第二层掘进高度3 M，第三层掘进高度2.15M，考虑到通风问题，先进行导硐施工与1070皮带巷贯通。导硐层掘进采用光爆放炮，第二层、第三层掘进待贯通后采用打立眼放炮，每次放炮长度不大于5M，从二盘区向1070皮带大巷方向进行。

3）1070皮带巷搭接硐室的掘进：由于该硐室断面大，硐室导硐施工顺序很关键，因此采取两段平分、先拱后墙方案,每层掘进或刷大高度3M。从1070皮带巷水沟侧向另一侧进行，第一阶段施工硐室交叉点1070皮带巷出井段，第二阶段施工硐室交叉点1070皮带巷入井段。整个硐室分为5个导硐完成（如图5所示），拱顶部为第1导硐，第2、3导硐在中部，第4、5导硐在底部，先施工第1导硐，当盘区胶带机头搭接硐室和工作面皮带巷搭接硐室贯通后按导硐数字排列顺序进行刷大施工，每层掘进或刷大高度3M，先拱后墙。先按照第1导硐断面从二盘区方向上爬施工到设计位置，沿1070皮带中心方向向井口施工，然后再回头施工。拱部第1导硐采用光面爆破，第2导硐、第3导硐掘进待皮带巷搭接硐室和工作面皮带巷搭接硐室贯通后采用打立眼放炮，每次放炮长度5m；在距1070皮带巷1m时，为防止放炮打坏1070皮带巷支护以及防止施工人员发生意外坠落事故，采用风镐进行施工，并铺设金属网和木质大板；第4、第5导硐均采用风镐进行施工。

4）拉紧硐室和操作硐室根据所在部位同时掘出。

另外，为了在刷大1070皮带巷搭接硐室时不影响1070皮带大巷运输和通风，必须预先对1070皮带巷的电缆、管路和皮带以及人员的安全进行特殊的保护措施。

2.主巷不间断运输的保障技术

1070皮带巷担负着塔山矿全矿井的运输任务，由于二盘区皮带巷与1070皮带巷的高差，使得搭接硐室掘进高度为11.85m，掘进宽度为9.5m，而原1070皮带巷宽度为5.5m，高度4.2m，因此必须刷大巷1070皮带巷。如按正常施工将必然对1070皮带巷造成停产，从而影响到全矿井的生产。为避免矿井停产，又要做到施工安全，就必须对1070皮带巷及其设施，以及施工人员的安全加以保护。

（1）交岔段巷道的维护

为了刷大1070皮带巷搭接硐室时保护刷扩施工人员的安全，在1070皮带巷与二盘区胶带机头搭接硐室的交岔处，架设金属可缩性支架为U29型钢五节式钢棚，钢棚设计为直墙半圆拱形，净宽5350mm，高度4275mm，棚距500mm，棚与棚之间用Ф18mm的圆钢拉钩进行连接。棚后空洞密排水泥背板（长×宽×厚）=1100×200×50mm）用塑料编制袋装碎煤进行充填。

在刷扩搭接硐室时为保证1070皮带巷的正常通风和运输，利用11^#工字钢和木质大板造一个巷道，人造假巷为矩形，其断面规格：宽×高=4200×4000㎜。

11^#工字钢棚中—中300～400㎜，棚与棚之间除用拉钩连接外再用2寸钢管在顶帮各绑扎三趟。

考虑钢棚的稳定性在钢棚两端用11#工字钢进行斜撑，其角度不大于60度；由于钢棚跨度为4000㎜，在离皮带300㎜的位置每架棚各打一个11^#工字钢点柱。

（2）过渡段巷道的维护

在过渡段刷扩时，为防止煤矸滚落砸坏1070皮带巷中的管路和皮带，以及防止施工人员掉落皮带发生意外，必须采取以下特殊保护措施：

架设11^#工字钢棚，每端10M，总长度20M，见图5-3、5-4，棚与棚之间用6根Ф18×700㎜圆钢拉钩进行固定，棚距中—中500㎜.钢棚上方和两侧用木质大板进行封闭。

(3)辅助设施及缆线的保护

电缆的保护采取用红砖砌筑沟槽，沟槽上方铺设水泥预制板，共砌筑沟槽36M，如图6；并铺设电缆沟槽水泥预制盖板，盖板规格：长×宽×厚=1500×500×100mm。

3.支护方式

（1）支巷支护

基本支护： 

支巷采用锚网索格栅喷作为一次支护，永久支护采用采用11^#工字钢混凝土砌碹，直墙混凝土厚度600mm，拱部混凝土厚度500mm。

组合锚索支护：

考虑到砌碹滞后，为保证施工安全，掘进时按间排距2000×5400mm增加组合锚索支护，组合锚索托板为600×600×10mm方铁托板，在托板四角和正中各布置一根锚索，中间一根钢绞线的长度为10.3m，其余的钢绞线、树脂药要求同其他锚索支护要求。

支护方式及支护材料：

锚杆间排距：锚杆间排距为800×800 mm。锚杆锚固采用树脂药卷锚固。

锚索布置：锚索规格φ17.8×8300 mm，间排距1600 ×1600mm，托板采用拱形高强度托板，其规格为长×宽×厚=300×300×16mm。锚索锚固采用树脂药卷锚固。

格栅：选用φ22钢筋，每组格栅之间排距为500mm，格栅网排距为500 mm。

金属网：金属网为8^#铅丝，规格为100×100mm，其搭接端不小于200mm，并用多股22#铅丝连接。

喷射混凝土：喷射混凝土厚度为150mm，其强度等级为C25。

锚杆：顶板采用φ22左旋无纵筋螺纹钢锚杆，托板采用拱形高强度托板，其规格为长×宽×厚=200×200×10mm，钢号为Q235。

锚杆用树脂药卷：顶板采用三支树脂药卷，一支规格K2335，另二支规格Z2360，帮部采用二支树脂药卷，一支规格K2335，另一支规格Z2360，锚固力顶不低于8t，帮6t。

锚索用树脂药卷：锚固采用树脂药卷端头锚固，采用三支树脂药卷，一支规格K2335，另二支规格Z2360，锚固力不低于15t。

（2）主巷支护

1070工作面皮带巷搭接硐室采用锚网索格栅喷作为一次支护，考虑到砌碹滞后，为保证施工安全，掘进时按间排距2000×5400mm增加组合锚索支护，组合锚索托板为600×600×10mm方铁托板，在托板四角和正中各布置一根锚索，中间一根钢绞线的长度为10.3m，其余的钢绞线、树脂药要求同其他锚索支护要求。

锚杆支护采用左旋无纵筋螺纹钢锚杆，顶板采用φ22×2500mm，帮部采用φ22×1800mm，排间距900×900mm，托板采用拱形高强度托板，其规格为长×宽×厚=200×200×10mm，钢号为Q235；钢带采用150×3mm，长度根据巷道周长而定。锚杆锚固采用树脂药卷锚固；顶板采用三支树脂药卷，一支规格K2335，另二支规格Z2360，帮部采用二支树脂药卷，一支规格K2335，另一支规格Z2360，锚固力顶不低于8t，帮6t，托板采用拱形高强度托板，其规格为长×宽×厚=200×200×10mm。

锚索支护采用φ17.8×8300mm，排间距2700×1600mm，锚固长度1500mm。

格栅选用φ22钢筋，每组格栅之间排距为500mm，格栅网排距为500mm，金属网为8^#铅丝，规格为100×100mm，其搭接端不小于200mm，并用多股22号铅丝连接；喷射混凝土厚度150mm，强度等级为C25。

4. 导硐与1070大巷的贯通

1）贯通先与井口方向的皮带大巷贯通，后与15联巷方向的皮带大巷贯通。

2）工字钢棚顶部靠井口（15联巷）端搭设护栏，防止人员从贯通口滑落。

3）贯通点前后5m的电缆、管路要放置在工字钢棚内，水沟重新改挖在巷道中部。

4）贯通断面先按拱部导硐断面，高度3.5m,宽4.5m进行，随着向两端的掘进断面逐渐变小，最后贯通口的断面为宽×长=4200×200mm见图7。

5. 砌碹

由于二盘区胶带机头搭接硐室布置在煤层中，担负二盘区的主要运输任务，为保证巷道安全，巷道永久支护采用11^#工字钢混凝土砌碹混凝土砌碹。

（1）砌碹顺序

巷道砌碹混凝土时按照由外向里的原则进行，见图8。

（2）砌碹规格

1）采用11^#工字钢混凝土砌碹，直墙混凝土厚度600㎜，拱部混凝土厚度500㎜；1070皮带大巷正常断面与硐室断面过度,采用素混凝土，直墙混凝土厚度600㎜，拱部混凝土厚度500㎜；有水沟一侧基础深度600㎜，另一侧基础深度350㎜，厚度600㎜,混凝土强度C30.

2）硐室两侧施工15个天车立柱和吊车梁，天车立柱镶嵌入墙内，为保证立柱的稳固性用锚杆把立柱钢筋柱固定在帮部。天车立柱和吊车梁采用钢筋混凝土，钢筋规格：Ф25112.5、Ф25183、Ф10100，吊车梁在地面进行预制。天车立柱和吊车梁混凝土强度C30。

3）机头硐室检修联巷、回风联巷设计为素混凝土，厚度分别为350mm、200mm.考虑施工支护不能一次到位，在保证砌碹混凝土厚度不变的情况下增加锚、网、索、喷支护.锚杆顶板采用Ф22×2500 mm，帮部采用φ22×1800 mm，排间距900×900mm，锚杆锚固采用树脂药卷锚固；顶板采用三支树脂药卷，一支规格K2335，另二支规格Z2360，帮部采用二支树脂药卷，一支规格K2335，另一支规格Z2360，锚固力顶不低于8t，帮6t，托板采用拱形高强度托板，其规格为长×宽×厚=200×200×10mm，钢号为Q235；钢带采用150×3mm，长度根据巷道周长而定。锚索采用Ф17.8×8300mm，排间距2700×1600mm，锚固长度1500mm。喷射混凝土厚度100mm，强度C25。

（3）砌碹支护工艺

墙部混凝土的浇注

整个硐室的墙部每侧分为三段进行，而每段又分为三次浇注，具体如下：

1）墙部浇注从里向十六联巷方向进行，第一段长度15.6m，第二段长度15.4m（联巷同时浇注），第三段长度8.0m。

2）每段先稳水沟侧的模板，再稳对侧的模板，然后稳山墙的模板，墙部高度分三层施工，每层稳模高度2m。

3）砌碹模板采用建筑钢质模板，规格：长×宽×厚=1500×300×50mm，同时根据情况模板的宽度可选择100mm、200mm；模板放置要求为：长度平行与巷中线即每模的长度为1500mm。模板与模板之间用建筑扣件进行上下左右扣牢，长度方向每侧扣3个 ，两端各扣一个。

4）为防止浇注混凝土时出现撑模现象，一方面在浇注基础时预埋Ф22螺纹锚杆，锚杆外露长度600mm，其离墙的距离为50mm，间距500mm；另一方面在模板靠墙侧按间排距1.5m施工1.8m的金属锚杆，外露400～600mm，用8^#铁丝把模板固定在锚杆上，外侧用建筑钢管支撑防止撑模。

5）混凝土的浇注：墙部混凝土的浇注每侧分为3次进行，每次浇注高度2m，即先浇注有水沟侧2m后，再浇注对侧2m，循环进行，这样一方面解决混凝土侧压大的问题，另一方面能够浇注和支模平行进行的问题即浇注一侧，稳另一侧的模板和搭设脚手架。

在循环浇注时 混凝土的接茬在浇注前必须用风镐挖成毛茬后，用清水冲洗。

6）混凝土拆模的时间要根据现场制作的混凝土试块的强度而定，混凝土试块应取墙部最后一次浇注的混凝土，每段取4组，分别按7天、14天、21天、28天进行试验，以其中达到一组试块的强度达到设计强度的75%以上时间为拆模时间。混凝土试块的制作，养护必须同墙部的混凝土条件相同。

拱部混凝土的浇注

1）在整个硐室的墙部混凝土浇注结束后，拱部混凝土的浇注从里向十六联巷进行，当硐室30m浇注剩余1.5m时，从十六联巷向硐室进行浇注。最后在硐室进行最后浇注。

2）拱部浇注采用18^#槽钢对焊，经过加工成钢支架，在加工时要求模板接触面为两个槽钢的对焊面。整个拱部分为4部分，在施工是进行组合成一个半圆，每部分之间用4个Ф22mm螺栓进行连接。

3）对于碹胎的固定，仍用对焊的18^#槽钢作为支腿，通过螺丝组合形成一个直墙半圆拱碹胎。考虑到碹胎的稳定性以及保证每次浇注的长度1500mm不变，在每个碹胎和碹腿焊接18个Ф20mm螺帽，在施工时用Ф18mm的拉钩进行连接，使每个碹胎相互连接，形成一个整体。

4）拱部每次浇注长度为3m，为保证混凝土振捣的严实和便于每个碹胎的混凝土的充填，在顶部最后3块模板必须进行再加工，即把1500mm长的模板改为750mm长的模板。

5）为保证碹胎和模板不会因为受力变形，对碹胎用脚手架进行加固，模板的加固利用脚手架和长×宽×厚=600×200×100mm的木板在模板的中间位置进行支撑。

6）为防止碹胎受力向内收缩使硐室尺寸变小，拱部除利用脚手架在竖向加固外，必须在横向利用再次加固。直墙为7道，拱部每相隔500mm加固一个。

7）在稳碹胎之前要安装11^#工字钢支架，模板在碹胎上的铺设高度为1m。

8）在施工过程中，对于顶板最后的部分，由于受到施工环境和混凝土自身无法克服的因素，一定会在混凝土顶板与硐室老顶孔隙情况，为解决该问题，在浇注混凝土前，紧贴硐室正中顶板预埋一个注浆管，注浆每根长10m，平行与巷中埋设，预留的注浆眼面向顶板，由于硐室顶板高度不一致，注浆眼通过注浆管弯曲保证紧贴硐室顶板。中间预留垂直向下的注浆管孔，该孔管要根据硐室顶板实际情况而定，保证长度紧贴模板，在浇注混凝土之前用塑料编织袋包实。

9）硐室顶板混凝土的拆模时间要根据现场制作的混凝土试块的强度而定，混凝土试块应取顶部最后一次浇注的混凝土，每段取4组，分别按7天、14天、21天、28天进行试验，以其中达到一组试块的强度达到设计强度的75%以上时间为拆模时间。混凝土试块的制作，养护必须与顶部的混凝土条件相同。

交岔点的联合支护

由于交岔点处支巷断面的变化，必须将碹胎布置为扇形，短角处碹胎紧挨排列，长角处按中至中750mm布置，因此需要根据每个断面尺寸加工相应的碹胎。

主巷与支巷在交岔点的砌碹采用分别架设碹胎，联合整体浇筑的方法。为保证主巷碹胎的稳定性，对不进行浇注一侧的碹胎支腿上用8^#铁丝绑两根2吋建筑钢管，并用建筑钢管以不大于60°的角度进行斜支撑。

碹胎的加工：采用18^#槽钢对焊，经过加工成钢支架，在加工时要求模板接触面为两个槽钢的对焊面。整个拱部分为4部分，在施工是进行组合成一个半圆，每部分之间用4个Ф22mm螺栓进行连接。对于碹胎的固定，用对焊的18^#槽钢作为支腿，通过螺丝组合形成一个直墙半圆拱碹胎。考虑到碹胎的稳定性以及保证每次浇注的长度1500mm不变，在每个碹胎和碹腿焊接18个Ф20mm螺帽，在施工时用Ф18mm的拉钩进行连接，使每个碹胎相互连接，形成一个整体。