粗糠田煤矿井筒表土段可伸缩刚性支架支护实践.pdf

2262023 年第 9 期粗糠田煤矿井筒表土段可伸缩刚性支架支护实践王振东 胡胜利（贵州国源矿业开发有限公司，贵州 贵阳 550000）摘 要 粗糠田煤矿井筒表土段位于第四系地层，施工进度慢、施工工艺复杂，采用 U29 型可伸缩支架替代原砌碹支护设计中的配筋，喷射厚 300 mm 混凝土层与之黏结形成巷道永久支护，缩短了矿井工期。关键词 U 型支架；井筒；支护中图分类号 TD352+.3 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.09.071Support Practice of Telescopic Rigid Bracket in the Rockshaft Surface Soil Section of Cukangtian Coal MineWang Zhendong Hu Shengli(Guizhou Guoyuan Mining Industry Development Co.,Ltd.,Guizhou Guiyang 550000)Abstract:The surface soil section of the rockshaft of Cukangtian Coal Mine is located in the Quaternary strata,with slow construction progress and complex construction process.The U29 type expandable brackets are used to replace the reinforcing bars of the original arching support design,and a 300 mm thick concrete layer is sprayed to bond with it to form permanent support for the roadway,shortening the mine construction period.Key words:U-shaped bracket;rockshaft;support收稿日期 2023-03-07作者简介 王振东（1996），男，贵州织金县人，2018 年毕业于贵州理工学院安全工程专业（采矿工程方向），本科，助理工程师，主要从事煤矿设计、采掘管理技术工作。王振东等：粗糠田煤矿井筒表土段可伸缩刚性支架支护实践粗糠田煤矿属于兼并重组矿井，原有风井不能满足通风要求，需新建回风斜井。为了解决回风斜井施工进度慢的问题，通过优化井筒支护设计，提升掘进效率，达到快速释放产能的愿景。1 概况粗糠田煤矿处于建设阶段，布置有主斜井、副斜井、行人斜井、回风斜井，回风斜井为技改新建井筒1。井筒需揭露第四系、三叠系永宁镇组、三叠系飞仙关组、二叠系上统龙潭组，其中第四系松散物岩组以灰黄色黏土、块石土、碎石土等堆积物为主，平均 10 m 左右，岩石普遍结构疏松，胶结程度低，力学强度亦低，且差异性大，岩体稳定性差。井筒地层情况见表 1。区域内含煤地层龙潭组含可采煤层 3 层（1、3、5 号），煤层直接顶板多以粉砂质泥岩、泥岩为主；底板多以泥质粉砂岩、粉砂岩等组成，煤层结构简单1。随着矿井一期工程进行，主斜井等井筒已从5#煤层底板掘进至 1#煤层顶板，巷道揭露的围岩裂隙不发育，稳定性较好，总体呈层状。岩石等级划分见表 2。表 1 井筒地层简表地层单元代号厚度/m系统组段第四系Q4026.85三叠系中统关岭组第二段T2g2大于 50第一段T2g1140下统永宁镇组T1yn2530飞仙关组第二段T1f 2484497第一段T1f 1189.68255.62二叠系上统龙潭组第三段P3l398.45165.56表 2 井筒砌碹段岩石组岩石质量等级表岩性岩石质量RQD/%岩体质量分级岩石硬度岩体完整性块石土、碎石土47比较软较破碎粉砂质泥岩73坚硬较软岩体中等完整泥质粉砂岩2272023 年第 9 期王振东等：粗糠田煤矿井筒表土段可伸缩刚性支架支护实践回风斜井井筒在 1#煤层开口，以-23倾角沿1#煤层顶板掘进，距离煤层顶法向距最大 25.4 m，井筒全长 717 m，皆位于 1#煤层顶板，其围岩体以粉砂质泥岩、泥岩为主，岩层多含束羊齿、栉羊齿等动植物化石。2 井筒支护方式选择2.1 传统砌碹支护方式2.1.1 钢筋混凝土设计支护方式回风斜井井筒开口处为碎石土、黄色黏土，节理发育、不稳定，井筒围岩稳定性较差，表土及碎石呈脆性，受降水及放炮松动易垮落。前期已通过向井筒边坡裂隙内注入高分子注浆材料，现井筒第四系风化裂隙及表土破碎危岩已得到良好控制。回风斜井井筒原设计采用钢筋混凝土支护，设计净宽 5.0 m，净高 4.3 m，净断面 18.81 m2，如图 1。图 1 回风斜井设计断面图（mm）2.1.2 配筋支护设计采用直径为 20 mm 的纵向钢筋和横向钢筋，钢筋间距均为 200 mm。横向钢筋采用内筋和外筋两种形式配合，通过直径 8 mm 的联系筋连接。每个钢筋骨架采用21根钢筋连接，钢筋骨架排距为1 m，钢筋骨架间采用 84 根横向钢筋连接。浇筑混凝土强度不低于C30，钢筋保护层不低于50 mm。如图2。图 2 配筋断面图2.2 U 型棚+喷射混凝土联合支护方式临时支护采用超前管棚支护，管棚采用 32 mm、壁厚 3.5 mm、长度 3000 mm 钢管制作，环向间距 200 mm。永久支护采用 U 型棚+钢筋混凝土砌碹支护，U 型棚棚距为 800 mm。U 型棚采用 U29 型钢制作，其内净宽为 5.6 m，中高 4.6 m。施工断面如图 3。图 3 U 型棚+喷射混凝土联合支护断面图（mm）2.3 支护方式比较综上介绍，回风斜井表土段围岩破碎，适合采用 U 型棚+喷射混凝土联合支护方式。该支护方式具有一定的可缩性，既能在一定程度上抑制巷道围岩变形，又能适应围岩变形，达到让压的目的2。围岩稳定及局部易脱层巷道适合采用锚喷支护，围岩较破碎且来压明显巷道适合采用砌碹支护。在综合考虑施工工序、施工时间、劳动强度、支护方式的适用范围及矿井地质构造条件的基础上3，经对比，U 型棚+喷射混凝土联合支护作为回风斜井表土段的首选支护方式，提高经济效益，确保安全生产 4。比较指标见表 3。3 U 型棚+喷射混凝土联合支护施工工艺3.1 材料准备1）U 型棚。采用 29U 型钢加工，梁腿搭接长为 500 mm，搭接处使用三副卡缆，拉杆长 900 mm，拉杆螺纹 M16，倒角为 1.5 mm。2）混凝土喷浆。喷射混凝土采用 425 普通硅酸盐水泥及细砂石，加水泥质量的3%5%速凝剂，喷射混凝土的强度不低于 C30，底板铺设强度不低于 C15。3）配料。水泥:砂=1:2.5（质量比），水灰比0.5。2282023 年第 9 期随拌料随喷，拌好的潮料不得放置 2 h 以上3。3.2 施工工艺井口开口先沿巷道中心线方向布置 1 圈锁口管棚，环向间距 200 mm。超前管棚支护完成后，再根据巷道设计断面和围岩特性等条件全断面掘进，采用一次成巷钻爆法施工。施工顺序为：工作面安全条件检查超前临时支护施工炮眼装药安全检查放炮敲帮问顶临时支护架棚出货进入下一循环。表 3 粗糠田煤矿回风斜井表土段支护方式比较支护方式优点缺点施工工艺施工难易程度砌碹支护适用于各种围岩条件较差的巷道支护；支护强度强；队组施工经验充足；各矿井普遍，技术底蕴深厚等施工工艺复杂；施工进度受岩层涌水影响较大；施工周期长；制作钢架模板繁琐；钢筋骨架搬运困难工作面安全条件检查超前临时支护施工炮眼装药安全检查放炮敲帮问顶临时支护支钢筋骨架支模混凝土浇筑拆模出货进入下一循环较困难U 型棚+喷射混凝土联合支护适用于煤矿巷道表土段掘进、巷修、煤巷支护，适用性广；工程技术经验成熟，可拆分成喷浆+架棚两步施工工艺，且能平行作业；架棚工艺简单；支护强度能满足要求施工进度受岩层涌水影响较大，U 型棚需在响炮期间进行加固，施工迎山角、棚距等参数不规范易导致倒架1）工作面安全条件检查超前临时 支护施工炮眼装药安全检 查放炮敲帮问顶临时支护 架棚出货进入下一循环；2）滞后工作面后方 20 m 喷浆；3）喷浆和架棚平行作业一般4 结论1）从矿井实际施工进度及支护效果发现，U 型棚+喷射混凝土联合支护虽然在支护成本上偏高于传统砌碹支护，但其支护效果好、施工工艺简单、劳动强度小等优点有利于表土段巷道的快速安全掘进。2）U 型棚+喷射混凝土联合支护可在施工程序上拆分成两步同时作业，有效提高了井筒掘进效率。3）U 型棚+喷射混凝土联合支护适用范围广，成巷后美观，服务期长，可作为矿井井筒表土段施工、巷道过断层、石门揭煤等特殊地段的永久支护方式。【参考文献】1 四川省煤田地质局一三七地质队.贵州国源矿业开发有限公司晴隆县大田乡粗糠田煤矿（预留）资源储量核实及补充勘探报告R.贵阳：四川省煤田地质局一三七地质队，2020.2 谢振，胡泽亮.锚索-U 型棚支架-混凝土巷帮联合支护技术研究及应用 J.中小企业管理与科技(上旬刊)，2012（04）：252-253.3 钟权伟.箭竹坪煤矿支护方式选择与运用分析 J.能源与环境，2021（05）：34-36.4 刘明辉.砌碹支护在煤矿巷道中应用的几个技术问题探讨 J.科学技术创新，2018（20）：140-141.（上接第 220 页）江西煤炭科技，2022（01）：207-209.5 王桂梅，李学晖，杨立洁，等.基于深度学习的永磁直驱带式输送机煤量检测方法研究 J.煤炭技术，2022，41（01）：188-190.6 马晓琳.基于计算机视觉技术矿山运输智能调速控制系统研究J.中国矿山工程，2021，50（05）：67-70.7 蒲志强.矿井带式输送机胶带表面异物视频检测系统设计研究 J.能源与环保，2021，43（09）：29-35.8 聂永朝，冯宝忠，杨洋.带式输送机智能运维管理平台研究与设计J.中国煤炭，2021，47（04）：37-44.