大断面平硐快速施工方法

赵明明

(大同煤矿集团 同家梁矿，山西 大同 037025)

1 工程背景

随着采掘的进行，某矿井需延深山4号煤层，副平硐是延深的关键线路工程，为了尽早实现新水平投产，需加快副平硐的施工。副平硐设计断面为半圆拱形，巷道净宽5.0 m，净高4.3 m，净断面18.82 m2，倾角-6.5°，巷道全长3 914 m，其中表土段208 m采用钢筋混凝土浇注，浇筑厚度400 mm，巷道铺底厚度300 mm；基岩段3 706 m采用锚喷支护，喷浆厚120 mm。每500 m设计一会车硐，会车硐采用三心拱断面，锚网喷支护，喷浆厚120 mm，每个会车硐长15 m，净宽6.2 m，净高4.3 m。针对副平硐施工的特点、工期要求及存在的困难，如仍采用以往的施工方法很难满足施工需求，因此对副平硐施工技术进行了探索和创新，取得了较好的效果[1-3]。

2 施工技术研究

2.1 支护技术

1) 表土段支护。副平硐开挖后采用的临时支护形式有挂网、喷浆、架U29型钢拱棚，每0.5 m架设一架U29钢拱棚，U29型钢拱棚支护距浇筑混凝土的最大距离不超过3 m。当工作面围岩破碎时，采用短挖短砌工艺。同时必须在拱棚下支木垛托住，木垛尺寸为900 mm×900 mm，间距为0.5 m。后进行永久支护，采用钢筋混凝土砌碹方式进行浇注，浇灌厚度400 mm，强度等级为C30。

2) 基岩段支护。基岩段采用锚杆(索)、喷射混凝土联合支护形式。具体如下：锚杆采用D20 mm×2 400 mm的螺纹钢，间排距为800 mm×800 mm，托盘采用150 mm×150 mm×8 mm的高强托盘。锚索采用D17.8 mm×6 000 mm的钢绞线，间排距1 600 mm×1 600 mm，托盘采用200 mm×200 mm×10 mm的高强托盘，巷道段每排锚索为2根，会车硐处每排锚索为3根；另外在会车硐及换向硐加菱形金属网片，金属网片规格为80 mm×80 mm，由直径4 mm的铁丝编织。喷浆混凝土强度为C20，喷层厚度为120 mm。

2.2 钻眼爆破技术

1) 合理优化炮眼布置及爆破参数。为了提高设备的利用率，加快施工进度，决定采用光面中深孔爆破技术，根据岩性进行爆破参数设计。采用的掏槽方式为楔形掏槽，眼深3.2 m，布眼6个，辅助眼布置3圈，各布眼9个、13个和19个，周边眼布眼36个，底眼9个，眼深均为3.0 m，同时还布置了2个眼深为2.0 m的中空眼，全断面共布置85个眼。循环进尺2.8 m，炮眼利用率0.93。

2) 改进钻眼施工方式。针对施工实际特点，钻眼工作占用工时较长，要想提高单进，必须想办法改进钻眼爆破施工方法，提高效率。为此自行设计了掘进台架，把工作面分成上下两层，每层又分成两个区间，在这4个区域内各布置1台风钻，4台风钻同时作业，以提高打眼效率。

2.3 巷道反掘技术

根据矿井衔接安排，结合实际施工情况，辅助运输巷已掘到位，充分考虑副平硐施工工期因素，经过实地论证，副平硐具备反掘的条件，决定从辅助运输大巷开口位置(图1中标注1)，以+6.5°上山掘进，直至与前方贯通为止。考虑运输系统环节，在辅助运输大巷450 m处开口(图1中标注2)，垂直于副平硐打一横贯眼(图1中标注3)，横贯眼长度55 m，在辅助运输大巷安装80胶带一部，横贯眼铺设安装短节80胶带一部，机头与回风立井胶带巷搭接，形成出煤(矸石 )运输系统。

2.4 通风管理

副平硐采用压入式、双风机双电源自动切换的局部通风机通风，在井口外10 m处安设两台FBCD№16/2×55 kW对旋风机，直径1 200 mm柔性皮质风筒，通过特制三通为主要风机和备用风机两套系统共用。副平硐反掘段，采用压入式通风，在进风立井进风联巷(图1中标注4)安设两台FBCD№16/2×55 kW对旋风机，直径1 000 mm柔性皮质风筒。为减少风阻与漏风，风筒接头采用单头双环反边接头法，风筒吊挂平直，接头严密。

2.5 运输管理

副平硐矸石采用小型防爆装载机装渣，由防爆胶轮车运出，一直运至指定排矸场，施工材料由防爆胶轮车运至施工地点。副平硐反掘段矸石通过三部胶带排至秦家山回风立井煤仓，利用回风立井改绞系统排至地面。为提高运输速度，每隔200 m施工一个调车硐和会让站，以便于汽车进入工作面安全行驶、方便错车、调车。

2.6 排水管理

副平硐排水选用一台DC50-80×2型水泵，排水管路选用D108 mm钢管及快速接头，将水从临时水仓直接排至地面水沟。在巷道低洼地点施工临时水仓。

2.7 生产组织管理

在作业方式上，一改传统的单纯“三八制”或“四六制”，分为打眼、出渣、支护喷浆三个专业组，“滚班制”作业，按工序交接班，按循环图表要求控制作业时间，保证正规循环作业，较好地解决了掘进速度加快后，而喷射混凝土跟不上的矛盾。延长了喷射时间，实现了喷混凝土与掘进完全平行，从而拓宽了平行交叉作业的范围，实现了掘进与喷混凝土、打眼与装岩、排矸与掘进等多重平行交叉作业，最大限度地利用了时间和空间，提高了正规循环率和综合施工水平。

3 应用效果

副平硐原计划工期32个月，期间克服表土段施工等诸多困难，全线贯通仅用26个月，比预计提前半年完工，并实现了零误差精确贯通。该施工技术较好地适应了副平硐施工要求，取得了良好的社会经济效益。

1) 采用钻爆法进行同等断面的副平硐一般月度单进为120 m，采用上述技术后，平均月度单进为160 m，其中单月最高掘进205 m。

2) 该副平硐施工技术不仅可改善工作环境、减轻劳动强度，而且充分利用时间与空间的交叉作业，极大地提高了工作效率，虽然采用反掘增加了设备的成本投入，但极大缩短了工期，为矿井后续建设打下了坚实的基础，创造经济效益1 000多万元。