开滦国家矿山公园井下探秘游工程硐室支护方法研究

内容摘要：井下探秘游工程利用的是上世纪六、七十年的开掘老巷道和硐室，位于地下25 m深。为了满足静态展示和场景展现各类采煤方法以及主题展示的要求，因此需要对部分硐室进行刷扩。由于刷扩的硐室具有大宽度、小高度的特点，加之由于施工区域位置特殊，因此给硐室刷扩施工和支护带来了一定困难，本文通过对围岩条件分析，确定硐室施工方法的同时，提出了硐室大宽度巨型断面和拱形断面的支护形式和方法，达到了工程量少、投资小、支护稳定可靠的目的。

关键词： 硐室支护方法研究

1.工程概况

1.1项目简介

井下探秘游工程是开滦国家矿山公园的一个重要组成部分，具有区别于其它

主题公园的特色内容。井下探秘游项目利用开滦（集团）唐山矿业公司上世纪六、七十年代的人防工程（亦称半道巷）和部分一道巷，项目开发总面积约5000m2。

井下探秘游工程集展示、体验和休闲三大功能为一体，由地面博物馆进入地下。共分三大部分8个单元。

第一个单元包括：时空画廊和遗存等两个单元。

第二个单元包括：采掘再现、运输大巷、地质世界和矿灾历险等四个单元。

第三休闲个单元包括：休闲驿站和时空穿梭等两个单元。

1.2施工条件

开滦（集团）唐山矿业公司人防工程（亦称半道巷）位于地下约25m深。所有巷道和硐室形成于上世纪六、七十年，一般联络巷道规格为2.2×2.1m和2.4×2.5m。硐室规格一般为4.0×2.5m。断面形式为小断面为半圆拱，支护形式为砖碹；大断面为三心拱，支护形式为砖碹。

巷道和硐室围岩为泥岩和粉砂岩，岩层倾向南偏东，倾角大约23°。

2.工程布置与施工方法

2.1工程布置

唐山矿业公司人防工程实际上是由若干硐室和一组联系巷道构成，井下探秘游工程主要利用硐室对各单元的内容进行展示。其中对硐室规格要求较为严格的是采掘再现、地质世界和矿灾历险单元。人防工程中大部分工程可以直接利用，但大部分无论是断面形式还是断面规格，都不能满足场景展示与陈列的要求，需要刷扩和改造。

由于井下探秘游工程主要是利用硐室空间以静态展示和场景展现为主，包括采掘再现和其它主题展示硐室模拟场景中的支护设备基本不具备支护功能或仅起到辅助支护作用，因此，所有用于展示的刷扩硐室必须构建稳定的支护，以防硐室塌冒。

2.2硐室刷扩形式和规格

2.2.1硐室刷扩形式

为适应井下探秘游项目的布置需要，硐室刷扩形式主要包括：在原有三心拱断面的基础上刷扩为巨型断面；在原有三心拱或半圆拱断面的基础上刷扩为三心拱；新施工壁龛硐室。

2.2.2硐室规格

在所有刷扩硐室中主要以大巨型断面和大三心拱断面为主。其中巨型断面硐室用于回采工艺展示，断面规格最大为6.30×2.45m；三心拱硐室用于矿灾历险展示，断面规格最大为5.20×3.60m。其它刷扩硐室一般为半圆拱断面，规格一般为3.0×2.5m。

3.硐室施工方法与支护形式确定

3.1硐室施工方法

巷道和硐室围岩条件较为完整和稳定，局部有风化倾向，一般围岩岩性为泥岩是较为松软；围岩岩性为砂岩是则较坚硬，施工工程中发现个别地点用人工风镐的方法落岩非常困难。

由于施工区域位置特殊，位于国家矿山公园和唐山矿业公司工业广场A区对应的地下，地面有较多建筑物；另外施工区域距地表较浅，一般25m，浅部岩层风化严重，以上因素对施工方法和支护方式带来了一定影响。

为避难施工对地面带来的影响，维持围岩的稳定性，硐室刷扩的施工方法为人工风镐落岩，禁止爆破作业，个别围岩特别坚硬区域辅以打眼灌装膨胀剂的方法施工。

3.2硐室支护形式

3.2.1巨型断面硐室支护形式

由于各类回采工艺的工作面形式为巨型，在充分模拟全排支护的情况下，断面宽度比较大，为适应回采工艺展示的需要，硐室以巨型为最好。如果采用拱形断面，其碹顶部分无效断面过大，另外需要制作人工假顶，不利用模拟支柱的稳定支护。因此，该类硐室确定采用巨型断面。

硐室两帮采用料石砌墙，墙厚250mm，为减少跨度，也可采用与顶梁同型号的型钢腿支护。顶部采用36U型钢做梁，梁距600mm。梁上和梁下分别铺设φ6，100mm×100mm的金属网片，然后对硐室的顶部和两帮喷射混凝土，除砌墙喷射厚度为50mm外，其余喷射厚度以护筋厚度不低于30mm为准，一般喷射厚度在138～150mm左右。喷射混凝土的标号不低于C25。 支护形式详见图1。

3.2.2三心拱断面硐室支护形式

为放置展示设备，矿灾历险以及地质世界硐室的断面规格都比较大。根据硐室整体布置的需要，采用了两种支护方式，以金属拱形支架加喷浆联合支护为主，不具备该支护条件时，采用料石碹支护。

拱形支架加喷浆联合支护时采用36U金属拱形支架，棚距600mm。支架间铺设双层钢筋网，钢筋规格φ6，网格100mm×100mm，然后喷射混凝土，喷射厚度以护筋厚度不低于30mm为准，一般喷射厚度在138～150mm左右。喷射混凝土的标号不低于C25。

支护形式详见图2。

料石碹支护采用双料碹，支护厚度500mm。

4.结论

4.1为了布展的需要，巨型断面硐室的特点是大跨度、低高度，硐室上方岩层属梁结构，由于跨度较大，当护顶梁的支护强度不足时，上覆岩层易于折断、失稳，最终导致变形和垮落。

巨型断面硐室于2010年6月初施工完毕，该硐室顶部和巷帮进行了水泥砂浆抹面处理，2010年8月底开始安装各类支架，前后间隔近三个月，在支架安装前，通过观察，硐室没有任何变化，顶部水泥砂浆抹面无任何裂痕。采用料石砌墙、U钢梁加锚喷护顶的支护形式。实践证明支护强度可满足要求。

4.2三心拱断面支护效果要好于巨型断面，采用的断面规格在一般的矿井井下也较普遍，但支护形式则很少见。采用拱形支架加喷浆联合支护形式的优点是施工工艺简单、进度快、有利于对围岩的控制。实践证明该类支护形式可满足要求。

作者简介：王文书（1964－），男，河北邯郸人，1988年毕业于中国矿业大学采矿工程专业，现在中国煤炭科工集团天地科技股份有限公司设计院从事矿井设计及项目管理工作。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。