撞楔超前支护在斜井井筒穿过表土层的应用

摘要：副斜井井筒表土层施工方法多种多样，山西煤炭运销集团马家岩煤业有限公司副斜井过表土层施工采用撞楔超前支护，在拱部形成了一层假顶，有效的控制了表土层的冒落，保证了施工安全。

关键词：撞楔超前；表土层；斜井井筒；表土层

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）05-0104-02

1 工程概况

山西煤炭运销集团马家岩煤业有限公司为资源整合矿井，设计生产能力90万吨，服务年限32.8年，开采煤层为4#、7#、9#。首采4#煤层位于太原组顶部，煤层厚度7.00～8.47m，平均厚度7.78m，结构中等，含夹石0～4层。开拓方式为斜井开拓，共有四对井筒组成，其中新掘主、副斜井，利用原有主斜井安装架空乘人器作为行人斜井，扩刷原有副斜井作为专用回风井。副斜井井筒开口坐标X=4226450.00，Y=19565400.00，Z=1225，α=23°，β=133°30?，设计长度为531m，巷道断面为直墙半圆拱，净宽4.2m，净高3.5m，净面积为12.8m2，掘井断面18.69m2。表土段采用钢筋混凝土支护，基岩段采用锚网喷支护，井筒内辅设30kg/m轨道，安装一趟静压水管，一趟压风管，两趟排水管，两趟10kV供电电缆。主要担负矿井材料、设备运输及进风任务。

2 水文、地质资料

本井田位于宁武煤田南部，井田构造形态为一走向北西，倾向北东的单斜构造，地层倾角4～15°大面积为黄土覆盖，为黄土高原的低山丘陵地貌，地形较平缓。井田范围基岩全部被新生界地层覆盖，根据井筒附近钻孔柱状图及工业广场岩土工程勘察资料，副斜井表土层主要由第四系全新统新近人工堆积层、上更新统冲洪积层、中更新统冲洪积层及二叠系沉积岩层组成，井筒穿越不稳定岩层厚度分别为人工填土厚3.5m、粉土厚5.7m、卵砾石后2.2m、极软性泥岩厚4.6m、较软性砂岩厚.31.3m，总厚度为47.3m。根据原主斜井涌水量统计，涌水量1.2m3/h，预计副斜井井筒表土层涌水量小于2m3/h。

3 撞楔超前支护

3.1 支护材料及参数

撞楔材料选用管缝式锚杆，直径40mm，壁厚3mm，开缝宽度12mm，杆体端部做成锥形，锚杆沿巷道外轮廓线布置，间距为300～400mm，锚杆长度按下列公式计算

式中：

L――管缝式锚杆长度，m

L1――掘进循环长度，取2m

L2――掘进后超前锚固岩体水平长度，取0.4m

L3――钢筋与锚杆搭接长度，取0.18m

a――锚杆最大仰角，取2°

将以上数据带入式中得管缝式锚杆长度为2.58m（取2.6m）。

3.2 作用原理

表土层施工关键是维持围岩的稳定，减少围岩的变形、冒落，确保巷道开挖之后有足够的空间和时间完成永久支护，提供一个安全的作业场所。

撞楔法作为一种简易超前支护形式，在穿过表土层和不稳定岩层时，先从巷道的顶及帮部的外侧，成排的打入带有尖端的金属管缝式锚杆，以控制上覆岩土层的移动，能够起到稳定围岩，减少冒顶片帮的危险。

采用撞楔管缝式锚杆超前支护，当杆体被压入钻孔后，开缝钢管被压缩，钢管外壁与钻孔孔壁挤紧，产生沿钢管全长的径向压应力和轴向摩擦力，在围岩中产生压力场，阻止围岩变形。由于锚杆超前控顶长度大于每个循环掘进长度，掘进后，锚杆端部仍有一部分锚固在岩土层里，使得锚杆不能转动，并具有一定的锚固力；同时锚杆的尾部与混凝土端部钢筋进行焊接，使得每根锚杆都能起到支护顶板的作用，保证了拱部围岩的

稳定。

3.3 施工步骤

第一，明槽开挖施工人工填土层段，采用挖掘机开挖，施工长度15m。

第二，按照设计掘进断面沿工作面外轮廓线撞楔管缝式锚杆，施工顺序如下：

人工自其中一帮拱基开始向上至另一帮拱基处画出掘进外轮廓线，按照间距300mm（围岩较稳定时，间距为400mm）标注锚杆眼。

使用MQT―130/3.2型气动锚杆钻机，配直径28mm的钻头，按照标注的锚杆眼进行打孔，打设角度为巷道掘进坡度向上2°。

用大锤将直径40mm的管缝式锚杆打入钻孔内，外露长度为180～200mm便于搭接。

第三，明槽段进行钢筋混凝土永久支护。

第四，钢筋混凝土浇筑完后将搭接钢筋与锚杆进行逐个焊接。

第五，掘进施工顺序：用手镐或风镐开挖两帮及基础，采用带帽点柱进行临时支护，绑扎基础钢筋，浇筑C30混凝土；开挖巷道上部，然后开挖巷道下部，逐渐形成巷道掘进断面。

第六，按照第2步骤进行撞楔管缝式锚杆超前支护。

第七，按照设计进行绑扎钢筋，先绑扎外环钢筋及内环钢筋，再绑扎纵向钢筋，最后绑扎其余钢筋。内外环筋与基础竖筋伸出搭接不少于4道绑扎，其搭接长度为300mm。

第八，按照井筒中、腰线支设三道拱架模型，拱架使用工字钢加工，间距1000mm，拱架设两道横撑，用螺栓将墙部站柱支腿与拱架链接牢固，拱架模型之间使用直径20mm螺纹钢链接，每架站柱支腿外侧使用两根直径60mm的钢管支撑牢固。

第九，模板采用长2m的16#槽钢，先组装墙部模板，再组装拱部模板，模板施工完毕后检查扣件、螺栓是否紧固，模板接缝及下口是否严密。

第十，采用搅拌机拌制混凝土，搅拌站处安装混凝土输送泵，经输送管道将搅拌好的混凝土送至浇注地点入模。施工顺序应由外向里，先墙后拱，从两侧向中心对称分层浇灌，每层浇筑厚度控制在1.5倍振捣棒有效半径内，应连续进行，间隔时间不应超过2h。

4 施工安全注意事项