斜井过特厚表土砂砾层技术

摘要：本文根据工程实例,对斜井过特厚表土砂砾层技术进行详细探讨.

关键词：表土砂砾层；U型钢；管棚

中图分类号：TD55 文献标识码：A

引言:斜井井筒通过涌水较大的深厚表土砂砾层，目前国内主要采用地面冻结法、地面帷幕注浆法、降水小井疏干法等。以上方法工程造价均较高，且在施工后也须一定的补救措施。吴家峁主斜井通过增加工作面短段帷幕注浆，小管棚超前支护和U型钢+网喷临时支护，顺利通过了长达168m的表土砂砾层。

1.工程概况

吴家峁矿井隶属于汾西集团中泰煤业有限责任公司，位于山西省吕梁市中阳县武家庄一带，矿井地处吕梁山西侧，黄河中游东岸，为典型的黄土高原地貌。矿井主斜井设计倾角-23°,矿井设计生产能力6.0Mt/a，主斜井全长1303.632m，倾角-23°，掘进断面32.63m²，宽度6900mm、高度5450mm。表土砂砾层施工全长168.77m，其中明槽段施工40m，暗槽段施工128.77m。

2.施工方案

根据主斜井地质条件及表土砂砾段施工段层厚，确定主斜井表土砂砾段采取工作面短段帷幕注浆进行堵水、加固；小型挖掘机分三步掘进开挖；小管棚超前支护配合U29型钢+网喷进行临时支护，双层钢筋混凝土永久支护；多台激光指向仪指向的快速就位、对注浆孔、管棚、U型钢准确定位以及对巷道的超、欠挖进行控制施工。

3.注浆堵水、加固工艺

注浆采用短段帷幕、双液注浆法，范围为斜井成巷轮廓线外扩5米，以每12米为一个堵水、加固循环段，待加固完成后，开挖9米再进行下一个循环段注浆，孔位距斜井成巷轮廓线以内500mm位置布孔，布孔19个，其中四周16个孔分别以四排孔放射注浆加固，以拱顶为例：第一排放射角度58°，钻孔深度6.51m；第二排孔放射角度38°，钻孔深度8.98m；第三排孔放射角度25°，钻孔深度13.2m；第四排孔放射角度14°，钻孔深度12.35m；中间三个孔垂直钻孔注浆，钻孔深度12米。详见图1

由于工作面含水层为静水压，注浆前在工作面喷射一层厚500mm止浆墙，防止发生向前坍塌现象，注浆钻孔直径为Φ42mm，注浆压力控制在0.5Mpa～2.5Mpa；注浆可使砂砾层粘结强度及密实度增加，起到砂砾层均匀密实和稳固的作用；砂砾层间隙中充满了不流动而且固结的浆液后，透水性封闭，注浆后检测单孔涌水量≤0.5m³/h。

图1注浆钻孔布置断面、剖面（局部）示意图

1-注浆孔1#-19#2-工作面止浆墙500mm

4.掘、砌施工工艺

表土砂砾层暗槽掘砌施工工序如下：帮部开挖（1m）初喷架棚腿拱部开挖初喷打超前管棚架顶梁挖中间核心土（10m）由工作面向后清底退挖机打基础稳模扎钢筋上模板浇筑（直至通过表土砂砾层）

施工过程中的交叉掩护作业

（1）在上一循环架设的U型钢支架掩护下进行本循环掘进开挖，有效控制了顶板坍塌的发生，保障挖掘时的安全作业；

（2）在上一循环管棚的超前支护下进行本循环的超前管棚支护，以及U型钢顶梁的架设；

（3）掘进10m后在U型钢和喷射混凝土的临时支护掩护下进行钢筋混凝土永久支护；给施工创造良好的作业环境，不仅保障作业人员安全，也有利于质量的控制。

4.1掘进

井筒表土段分两部份施工，第一部份采取明槽掘砌，第二部份采取暗槽掘砌。该表土呈天然稠度状态，质地坚硬，结构疏散，大孔隙，遇水成泥浆，局部夹杂卵石和厚层状含水砂砾层。表土暗槽掘进过程中极易发生冒顶和片帮，经调研后决定采用三步掘进法，开挖顺序为先开挖两帮，在延巷道拱部环形开挖，最后挖取中间核心土，在遇有坚硬砂砾、卵石层时采用破碎锤破碎后进行掘进。详见图2。

（1）首先进行Ⅰ部位棚腿开挖，开挖宽度1.5m、高度3.5m、帮部预留200mm修边土层，每循环开挖段长1m，开挖切面呈直角三角形，以减少开挖土层暴露面积；挖掘机挖掘结束后采用人工风镐进行刷帮、修正预留土层至设计尺寸；

（2）完成帮部临时支护后沿巷道拱部环形开挖Ⅱ部位，预留核心土，可减小土层的超前坍塌距离，对工作面形成强有力的支撑，便于脚手架平台的搭设。环形土开挖高度易控制在2m，脚手架平台与核心土高度一致，有利于作业人员施工；

（3）在完成本循环的临时支护后进行核心土的开挖，同时转入下一循环掘进。

图2三步掘进法开挖示意图

Ⅰ-棚腿开挖； Ⅱ-拱部环形开挖；Ⅲ-预留核心土；1-预留修边土层

4.2超前、临时支护

临时支护分为小管棚超前支护和U29型钢+网喷支护，临时支护采用当班掘进当班支护；临时支护作为永久支护的一部分，不进行拆除、回收。

超前支护采用Φ40mm无缝钢管，长1.5m，管棚间距300mm，管棚支护范围为自中线左右各60°；U29型钢分4段组成，棚腿2根，拱部2根；搭接长度400mm，每段使用2个卡缆，棚与棚间距800mm，使用8根拉杆连接；金属网采用Φ6.5mm、网幅1m×2m、网格100×100mm；喷射混凝土厚度200mm，喷射砼强度等级C20。

每部位开挖完成后，须及时进行初喷封闭土层，在完成拱部初喷后采用风煤钻配合Φ42mm麻花钻杆进行打眼，打眼深度为1.4m，角度与巷道掘进坡度呈2°，管棚安设采用打一装一，在管棚施工完成后及时铺设金属网，扶U型钢棚，U型钢棚与顶板接触不实的地方采用背板背实，严禁留有空隙；扶棚结束后进行二次复喷至设计值。

施工标准

（1）严格控制U型钢架设角度，根据井筒角度，迎山角选择在4°～5°；

（2）U型钢及其附件的材质和加工必须符合设计要求和相关标准规定；

（3）U型钢要架设整齐采用标准拉钩进行连接与井筒方向成直线，U型钢架设迈步和角度要一致，不得出现前倾后仰及棚腿悬空现象，拉钩不得焊接或不使用；

（4）架拱顶棚时，须搭设安全、牢固的脚手架平台，平台上作业人员须系安全带；

（5）管棚方向与巷道方向一致，纵向两组管棚的搭接长度应符合设计要求；

（6）钻孔必须准确，孔眼直，深度足，砂土清干净，必要时用吹管将孔内砂石吹出。

4.3永久支护

在临时支护达10m（架设12～13架U型钢）后进行永久支护。永久支护采用双层钢筋混凝土，厚度500mm，强度C25；钢筋层间距400mm，保护层厚度50mm，纵筋采用Φ18mm螺纹钢，环筋采用Φ20mm螺纹钢；连接筋采用Φ8mm钢筋，环筋间距300mm，内纵筋间距300mm，外纵筋间距346mm；钢筋采用10#铁丝双股绑扎，钢筋搭接长度为42d。详见图3

碹胎由20#槽钢加工而成，碹腿采用3根Φ108mm钢管做横撑，碹骨焊接活动斜撑，（在浇筑结束后不进行拆模，先拆除斜撑，不影响前方施工作业）；碹胎间距1.5m，由10#槽钢连接成整体，墙部采用1500mm×300mm土建模板，拱部采用1500mm的10#槽钢加工而成，有利于运输和安装。

混凝土浇筑由前向后，由下向上浇筑，混凝土配料系统、搅拌系统、输送泵集中布置在地面井口附近，通过管路直接运输至使用地点，保证了连续浇筑施工和浇筑质量。

图3吴家峁矿井主斜井井筒表土砂砾层支护图

1-预留核心土；2-Φ40mm无缝钢管，1500mm@300mm；3-外环筋，Φ18mm@300mm

4-内环筋，Φ18mm@300mm；5-外纵筋，Φ20mm@346mm；6-内纵筋，Φ20mm@300mm

7-连接筋，Φ8mm@300mm；8-C25混凝土；9-C20喷射混凝土；10-U29型钢1-片石砂浆

5.量保证措施

为达到快速精确定位，施工中采用3台激光指向仪；其中在巷道中线位置，正顶向下500mm安设一台，控制巷道方向、坡度以及顶板掘进尺寸；在巷道左右起拱线位置各安设一台，用来控制底板掘进尺寸和帮部超、欠挖；这样、无论在掘进、打管棚、架棚还是稳模过程中都可以快速定位，加快速度，提供相关数据，同时在地质数据的收集，日常检查、验收都提供了相关参数；减小了技术人员的劳动强度，提高了工作效率。

6.结语

实践证明：在有效降低施工成本；采用三步掘进开挖和加强临时支护我们找到了斜井过特厚表土砂砾层的好对策，并采取有效措施，顺利通过了表土砂砾层；提高工程质量和施工的安全性，取得了较好的技术成效，当然这也离不开相关领导和管理人员的高度重视。