浅谈井底车场连接处曲墙三心拱及硐室施工工法

摘要：近年来，随着煤矿采掘深度的延伸，地质条件愈发复杂，井底车场连接处断面大、结构复杂、应力集中程度高等问题日益凸显。

母杜柴登副井井筒连接处施工工法成为现代煤矿的设计需求。为解决井筒与井底车场连接处大断面交岔点结构复杂、应力集中程度高等问题，提出了使用曲墙三心拱支护的设计，实施了锚网喷+锚索+工字钢架+钢筋混凝土联合支护，提高了连接处主要部位的支撑能力并取得了良好的支护效果。与直墙半圆拱相比，曲墙三心拱具有断面利用率高、受力性能较好等特点，在同样条件下，开挖量小、省料、施工简便、压力分布均匀等优点明显，适用于大跨度硐室与巷道。但在施工曲墙三心拱时存在几何参数较复杂，碹胎制造困难，浇筑施工难等问题。

关键词：前期矿井建设掘进深度与宽度；施工条件与方案质量管理

中图分类号：TU74 文献标识码：A

引言：本工法将设计复杂的曲墙以轨面水平为分割线进行分段施工，不仅降低了碹胎的加工难度，同时可采取类直墙半圆拱施工工法施工，既降低了施工难度，又保证了施工质量。实践证明，本工法在母杜柴登副井井筒马头门施工中具有良好的经济效益和安全使用价值。

1.工程概况

母杜柴登副井马头门为南、北双翼布置，全长为30m，北翼长10m（从井筒中心算起为14.7m），南翼长20m（从井筒中心算起为24.7m），底板绝对高程+636.77m，工程量为掘进体积1143m3，支护砼量424.4m3。

马头门开口处顶板设计为斜面变平面形状，斜面长度均为5m，每向内进1m拱基下降160mm，井筒相连处净顶板最高为+5.5m，净顶板最低为+4.7m，马头门净宽7m，马头门巷中线与井筒十字线重合。

马头门支护采用锚网喷+锚索+钢筋+矿用11＃工字钢混凝土联合支护形式，喷射砼等级为C25，喷厚100mm。钢筋混凝土支护厚度为1000mm，砼等级为C60。

2.施工前的准备工作

2.1内壁模板验收：内壁所用的1.2m高的组合模板，在地面组装经建设、监理单位现场人员验收合格后，才能下井使用。

2.2形成临时盘：待井底锅底、整体浇注段施工完毕后，将已加工好临时盘下放到井底进行组装，然后用四个模板绳将临时盘悬挂在吊盘下，临时盘与吊盘距离保持在14.4m左右。

2.3改造吊盘：外壁施工时吊盘直径为11.2m，内壁直径为9.4m无法适应内壁施工在下层盘立模的需要，因此内壁施工时，把下层盘多余合叶去掉，将吊盘直径缩小到9.2m。

2.4溜灰系统的改造：将吊盘下层盘的分灰器，均匀安设到吊盘中层盘，通过五根Φ160mm钢丝胶管，将搅拌好的混凝土放入立好的模板内。

2.5加强搅拌系统：井口布置的两台JS-1000型搅拌机，一台PLY-1200电子自动计量上料系统，不能满足内壁施工需要。因此在井口增加了一台JS-1000型搅拌机和一台PLY-1200电子自动计量上料系统。

3.施工条件

马头门位于煤层中，该煤层为条痕褐黑色，条带状结构，层状结构，煤成份主要是暗煤，其次是丝煤。根据《母杜柴登矿副井井筒水文地质条件分析》，对该煤层水文地质情况预测，煤层有3.66m3/h的涌水。

4.施工方案

4.1 南、北马头门开口部位因外壁施工时设计院未及时提供图纸，预留素混凝土井壁，待井筒掘砌井底清底斜巷及水窝浇注施工完毕后，提盘至马头门位置施工两侧马头门。

4.2 施工工序：马头门巷道掘进临时支护绑扎钢筋立模浇注混凝土。

4.3 施工顺序：北侧马头门先施工，后施工南侧马头门；分区分段施工，掘进一段临时支护一段；根据围岩情况，如围岩破碎就及时支护，采用短掘短砌；如围岩稳定，就将马头门临时支护后（北侧34.6m，南侧12.7m）,绑扎钢筋，立模浇筑。

5.施工方法

马头门施工工艺流程为：

5.1南、北侧同时探水，利用工作盘布置钻机，在马头门掘进断面位置布置探孔，先施工孔口管，然后进行钻探作业。

5.2南、北侧井壁同时破除，为保护东西两侧永久井壁，井壁破除采用采用多打眼、少装药、放小炮松动爆破方式。松动爆破高度控制为1.8m，眼深为1.6m，单位岩体炸药消耗量控制在0.8kg/m3，炮眼布置周边眼眼距为200mm，其他眼距为400mm，圈距为500mm；起爆采用毫秒延期电雷管。

5.3南、北侧马头门分层掘进及锚网索喷支护，锚杆采用Φ18mm×2100mm树脂锚杆，托板采用150×150×10mm碟型托板，螺帽采用20mm螺帽，采用一只Z2360中速药卷和一只K2335快速药卷锚固，锚杆间排距为800×800mm，三花布置，锚杆托板外露50mm，网片采用φ6mm盘圆金属网，网格为100×100mm，网幅为2000×1000mm，每片网之间搭接采用18号铁丝绑扎，全断面锚网支护。

顶部支护，采用φ15.24mm钢绞线，长度为6.3m，锚深为6m，每排/3m，每排3根，托板采用200×200×8mm碟型托板，均采用一只K2335和两只Z2360树脂药卷，配套锁具紧固锚索。

采用C25砼进行全断面喷浆支护，喷厚为100mm。喷射砼配合比：水泥采用蒙西P.042.5普硅水泥，碎石：5～10mm包头碎石做粗骨料，砂：杭锦产的黄砂，水泥：黄砂：碎石=1：2：2，速凝剂掺量为水泥用量5～10％。

5.4摇台基础掘进及绑扎钢筋：按设计断面掘出摇台的轮廓，然后按要求进行绑扎钢筋，摇台的竖、横钢筋均为Ф20。

5.5马头门绑扎钢筋及工字钢架梁组立组立井筒内组合模板：马头门南、北采用临时支护施工各10m后，可进行钢筋绑扎(南、北各5m为钢筋砼支护)，外侧钢筋绑扎好固定牢固后，进行组装钢架梁，组装钢架梁均采用焊接连接，每架间距800mm，采用Ф25钢筋焊接，每架之间连接不得少于7个点，焊接必须达到要求，钢架固定完毕后绑扎内层钢筋。然后组装马头门碹拱，加固完毕后再组装井筒内模板。

5.6加固模板：井筒内模板和马头门碹拱组装完毕后，再依次逐个进行加固好，确保在浇砼时，杜绝跑模现象。

5.7马头门砼浇筑、拆模、养护：浇注混凝土时对称下灰，每浇300mm，进行振捣一次。马头门浇砼完毕后，24小时后拆模，拆模后进行洒水养扩。

6.质量控制

本工法严格按《煤矿井巷工程质量检验评定标准》、《煤矿安装工程质量检验评定标准》和《矿山井巷工程施工及验收规范》及有关标准、规范施工。待井筒内模板和马头门碹拱组装后，由监理、建设、施工单位三方共同对马头门的掘进、钢筋、模板进行整体验收，马头门的混凝土浇筑整个过程由监理、建设单位共同监控。

马头门模板拆除后，由监理、建设、施工单位共同对马头门进行整体验收。验收结果评定为优良。

7.效益分析

本工法在掘进时采用下行施工法，将马头门巷道分成三部分，解决了顶部打眼难的问题，保证了光爆措施的顺利进行，加快了掘进速度。

本工法在浇筑混凝土时，采取将曲墙三心拱型巷道分为两部（轨道水平面以上、下）浇筑，将轨面以下部分一次浇注成型，再从轨面部分立拱浇筑上部结构，即浇筑方式采用原直墙半圆拱巷道施工方式。此法解决了原曲墙三心拱整体碹胎组立难、加固难、建筑钢模板在反底拱底部使用难以及人员在内部难以施工等一系列问题。

在母杜柴登副井井底车场连接处施工中，该项革新充分发挥了积极作用，一致认为该工法操作简单，性能可靠，经济实用，不但减轻劳动强度，而且提高了工作效率，每天可减少人工6～8人次，每循环可以提前2～3小时，为项目部创造了280万元经济效益，很值得在立井井底车场连接处施工中推广。

8.结语

中煤第五建设有限公司第四十九工程处副井井筒采用本工法，马头门及相关硐室2010年12月10日开始施工，到2011年2月16日全部完成。管子道开口3m，施工了10天；清理斜巷开口3m，施工了7天；历时58天。（期间接到建设单位通知要求我施工单位于2011年2月1日16：00时――2011年2月8日8：00时停产，影响我单位施工7天）完成工程造价953万元。

由于严格按照标准施工，不仅提高了井底车场连接处巷道成形的施工质量，实现了优质、高效、安全施工的目标，并且取得了良好的效益，提高了我项目部的声誉;而且工程质量全优，受到了伊化矿业资源有限责任有限公司和煤炭工业沈阳设计研究院有限公司的高度评价。

参考文献：

[1]刘静 浅析立井井筒的快速施工 科技创新导报2009(24)

[2]宁德春. 矿井建设项目安全事故机理与控制研究[D]. 中国矿业大学 2009

[3]李鼎权. 地下矿山设计的技术进展与前景(续)[J]. 冶金矿山设计与建设. 2002(02)