李树仁，宋立平

(1.纳林河二号煤矿业有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017307；2.中煤西安能源研究院有限责任公司，陕西 西安 710054)

0 引言

随着无轨胶轮车在矿井辅助运输中的普及应用，大型矿井马头门的断面越来越大[1-2]。随着硐室跨距的加大，巷帮高度的增加，硐室围岩支护难度也在增加[3-5]，以纳林河二号井为例，马头门的净断面宽度为8.0 m，掘进断面宽度达9.4 m。因此开展大跨距马头门硐室支护参数的设计，对确保硐室施工质量与安全是非常必要的。

1 工程概况

纳林河二号矿井副立井井筒设计净直径10.5 m，井筒永久锁口绝对标高+1 132.20 m，全井深582.2 m。副立井井筒与井底车场连接处(即马头门)底板绝对标高+580.00 m(即井深552.2 m)，马头门呈偏南北方向双面开口，进车侧(南)方位角ɑ1=47°，出车侧(北)ɑ2=227°。南北侧马头门长各28.25 m(从井筒中心计)，共计56.5 m。一次支护均采用锚网索喷，喷浆厚度为100 mm，二次支护为双层钢筋混凝土支护，混凝土强度为C60，混凝土支护厚度为600 mm。

2 支护设计

2.1 支护分析

通过分析大跨度马头门工程地质条件及硐室的特点，总结影响大跨度稳定性的主导因素。

粉砂岩顶板：马头门直接顶板为厚度2.35 m的粉砂岩，顶板自身稳定性较差，不利于形成稳定的支护结构，无稳定的单体锚索的锚固点。

大跨距高帮特性：硐室采用拱形断面，净宽8.0 m，净高6.0，净面积41.1 m2，掘进宽度9.4 m，掘进高度7.0 m，掘进断面积56.3 m2。随着硐室跨距加大、高度的增加，增加了巷道围岩的扰动深度，降低了围岩本身的强度和自稳能力。硐室跨度大，易形成顶板中部拉应力集中，增加顶板弯曲下沉量和加大顶板离层破坏，成倍增加顶板垂直载荷，成倍增加的载荷又向两帮转移，使煤帮所承受的支承载荷成倍增长，加大煤帮破坏和片帮[1]。

2.2 支护形式设计

设计副立井马头门采用联合支护方式。先采用锚网索喷进行一次支护，再采用钢筋混凝土砌碹进行二次支护。一次支护采用“一炮一锚，两炮一喷”的方式进行支护，厚度为100 mm，喷射混凝土强度等级为C25，二次支护为钢筋混凝土，钢筋混凝土强度等级为C60。硐室断面图支护设计如图1所示。

图1 硐室断面图支护设计

2.3 锚网索喷支护

副立井马头门一次支护采用锚网索喷支护形式。锚杆杆体材料采用二级螺纹钢筋，直径为20 mm，锚杆外露长度为50 mm。树脂锚固剂选用MSZ28/25型，每根锚杆使用3卷。锚杆托板采用Q235钢，规格150 mm× 150 mm×8 mm。钢筋网采用直径为6 mm的Q235钢筋，网格为100×100。锚索参数：φ15.24 mm，L=7 500 mm，锚索托板采用300 mm×300 mm×10 mm的钢板，每根锚索使用4个树脂药卷，锚索间排距2.4 m，每排3根，锚索的长度及间距可以根据揭煤的围岩条件进行调整。

2.4 钢筋支护

副立井马头门加强段钢筋均采用φ20 mm二级螺纹钢，竖筋采用直螺纹连接套连接，直螺纹连接套长度为50 mm，竖筋间距为250 mm。环筋采用绑扎搭接，搭接长度为35d(φ20 mm钢筋搭接为700 mm，d为钢筋直径)，环筋间排距为200 mm。构造筋为φ8 mm圆钢加工而成，构造筋竖向间距为400 mm，横向间距为500 mm。钢筋保护层厚度：外缘为70 mm，内缘为50 mm。

副立井井筒马头门钢筋均采用φ20 mm二级螺纹钢，钢筋采用绑扎搭接，竖向钢筋不小于30d(φ20 mm钢筋搭接为600 mm，d为钢筋直径)，环向钢筋不小于45d(φ20 mm钢筋搭接为900 mm，d为钢筋直径)，钢筋间排距为200 mm×200 mm，构造筋为φ8 mm圆钢加工而成，构造筋间距为600 mm。钢筋保护层厚度：外缘为70 mm，内缘为50 mm。环向及竖向钢筋的接头应错开布置，任一垂直及水平截面上的接头数不得超过全部钢筋量的25%。

3 施工方案

由于马头门掘进段较高(5.1～7.0 m)，根据实际施工情况，掘进施工分成2部分，先施工拱部3.5 m，再施工墙部(1.6～3.5 m)位置。先将马头门拱部掘出，掘进深度两侧各7.5 m(从井筒中心线算起11.0 m)，再施工墙部。井筒模板采用3.5 m高整体移动式金属模板，马头门模板墙部采用200 mm×200 mm木方做柱腿，50 mm厚木模板，马头门拱部采用16#槽钢加工，拱部支撑50 mm厚木板和10 b槽钢联合支护做为模板。

每段施工时先按设计钻爆，然后进行锚网索喷支护，掘喷完成后，最后自下而上起绑扎钢筋、立模、浇注砼[2-5]。

副立井马头门掘进施工顺序图如图2所示。

图2 副井马头门掘进施工顺序图

4 支护工艺

4.1 一次支护工艺

马头门一次支护采用锚网索喷，树脂锚杆规格为φ22 mm×2 400 mm，间排距800 mm×800 mm，采用矩形布置方式，外露100 mm，采用两卷树脂锚固剂锚固，树脂锚固剂型号为MSZ2350、MSK2350型各1卷，锚杆采用端头锚固方式，托盘选用规格150 mm×150 mm×12 mm，锚固力≥100 kN。金属网用φ6.5 mm的钢筋加工，网格100 mm×100 mm，搭接长度为100 mm，采用14#铁丝绑扎。

顶锚索规格为18.9 mm×12 000 mm钢绞线锚索，帮锚索规格为18.9 mm×6 300 mm钢绞线锚索，每孔使用4根树脂药卷，树脂锚固剂型号为MSZ2350型3卷、MSK2350型1卷，马头门锚索间排距1 600 mm×1 600 mm，与锚杆错开布置，托盘规格300 mm×300 mm×20 mm，预拉力≥150 kN，锚固力≥200 kN。

4.2 钢筋绑扎

墙部钢筋绑扎方法：墙部钢筋绑扎从墙底面向上进行，以马头门拱基线点为水平点，用水平管由里向外在两帮墙部按2 m间距导出水平点，用风钻在各个点上打300 mm深的眼，将长700 mm的废弃钻杆插入钻孔中并楔紧，拉起巷道中线，以马头门中线拉尺分别在废钻杆外露端头上找出内外层钢筋的控制点，先将纵向钢筋绑扎在外层钢筋控制点上，然后按200 mm间距由里向外绑扎墙部横向钢筋，最后将纵向钢筋补齐。内层钢筋绑扎工艺同外层钢筋。

拱部钢筋绑扎方法：先搭设工作台，工作台上面铺设木板，工作台层面随着工作面高度的增加而增设。工作台搭设完成后，先在巷道正拱顶按2 m间距打300 mm深的眼，插入700 mm的废旧钎杆，并在废钎杆上标出内外层钢筋控制点，在控制点上绑扎一根钢筋，利用控制点钢筋和巷道墙部筋预留搭接部分，做为拱部钢筋的3个控制点，进行拱部环钢筋绑扎，环钢筋绑扎完后，按设计要求绑扎纵向钢筋。绑扎时，先绑扎外层钢筋，再绑扎内层钢筋。

5 结语

锚网索喷+钢筋混凝土的联合支护综合了2种支护方式的优点，充分利用围岩的自承力，防止了由于围岩破碎支护强度达到极限而导致顶部岩石塌落等情况，较单一支护方式更能适应围岩复杂的应力变化，对大跨度断面巷道支护具有切实可行的意义。