姚传学 王政伟

摘 要：针对三水平戊一下延二部皮带机头硐室不能满足集团首家最大功率永磁电机安装要求的问题，本文创新了硐室布置方式，采用了全方位高强支护技术和分步施工技术。该硐室施工后，支护效果良好，有效地控制了深部大断面硐室的帮顶位移及巷道底鼓等问题，满足了集团最大功率永磁电机的运转需要，保证了三水平戊一下山二部皮带的安全运转，为类似矿井超大断面的设计与施工提供了借鉴。

关键词：超大断面;设计及施工技术;全方位高强支护技术

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）17-0090-03

Abstract： In view of the fact that the width of the chamber of the second belt head of three-level extension can not meet the installation requirements of the first maximum power permanent magnet motor of the group， this paper innovated the chamber layout， adopts the omni-directional high-strength support technology and step-by-step construction technology. After the construction of the chamber， the supporting effect is good， the roof displacement and floor heave of the deep large section chamber are effectively controlled， the operation requirement of the maximum power permanent magnet motor of the group is satisfied， the safe operation of the second belt of the third level Wuyixia Mountain is guaranteed， and the reference is provided for the design and construction of the similar large section of the mine.

Keywords： super large section;design and construction technology;omnidirectional high strength support technology

一礦三水平戊一下延二部皮带是三水平戊一下延采区原煤运输的主要通道，原安装的普通皮带不能满足采区出煤需要，需要更换为由永磁电机驱动的高强皮带。而采用了集团首家最大功率的永磁电机后，要求机头硐室跨度较大，而原皮带机头硐室远不能满足安装要求，加之巷道处于高地应力区，超大断面硐室对支护提出了更高的要求，因此，如何对原巷道进行改造，并实现对硐室的有效支护成为一个需要解决的主要问题。

1 硐室支护方案分析

1.1 三水平戊一下延二部机头硐室工程概况

原机头硐室距地面垂深850m，布置在距戊10煤层15m的底板中，岩性以泥岩为主。硐室宽为4.6～5.4m，高为3.9～4.2m，锚网喷支护;而集团首家最大功率永磁电机安装硐室要求的宽为12.1m，高为7.2m[1]。

1.2 巷道地质条件分析

第一，硐室埋深大，最大主应力达到31MPa，最大主应力方位31°。巷道顶板受到较大的自重应力的影响，又受水平应力作用，巷道顶部、两帮及底部荷载显著增大;受开采影响，高地应力会引起巷道顶板、两帮及底部整体向巷道内移动，巷道易变形[2]。

第二，相邻巷道围岩集中应力相互叠加，相互影响。硐室附近布置有设备道、轨道下山、回风下山等多条巷道。由于巷道布置密集，每条巷道掘出后所产生的围岩集中应力与相邻巷道的围岩集中应力相互作用、相互叠加[3]。

第三，硐室断面大，围岩的破坏范围大。巷道开挖后，由于应力重新分布，在巷道周围形成松动圈，巷道断面越大，松动圈的范围也就越大，造成的节理裂隙面就越多，扩展就越深。

1.3 巷道支护及扩修施工思路

由于原机头硐室锚网喷支护不能有效控制巷道变形，所以，结合其原有状况，以巷道围岩控制理论为基础，提出了全方位高强支护技术，高强皮带机头硐室顶帮采用“双锚双注”支护，硐室底板及基础坑采用注浆支护。通过全方位高强支护，克服高地应力地质条件，保证支护效果。采用分步施工技术，首先在原有皮带下山扩巷段施工，按照4×560kW高强带式输送机所要求基准断面沿皮带巷北向扩巷，待扩巷顶板稳定后，再开始东西向挑顶施工电机硐室，通过分步施工减少掘进扰动，确保硐室支护效果[4]。

2 支护设计

2.1 创新硐室布置方式

为解决三水平戊一下延二部高强皮带机头硐室断面大、改造和支护难度大等问题，我们创新了硐室布置方式：将硐室拱部由巷道纵向优化为横向，使电机硐室中心线方向与原皮带巷中心线垂直布置，间接减小了巷道跨度，跨度由12.1m减为7m;使硐室顶部压力均匀向硐室顶部及两帮分散，避免了硐室顶部为平顶和压力较大难以支护的问题。三水平戊一下延二部皮带机头硐室如图1所示。

2.2 全方位高强支护方案

机头硐室顶帮采用“双锚双注”支护技术，即首先进行锚网索喷支护，喷浆厚度不低于50mm，并进行第一次注浆;然后进行第二次锚网索喷支护，喷浆厚度不低于100mm，两次喷浆不低于150mm，并进行第二次注浆。硐室底板及基础坑采用注浆支护技术，注浆采用水泥加ACZ-1型添加剂。

2.3 支护参数

机头硐室顶帮采用“双锚双注”支护，具体参数为：进行第一次锚网索喷支护，锚杆采用Φ22mm×2 800m KMG600型左旋高强锚杆，间排距800mm×800mm，锚索采用Φ22mm×7 500m钢绞线锚索，间排距1 600mm×1 600mm;喷浆厚度不低于50mm，并进行第一次注浆，注浆采用Φ20mm×2 000mm注浆管，孔深3 000mm，间排距1 500mm×1 500mm，压力不小于3MPa;进行第二次锚网索喷支护，锚杆采用Φ22×2 800m KMG600型左旋高强锚杆，间排距800mm×800mm，锚索采用Φ22mm×7 500m锚索，间排距1 600mm×1 600mm，喷浆厚度不低于100mm，两次喷浆厚度合计不低于150mm，第二次注浆采用Φ20mm×2 000mm注浆管，孔深5 000mm，间排距1 500mm×1 500mm，压力不小于8MPa。对硐室底板进行注浆，采用Φ20mm×2 000mm注浆管，孔深4 000mm，间排距1 500mm×1500mm，注浆压力不低于6.0MPa。注浆材料采用P.O2.5R级硅酸盐水泥，注浆液水灰比（重量比）为0.8，同时加水泥8%的ACZ-1型添加剂。硐室内堵头墙采用锚网索注浆支护，锚杆间排距700mm×700mm。1-1断面如图2所示。

3 施工工艺

三水平戊一下延二部皮带担负着整个三水平戊一下延采区的生产，系统是否安全运转影响整个矿井的采掘接替。高强皮带机头硐室扩巷总工程量116.1m，分三步进行施工：第一步，沿皮带巷扩巷施工，从一部皮带机尾滚筒中心线向上8m处（二部机头卸载处）开始，按6.5°下坡挑顶扩巷施工10m后（净宽×净高=6.5m×5.5m），顶板坡度调整为9°32'下坡，底板坡度仍为6.5°，再施工24.6m（净宽×净高=6.5m×4.2m），然后巷道坡度调整为6.5°施工18.7m;第二步，施工硐室，4个电机硐室（1-1断面：净宽×净高=7.0m×7.2m），深度分别为3.5、4.0、3.1、3.6m，操作硐室5.6m（净宽×净高=4.5×3.5m），设备硐室43m（净宽×净高=5.0m×4.3m）;第三步，拉电机硐室处底板，注浆加固底板，工程量29.7m。施工过程中，根据原巷道实际情况，及时校准中心腰线。

①扩巷：破岩方式采用风镐+静力破碎剂，避免爆破对围岩的破坏，静力破碎剂直径41mm，排距300mm×300mm。

②锚网（索）喷支护：锚杆采用22mm×2 800mm左旋无纵筋高强锚杆，配用Z2360锚固剂和K2360树脂锚固剂各1卷，预紧力132kN;采用6mm钢筋网，规格为1 500mm×1 500mm（长×宽），网间搭接100mm。拱部布置7根Φ22mm×7500mm钢绞线锚索，每根锚索配用Z2360锚固剂2卷和K2360树脂锚固剂1卷，预紧力176kN。喷射混凝土厚度150mm，混凝土强度等级C20，速凝剂掺入量为水泥质量的3%～5%，喷浆前沿巷道纵向分别在正顶、两拱肩和两拱基拉5条线标定巷道内壁位置。

③注浆：采用Φ20×2000mm注浆管进行注浆，注浆孔深4 000mm，间排距1 500mm×1 500mm，误差±100mm，注浆压力不小于8.0MPa，注浆方式采用间隔注浆，提高了注浆质量。

④二次支护：注浆后进行二次锚网喷支护，优化间排距，采用Φ22mm×8 300mm中空注浆锚索进行深部注浆加固，间排距2 000mm×2 000mm，注浆压力不低于8.0MPa。

⑤底板加固：采用Φ20mm×2 000mm注浆管进行注浆，注浆孔深4 000mm，间排距1 500mm×1 500mm，控制底鼓。

4 支护效果监测

机头硐室采用全方位高强支护技术后，经70d的观测，巷道两帮及顶板最大变形量约61mm，底板变形量最大约76mm，变形量在可控范围内。通过全方位高强支护技术的应用，硐室支护效果良好，巷道整体轮廓形状无较大变化，满足了三水平戊一主输送皮带的正常运转，达到了预期效果。硐室两帮及顶底板位移量如图3所示。

5 结论

高强皮带机头硐室通过分步施工减少了掘进扰动，提高了支护效果。通过采用全方位高强支护技术，硐室顶帮采用“双锚双注”支护，硐室底板及基础坑采用注浆支护，施工后支護效果良好，有效控制了深部高应力超大断面硐室的帮顶位移及底鼓，满足了集团最大功率永磁电机的安装和运转需要，保证了三水平戊一下山二部皮带的安全运转，为该矿安全生产提供了条件，也为类似矿井超大断面的设计与施工提供了借鉴。

参考文献：

[1]齐军朋，孟鑫，葛德志.深井大型硐室支护设计与施工[J].煤炭技术，2011（3）：127-129.

[2]康红普.深部煤巷锚杆支护技术的研究与实践[J].煤矿开采，2008（1）：1-5.

[3]孙广义，陈刚，于蒲喜.深部开采巷道断面优化设计与应用研究[J].煤炭工程，2008（9）：57-60.

[4]石伟，邹德蕴.深井软岩巷道围岩二次支护新技术[J].采矿与安全工程学报，2003（1）：28-29.