1、工程概況

　　淮南礦業(yè)集團(tuán)潘一礦第二副井-788m馬頭門(mén)位于第二副井東西方向，屬二水平開(kāi)拓工程，由淮南礦業(yè)集團(tuán)礦業(yè)工程分公司負(fù)責(zé)施工。東、西馬頭門(mén)長(zhǎng)度分別為26.5m和60.3m，其中第二副井井筒中心線向東西方向各14.5m為馬頭門(mén)加固段，該段斷面尺寸為（凈）寬×高=6100×7408mm，上部位于6-1煤層中，煤層層厚4m，煤質(zhì)極其松軟，呈粉狀，且屬于突出危險(xiǎn)煤層。本文重點(diǎn)對(duì)該加固段的施工方案進(jìn)行探討。

　　為了使井筒安裝與馬頭門(mén)掘砌平行施工，礦方擬定由第二副井措施巷施工等候室通道，從等候室通道進(jìn)入馬頭門(mén)施工。

　　2、支護(hù)方案及參數(shù)

　　2.1外層支護(hù)

　　馬頭門(mén)加固段設(shè)計(jì)外層支護(hù)為錨桿金屬網(wǎng)網(wǎng)噴射混凝土、錨索、29U型鋼支架聯(lián)合支護(hù)。錨桿規(guī)格Φ22×2500mm高強(qiáng)樹(shù)脂錨桿，間排距800×800mm，梅花形布置，每孔2卷樹(shù)脂錨固劑（拱部Z2355型，幫部Z2850型）。金屬網(wǎng)規(guī)格Φ6.5×2100×1200mm，網(wǎng)格150×150mm。噴射混凝土強(qiáng)度C20，噴厚100mm。錨索規(guī)格Φ17.8×8200mm，環(huán)向間距3000mm，縱向間距2000mm。

　　29U型鋼支架分7節(jié)，頂梁3節(jié)，腿4節(jié)，每?jī)晒?jié)搭接處使用3副29U鋼卡纜。支架間距500mm，每架使用4組Φ22×2500mm固棚錨桿固定。支架與外層噴射混凝土間留200mm厚充填層。

　　外層支護(hù)完成后進(jìn)行注漿加固，采用深淺孔交叉布置，間排距3200×3200mm，孔深：淺孔1m，深孔3m。注漿采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比1：0.8。

　　2.2內(nèi)層支護(hù)

　　馬頭門(mén)加固段增設(shè)反底拱，內(nèi)層支護(hù)為整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土支護(hù)。混凝土強(qiáng)度C50，壁厚700mm（底拱厚600mm）。設(shè)計(jì)為雙層鋼筋，環(huán)向鋼筋為HRB335級(jí)Φ25mm熱軋帶肋鋼筋，間距200mm；橫向鋼筋為HRB335級(jí)Φ22mm熱軋帶肋鋼筋，間距250mm；鋼筋保護(hù)層厚度50mm。

　　3、施工方案的選擇

　　根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的支護(hù)參數(shù)，馬頭門(mén)加固段內(nèi)、外層支護(hù)總厚度為1124mm，因此該段掘進(jìn)斷面尺寸達(dá)到了寬×高=8348×9032mm。經(jīng)過(guò)分析，有以下兩種可行的施工方案：

　　方案一：由等候室進(jìn)入，直接向井筒方向分層掘進(jìn)。其優(yōu)勢(shì)是直接一次性掘進(jìn)并支護(hù)到位，節(jié)省工時(shí)。劣勢(shì)是斷面跨度大，且6-1煤位于巷道頂板，頂板較難管理，且通風(fēng)困難。

　　方案二：由等候室進(jìn)入，先施工斷面較小的導(dǎo)硐與井筒方向貫通，然后從井筒開(kāi)始分別向東西方向分層擴(kuò)刷。其優(yōu)勢(shì)快速形成自然通風(fēng)，且頂板容易管理，貫通后擴(kuò)刷時(shí)，擴(kuò)刷的矸石直接漏入導(dǎo)硐內(nèi)，通過(guò)耙斗裝巖機(jī)裝走。劣勢(shì)是需要先掘進(jìn)導(dǎo)硐，后期還需要拆除導(dǎo)硐的支架，浪費(fèi)工時(shí)。

　　我們通過(guò)對(duì)上述兩種方案的對(duì)比分析，考慮安全因素，認(rèn)為方案二的方法雖然比方案一多出兩道工序，但是該方案安全系數(shù)比較高，而且爆破作業(yè)時(shí)多一個(gè)自由面，爆破效果較好。因此，決定采用方案二。

　　4、施工方法

　　4.1掘進(jìn)及臨時(shí)支護(hù)

　　馬頭門(mén)加固段施工分3層進(jìn)行。上分層層高2.8m，中分層高3m，下分層高3.2m。由于馬頭門(mén)加固段上層位于6-1煤層中，且煤質(zhì)松軟，瓦斯涌出量大。礦方規(guī)定掉頂超過(guò)1m即按事故追查，因此，上分層掘進(jìn)必須以最大限度的預(yù)防掉頂為原則。

　　根據(jù)煤礦安全規(guī)程，突出危險(xiǎn)煤層掘進(jìn)嚴(yán)禁使用風(fēng)鎬，因此上分層掘進(jìn)以手稿挖掘?yàn)橹�。先將巷道正頂按設(shè)計(jì)高度挖出800×800mm見(jiàn)方的面積，然后貼上相應(yīng)面積的金屬網(wǎng)片（可用普通金屬網(wǎng)經(jīng)裁剪制成），并用一根水壓?jiǎn)误w支柱進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。臨時(shí)支護(hù)完成后，在金屬網(wǎng)片四角各施工一根錨桿，待錨桿生效后卸壓?jiǎn)误w支柱，在網(wǎng)片中心施工一根錨索（錨桿、錨索規(guī)格見(jiàn)外層支護(hù)參數(shù)）。錨索加壓后，人員站在網(wǎng)片下向兩側(cè)繼續(xù)刷掘，每次刷800×800mm見(jiàn)方，并及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)和錨網(wǎng)支護(hù)，刷掘夠3m距離即施工錨索。直至刷夠上分層高度。上分層刷掘時(shí)的矸石漏入導(dǎo)硐中經(jīng)耙斗裝巖機(jī)運(yùn)走。

　　按照上述掘進(jìn)方法，能夠最大限度的減少空頂面積，縮短煤體暴露在空氣中的時(shí)間，降低風(fēng)化，將掉頂?shù)奈ｋU(xiǎn)性降到最低。人員始終在已進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)的頂板掩護(hù)下作業(yè)，安全能得到保障。

　　中分層及下分層為巖石為砂巖，采用爆破法施工，每次炮后及時(shí)進(jìn)行錨網(wǎng)噴支護(hù)。中分層施工完成后，將原導(dǎo)硐的支架拆除。

　　4.2架設(shè)29U型鋼支架

　　因?yàn)楹笃谥蟹謱�、下分層施工時(shí)，29U鋼支架整體懸空，因此29U型鋼支架的安裝以及固定直接關(guān)系到重大的安全問(wèn)題。經(jīng)討論，認(rèn)為有以下兩種可行的施工方案：

　　方案一：按照上述掘進(jìn)方法將加固段上分層整體掘進(jìn)出來(lái)，完成錨網(wǎng)噴及錨索支護(hù)后，一次性架設(shè)所有頂梁。具體方法為：地面加工四根工字鋼托梁，托梁上按照500mm的間距加工凹槽，每?jī)蓚�(gè)凹槽之間加工Φ30mm圓孔。在巷道正頂向兩側(cè)各1m的位置各施工一組錨索，錨索穿過(guò)工字鋼托梁的圓孔將托梁懸吊起來(lái)。托梁懸吊好后，將29U鋼支架的頂梁竄過(guò)托梁卡在托梁上的凹槽內(nèi)并按中線找正。所有的頂梁都上好后，在托梁上每?jī)杉茼斄褐�間的圓孔內(nèi)施工錨索，通過(guò)對(duì)錨索加壓使頂梁固定。頂梁固定好后，安裝第二節(jié)梁，待所有的二節(jié)梁全部安裝完成后，在兩幫各自用一組錨索配合工字鋼托梁固定。按照上述方法施工完成后，相當(dāng)于每一架支架的頂梁都有3根錨索固定，只要錨索能夠錨在穩(wěn)定的巖層內(nèi)，懸吊力足夠滿足整架支架的自重，在施工中分層及下分層時(shí)，安全系數(shù)較大。

　　這種方案在上分層完全掘進(jìn)出來(lái)后一次性架設(shè)U鋼支架，用4根工字鋼托梁將所有的U鋼支架頂梁固定，使得所有的U鋼支架連成整體，對(duì)支架的受力有利，需要注意的是在錨索加壓之前，必須將支架與頂板之間的空隙充填實(shí)，這樣才能使錨索打上勁，也有利于控制頂梁高度。另外這種方法在掘進(jìn)初步錨網(wǎng)噴支護(hù)完成后集中架設(shè)支架，工時(shí)利用比較充分，有利于加快施工進(jìn)度。但是這種方案只適合于在頂板巖性相對(duì)穩(wěn)定的情況下，初期的錨網(wǎng)噴支護(hù)能夠控制住頂板時(shí)才能采用這種方案。

　　方案二：按照4.1的方法掘進(jìn)時(shí)，每次只掘一架頂梁的距離，并在錨網(wǎng)噴支護(hù)完成后及時(shí)架設(shè)一架頂梁。具體方法為：地面加工若干工字鋼拉條（11#工字鋼，長(zhǎng)700mm，上面按500mm間距做兩個(gè)凹槽，凹槽中間留Φ30mm圓孔）。按照4.1所述的方法掘出一架頂梁的距離后，在頂板正中向兩側(cè)各1m的位置各施工一跟錨索，將工字鋼拉條懸吊在頂板上，并使其一端的凹槽卡在上一架支架的頂梁內(nèi)口。懸吊好后，U鋼支架頂梁竄過(guò)拉條卡在拉條另一端的凹槽內(nèi)。按中線找正后對(duì)錨索加壓。然后安裝兩側(cè)的第二節(jié)梁，并同樣用錨索配合工字鋼拉條固定。待這一架U鋼支架安裝及固定完畢后，人員在已支護(hù)好的空間下進(jìn)行下一循環(huán)作業(yè)直至上分層施工完成。同樣每架支架由3根錨索固定，懸吊力能夠滿支架自重的要求。

　　這種方案，每一循環(huán)安裝并固定好U鋼支架后再進(jìn)行下一循環(huán)作業(yè)，最大限度地保證了頂板的安全，另外，人員站在已架設(shè)U鋼支架的空間下作業(yè)，安全系數(shù)較大，適宜在頂板煤巖層破碎，單純錨網(wǎng)噴支護(hù)無(wú)法控制頂板時(shí)采用。但是這種方案，每支工字鋼拉條只能固定2架支架，所有的支架由多組獨(dú)立的拉條固定，支架整體性較差。

　　根據(jù)礦地質(zhì)部門(mén)的地質(zhì)預(yù)報(bào)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)揭露的巷道頂板煤巖層情況，我們發(fā)現(xiàn)西馬頭門(mén)加固段頂板的煤巖層情況比東馬頭門(mén)相對(duì)穩(wěn)定。而且經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，單純通過(guò)錨網(wǎng)噴能夠較好地控制頂板，而東馬頭門(mén)加固段因頂板煤層較厚，煤質(zhì)破碎，單純通過(guò)錨網(wǎng)噴很難保證頂板安全。經(jīng)過(guò)綜合比較上述兩種方案的特點(diǎn)，我們決定在西馬頭門(mén)加固段上分層采用方案一，東馬頭門(mén)采用方案二。

　　按上述方案將上分層施工完成后，因加固段硐室中、下部均為砂巖，因此中分層及下分層均可以在錨網(wǎng)噴支護(hù)完成后集中安裝棚腿。需要注意的是在棚腿安裝完成后必須及時(shí)用固棚錨桿配合29U型卡纜下蓋固定。

　　5、硐室變斷面山墻部位的處理

　　該馬頭門(mén)山墻高度為2m，根據(jù)礦方的地質(zhì)預(yù)報(bào)，預(yù)計(jì)該部位圍巖為全煤。開(kāi)工前擬定的施工方案為：在大斷面（即加固段）施工到變斷面位置后，在山墻上沿小斷面輪廓線向前密集施工一圈超前護(hù)頂錨桿，錨桿間距100mm，角度略微上挑。這樣，護(hù)頂錨桿既能起到超前護(hù)頂?shù)淖饔茫�另外還能將待掘進(jìn)的煤體與需要保留的煤體之間隔離開(kāi)，降低掘進(jìn)擾動(dòng)對(duì)需保留的煤體的影響。

　　但是在加固段施工至山墻位置后，我們發(fā)現(xiàn)，由于原來(lái)施工導(dǎo)硐時(shí)爆破震動(dòng)的影響，該處煤層已完全破碎，喪失自承載能力，采用原擬定的方案已經(jīng)不可行。經(jīng)過(guò)分析我們認(rèn)為，單純通過(guò)被動(dòng)的護(hù)頂很難將該處山墻完整的保留出來(lái)。因此決定在山墻位置繼續(xù)向前擴(kuò)刷，主動(dòng)將破碎難以保留煤層清除，并進(jìn)行初步的錨網(wǎng)支護(hù)。待小斷面的U鋼支架安裝完成后，及時(shí)將上部空間用木垛接實(shí)，在山墻位置掛金屬網(wǎng)片并噴漿封閉，后期注漿時(shí)將該處空隙注實(shí)。這樣人工制造出一個(gè)山墻來(lái)，即保證了施工安全，又不影響工程質(zhì)量。

　　實(shí)踐證明，通過(guò)上述方案，能夠較好地保證安全和工程質(zhì)量，同時(shí)在安全前提下最大限度地提高工時(shí)利用率，加快施工進(jìn)度。在東、西馬頭門(mén)加固段施工過(guò)程中，在跨度8.3m，頂板為粉狀煤層的條件下，沒(méi)有發(fā)生一起頂板或瓦斯事故，同時(shí)工期提前5天，產(chǎn)生了良好的安全及經(jīng)濟(jì)效益。