导硐法注浆加固及长管棚法研究

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斜井下穿露天矿内排土场是矿井露天转井工过程中比较常见的一种典型的复杂工程地质条件下的斜井设计及施工工程案例。由于露天矿内排土场回填土相对于原始围岩整体性及稳定性均较差，自身强度低，且应力平衡很容易因外界因素的影响而受到破坏。因此，当斜井井筒下穿内排土场时，井筒开挖会破坏原有的应力平衡，导致结构失稳，垂直压力增大，进而使井筒周边围岩压力增加，井筒施工难度变大，成巷困难。另外，当原有应力平衡被破坏后，井筒顶板受上部内排土场压力作用，呈缓慢下沉的状态，因此，井筒支护难度较大，若支护强度不够，则后期很容易因顶板压力的缓慢作用而导致井筒结构的变形破坏。目前国内针对此种情况一般主要采用的处理方法有明槽开挖法［1］、冻结井法［2］、地面注浆加固法以及掘进工作面迎头注浆加固法等。其中明槽开挖法、冻结井法及地面注浆加固法均为传统的较为粗放型的治理方法，虽然可以达到解决问题的目的，但均不同程度的存在工程局限性大、精准度差、工程量大、材料消耗量大、施工周期长、经济效益低等诸多缺点。而掘进工作面迎头注浆加固法虽然相对其他几种方法较为精细，可以大幅减小工程量及材料消耗量，但由于迎头注浆加固控制距离有限，且注浆及固结周期均为间歇性的，对施工效率和进度影响较大，施工周期较长。而本次探讨的导硐法注浆加固及长管棚法超前支护综合治理措施及施工工艺正好可以弥补上述几种方法的缺点，从问题的根源进行治理，治理精度高。且由于其解决问题的切入点距离病灶近，注浆加固范围小，所以，从精准度、工程量、材料消耗量、施工周期、经济效益等各方面均优于传统方案。另外，导硐法注浆加固及长管棚法超前支护综合治理措施实际上针对井筒下穿露天矿内排土场采取了多层复合支护措施，并结合超前支护的方法，提高了井筒施工的安全性。且该方法施工更为灵活，可在井筒施工时，根据井下实际揭露井筒周边围岩的压力情况，适当调整复合支护措施的组合方式，比如当井筒施工受上部压力影响较小时，根据实际需求，可采取环形注浆加固配合U型钢进行支护，也可采取长管棚超前支护配合U型钢进行支护。

1工程地质概况

江木图南井原设计为露天开采，主采3－2煤层，目前露天开采区域已全部回采完毕并已回填，拟转入井工开采下部的4－1煤层，井工开采采用三斜井开拓，三条斜井均位于井田西北角，井下在井田西部边界沿南北向布置三条大巷回采4－1煤层。其中，副斜井倾角5􀆰5°，斜长313m，大部分位于露采坑内排土场下部，井筒受内排土场影响较大；主斜井倾角15°，斜长158m，井筒仅底部少量位于露采坑内排土场下方，且主要在内排土场斜坡底部，受内排土场影响较小；回风斜井倾角20°，斜长88m，初期全部位于内排土场外部，不受其影响。副斜井井筒与露天采区内排土场位置关系如图1所示。图1副斜井井筒与露天采区内排土场位置关系示意图三条井筒中，副斜井受内排土场的影响最大。从图1（b）中可以看出，副斜井与其上部的内排土场底部法线最小距离仅6􀆰3m，井筒在此处受上部内排土场的影响最大。由于该矿井位于鄂尔多斯沙漠地区，露天矿内排土场回填材料主要为剥离的松散层破碎岩石及沙子的混合物，回填材料具有粘结性差，易变形松动的特性。加之，该处本身距离地表较近，露天坑底部与井筒之间仅存的部分原始围岩岩性差，强度小，井筒施工时，紧靠该部分围岩自身强度无法抵抗上部回填区域的压力，因此，导致井筒在该处附近施工时，难度大，成巷困难，井筒如何安全穿过该处区域且能够保证井筒在后期使用过程中不产生结构变形成为设计及施工的难点。

2导硐法注浆加固及长管棚法超前支护技术

导硐法注浆加固及长管棚法超前支护技术是将复合支护理论与超前支护相结合，通过多种支护方式组合的形式来完成井筒下穿露天矿内排土场等复杂工程地质条件区域。该方法具有工程量及材料消耗量小，施工周期短且精度高，工作效率及经济效益高等诸多优点。2􀆰.1导硐施工及环向注浆加固技术。当井筒施工至受内排土场影响较大的区域下方时，首先采用小断面导硐［3］穿过该区域，导硐断面净宽2􀆰4m，净高2􀆰7m，采用36U型钢支护。由于导硐43断面相对较小，小断面开挖时，对周边围岩影响范围小，其受上部内排土场及周边围岩的压力也相对较小，巷道抵御周边来压的能力较强，巷道施工及支护难度较小。当导硐施工完成后，利用导硐向井筒周边区域的围岩及内排土场进行环状注浆加固［4，5］，注浆加固区为井筒拱墙向外6m范围，底板向下2m范围。井筒导硐施工及注浆加固区域如图2所示。待注浆加固完成后，井筒周边即可形成一个强度更大的环状再生加固层，该加固层可靠自身强度来抵御部分来自周边围岩及上部内排土场的压力，实现对井筒的第一层保护。2.􀆰2长管棚法超前支护技术。待井筒周边的环形注浆加固层形成后，即可利用导硐对该区域的井筒进行扩刷，但在井筒扩刷之前，为了防止井筒扩刷后，由于断面变大而引起对周边围岩应力平衡影响范围加大，从而导致巷道周边压力增大，尤其是为了抵御上部内排土场向下的压力对注浆加固层的破坏，需首先从已施工好的不受上部内排土场影响的井筒部分，沿井筒拱部向导硐上方，即井筒拱部位置施工长管棚［6］，管棚长27m，采用节长6m和3m，直径108mm，壁厚6mm的热轧无缝钢管交替使用。管棚间距0􀆰5m。管棚尾部预留3m，固定在U型支架上。为增加管棚强度，需对管棚钢管进行注浆处理［7］，浆液采用水泥浆液，水灰比1∶1。待管棚架设完成后，即可对井筒进行扩刷施工，每一阶段施工管棚长度27m，管棚尾部固定U型钢支架3m，头部预留岩层内3m，井筒有效扩刷长度21m。长管棚超前支护措施，既可以起到加强支护的作用，又可以在井筒扩刷施工时起到超前支护的作用，井筒施工在管棚的掩护下进行，大大提高了工作面的安全性。2􀆰.3“36U型钢＋钢筋网＋喷射混凝土”永久支护。待一个循环的长管棚超前支护措施完成后，即可进行井筒扩刷，井筒扩刷时，应采用光面爆破、短段掘支的方法向前推进，每爆破一个循环，应尽快采用“36U型钢＋钢筋网”进行支护，36U型钢间距600mm，支护完成后，采用4mm钢丝将36U型钢与108mm钢管棚进行绑扎加固，待绑扎完成后，再进行永久喷浆处理。至此，井筒下穿露天矿内排土场综合治理措施施工工序全部完成。

3结语

导硐法注浆加固及长管棚法超前支护技术相对于传统的处理措施不仅具有诸多明显的优势，并且其将超前支护与复合支护理论相结合，既提高了井筒施工的安全性，同时又保证了在特殊地质条件下井筒的支护强度，大大减小了后期生产运营期间井筒变形的几率，保证井了筒结构的稳定性及安全性。

作者:祝启斌 单位:中赟国际工程有限公司