1、工程概況

　　淮南礦業(yè)集團潘一礦第二副井-788m馬頭門位于第二副井東西方向，屬二水平開拓工程，由淮南礦業(yè)集團礦業(yè)工程分公司負責施工。東、西馬頭門長度分別為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，煤質極其松軟，呈粉狀，且屬于突出危險煤層。本文重點對該加固段的施工方案進行探討。

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

　　2、支護方案及參數(shù)

　　2.1外層支護

　　馬頭門加固段設計外層支護為錨桿金屬網(wǎng)網(wǎng)噴射混凝土、錨索、29U型鋼支架聯(lián)合支護。錨桿規(guī)格Φ22×2500mm高強樹脂錨桿，間排距800×800mm，梅花形布置，每孔2卷樹脂錨固劑（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)，每兩節(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。

　　外層支護完成后進行注漿加固，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內層支護

　　馬頭門加固段增設反底拱，內層支護為整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土支護�；炷�土強度C50，壁厚700mm（底拱厚600mm）。設計為雙層鋼筋，環(huán)向鋼筋為HRB335級Φ25mm熱軋帶肋鋼筋，間距200mm；橫向鋼筋為HRB335級Φ22mm熱軋帶肋鋼筋，間距250mm；鋼筋保護層厚度50mm。

　　3、施工方案的選擇

　　根據(jù)設計設計的支護參數(shù)，馬頭門加固段內、外層支護總厚度為1124mm，因此該段掘進斷面尺寸達到了寬×高=8348×9032mm。經(jīng)過分析，有以下兩種可行的施工方案：

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

　　方案二：由等候室進入，先施工斷面較小的導硐與井筒方向貫通，然后從井筒開始分別向東西方向分層擴刷。其優(yōu)勢快速形成自然通風，且頂板容易管理，貫通后擴刷時，擴刷的矸石直接漏入導硐內，通過耙斗裝巖機裝走。劣勢是需要先掘進導硐，后期還需要拆除導硐的支架，浪費工時。

　　我們通過對上述兩種方案的對比分析，考慮安全因素，認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)時多一個自由面，爆破效果較好。因此，決定采用方案二。

　　4、施工方法

　　4.1掘進及臨時支護

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

　　根據(jù)煤礦安全規(guī)程，突出危險煤層掘進嚴禁使用風鎬，因此上分層掘進以手稿挖掘為主。先將巷道正頂按設計高度挖出800×800mm見方的面積，然后貼上相應面積的金屬網(wǎng)片（可用普通金屬網(wǎng)經(jīng)裁剪制成），并用一根水壓單體支柱進行臨時支護。臨時支護完成后，在金屬網(wǎng)片四角各施工一根錨桿，待錨桿生效后卸壓單體支柱，在網(wǎng)片中心施工一根錨索（錨桿、錨索規(guī)格見外層支護參數(shù)）。錨索加壓后，人員站在網(wǎng)片下向兩側繼續(xù)刷掘，每次刷800×800mm見方，并及時進行臨時支護和錨網(wǎng)支護，刷掘夠3m距離即施工錨索。直至刷夠上分層高度。上分層刷掘時的矸石漏入導硐中經(jīng)耙斗裝巖機運走。

　　按照上述掘進方法，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間，降低風化，將掉頂?shù)奈ｋU性降到最低。人員始終在已進行錨網(wǎng)支護的頂板掩護下作業(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，每次炮后及時進行錨網(wǎng)噴支護。中分層施工完成后，將原導硐的支架拆除。

　　4.2架設29U型鋼支架

　　因為后期中分層、下分層施工時，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系到重大的安全問題。經(jīng)討論，認為有以下兩種可行的施工方案：

　　方案一：按照上述掘進方法將加固段上分層整體掘進出來，完成錨網(wǎng)噴及錨索支護后，一次性架設所有頂梁。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，每兩個凹槽之間加工Φ30mm圓孔。在巷道正頂向兩側各1m的位置各施工一組錨索，錨索穿過工字鋼托梁的圓孔將托梁懸吊起來。托梁懸吊好后，將29U鋼支架的頂梁竄過托梁卡在托梁上的凹槽內并按中線找正。所有的頂梁都上好后，在托梁上每兩架頂梁之間的圓孔內施工錨索，通過對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，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，安全系數(shù)較大。

　　這種方案在上分層完全掘進出來后一次性架設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，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初步錨網(wǎng)噴支護完成后集中架設支架，工時利用比較充分，有利于加快施工進度。但是這種方案只適合于在頂板巖性相對穩(wěn)定的情況下，初期的錨網(wǎng)噴支護能夠控制住頂板時才能采用這種方案。

　　方案二：按照4.1的方法掘進時，每次只掘一架頂梁的距離，并在錨網(wǎng)噴支護完成后及時架設一架頂梁。具體方法為：地面加工若干工字鋼拉條（11#工字鋼，長700mm，上面按500mm間距做兩個凹槽，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口。懸吊好后，U鋼支架頂梁竄過拉條卡在拉條另一端的凹槽內。按中線找正后對錨索加壓。然后安裝兩側的第二節(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，人員在已支護好的空間下進行下一循環(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)噴支護無法控制頂板時采用。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立的拉條固定，支架整體性較差。

　　根據(jù)礦地質部門的地質預報，結合現(xiàn)場揭露的巷道頂板煤巖層情況，我們發(fā)現(xiàn)西馬頭門加固段頂板的煤巖層情況比東馬頭門相對穩(wěn)定。而且經(jīng)過現(xiàn)場試驗，單純通過錨網(wǎng)噴能夠較好地控制頂板，而東馬頭門加固段因頂板煤層較厚，煤質破碎，單純通過錨網(wǎng)噴很難保證頂板安全。經(jīng)過綜合比較上述兩種方案的特點，我們決定在西馬頭門加固段上分層采用方案一，東馬頭門采用方案二。

　　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

　　該馬頭門山墻高度為2m，根據(jù)礦方的地質預報，預計該部位圍巖為全煤。開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頂錨桿，錨桿間距100mm，角度略微上挑。這樣，護頂錨桿既能起到超前護頂?shù)淖饔�，另外還能將待掘進的煤體與需要保留的煤體之間隔離開，降低掘進擾動對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)，由于原來施工導硐時爆破震動的影響，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)過分析我們認為，單純通過被動的護頂很難將該處山墻完整的保留出來。因此決定在山墻位置繼續(xù)向前擴刷，主動將破碎難以保留煤層清除，并進行初步的錨網(wǎng)支護。待小斷面的U鋼支架安裝完成后，及時將上部空間用木垛接實，在山墻位置掛金屬網(wǎng)片并噴漿封閉，后期注漿時將該處空隙注實。這樣人工制造出一個山墻來，即保證了施工安全，又不影響工程質量。

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