平硐长距离快速掘进施工方法创新.docx
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平硐长距离快速掘进施工方法创新
平硐长距离快速掘进施工方法
一、工程简介
1、工程概述
新疆库车大平滩煤矿建设规模为240万吨/年，为新疆“十二五”规划的重点工程。
一期工程包括主、副平硐和回风斜井，其中主平硐全长1746米，坡度3‰，另外集中带式输送机斜巷长656米，倾角15°，巷道方位134°，用途为进风、出煤、行人；副平硐巷道全长2060米，巷道方位134°，用途为进风、排矸、运料、行人。
主副平硐服务年限均为50.2年。
主要巷道断面规格：
主平硐掘进宽度4.1米，掘进高度3.45米，半圆拱形断面，掘进断面积12.3㎡。
副平硐掘进宽度4.7米，掘进高度3.95米，半圆拱形断面，掘进断面积16.2㎡。
主要支护结构为锚喷支护，喷混厚度为100mm。
2、地质情况
主副平硐工程位置位于大平滩煤矿井田外南边，根据《新疆维吾尔自治区库拜煤田库车县大平滩井田勘探报告》所附地质图件所示，巷道全部在岩层中掘进，不穿越煤层。
无瓦斯，无水涌出。
平硐井口点底板标高为+1756m，位于地下静水位之上，地下静水位标高为+1790m，只有少量裂隙淋水渗入巷道，且该地区降雨量稀少，故该工程无水患威胁。
根据井田勘探报告，井田一带煤层瓦斯含量中的CH4含量在0.00—5.50毫升/克可燃质之间，CO2含量在0.00—0.27毫升/克可燃质之间，属低瓦斯煤层。
3、工程完成情况
该工程于2010年10月8日开始施工，至2011年11月30日，主平硐完成1530米，副平硐完成1780米，联络平巷完成120米。
主平硐平均月进尺127米，最高月进尺158米，副平硐平均月进尺158米，最高月进尺183米。
工程质量优良。
二、施工方法
1、施工方法的特点
（1）小型挖掘机配合自卸汽车连续装岩、排矸，装岩灵活，适用性强。
（2）多台自卸汽车排矸，排矸能力大，可灵活运用。
（3）工作面搭设脚手架实现掘进工作面拱基线上部和下部打眼平行作业，打眼速度快。
（4）后巷复喷与工作面打眼、锚杆支护平行作业。
2、工艺流程及操作要点
2.1钻爆作业
（1）平硐边墙及拱部均按光面爆破设计进行钻眼、装药、接线和爆破；爆破后不得有欠挖，以减少对围岩的二次扰动。
（2）主副平硐围岩硬度普氏系数主要为4～12，每循环炮眼进尺为2.5m，硬岩进尺为2米左右，中等硬度岩性进尺为2.2～2.3m，较软岩进尺能达到2.4m左右。
（3）要取得良好爆破效果，必须提高钻孔精度，要求炮眼开口误差不大于30mm，方向偏差不大于30mm/m。
方法如下：
采用激光导向仪确定工作面的中线、坡度。
将所有炮眼用油漆画在工作面上。
拱帮炮眼外插2°～4°，以确保下次钻孔正常进行。
（4）采用毫秒延期电雷管起爆系统。
（5）光面爆破采用ø25mm起爆药卷，周边眼间距不得超过350mm。
2.2钻爆施工工艺流程
找线画眼位架脚手架打眼扫眼瓦检装药连线瓦检爆破通风排烟安检、瓦检打拱部锚杆装岩运输打帮部锚杆初喷。
平硐施工主要流程如图1所示。
2.3操作要点
2.3.1钻眼爆破及初期支护
钻眼爆破施工利用自行制作的脚手架，将工作面分成上下两层，以利于巷道上下分两个区间布置多台风钻同时作业，并实行定人、定
图1平硐施工主要流程
钻、定位、定数量的打眼责任制，使有限的空间得到充分利用，提高打眼效率。
基岩段采用YT-28型气动凿岩机钻眼，工作面布置4台分上下两层同时作业。
操作人员执行七定（人、钻、位、眼、时、质、量）负责制，准确掌握炮眼角度。
选用ø25mm×2500mm中空六角钢钎杆和ø42mm十字形合金钎头。
爆破炸药选用200g/卷，ø35mm×200mm的岩石乳化炸药。
FD200D（A）发爆器起爆，电雷管引爆。
采用反向装药结构，装药前必须吹净炮眼内岩碴，药卷要送至孔底。
一般炮眼深度为2.5m。
采用楔形双阶掏槽方式。
副平硐基岩段炮眼布置如图2所示。
根据围岩情况适当调整爆破参数，严格按爆破图表施工，光面爆破周边眼保证爆破后眼痕率在85%以上，不得欠挖。
采用光面、光底、减振、缓冲击中孔爆破技术。
平硐机械化施工作业及断面布置示意图（打眼喷混凝土）如图3所示。
2.3.2锚杆钻装
每茬炮爆破后，初期支护利用碴堆采用MQT130/2.8气动锚杆钻机登碴钻安拱部锚杆，边打边安装锚杆。
施工时，先施工顶板中央锚杆孔。
在指定锚杆位置钻孔后，将树脂药卷装入孔内，利用锚杆机将带有托盘、螺母等部件的锚杆推入设计位置并搅拌20s左右。
待至少30min树脂固化后，用扭矩扳手上紧螺母。
出完碴后在打掘进眼时，利用MQB-70型气腿式帮锚杆钻机钻安帮部锚杆。
两帮锚杆施工顺序自上而下，由后向前逐排进行。
2.3.3挂网
网片为丝径4mm，网孔规格50mm×50mm的钢丝网，搭接安装，搭接宽度为50mm。
安装锚杆前，先将网片铺至岩壁上，并搭接好，装锚杆时，利用锚杆托盘将网片托紧，网片必须由拱顶中央至两帮，由外向里铺设，锚杆也按相同的顺序安装，锚杆托盘必须托在网片的搭接处。
托盘必须压紧网片至与岩面托紧，不得出现托盘托紧网片而未接触岩面的情况。
2.3.4装岩、排矸
装岩选用KX135-3SZ型小型液压挖掘机，自卸汽车排矸。
施工期
图2副平硐基岩段炮眼布置图
图3平硐机械化施工作业及断面布置示意图（打眼喷混凝土）
间，为提高装岩速度，每隔250m设一调车躲避硐。
躲避硐深6m，宽4m，高3m，以便于汽车在进入工作面前调车。
平硐机械化施工作业及断面布置示意图（出矸）如图4所示。
2.3.5喷浆支护工艺
工作面每前进20m，及时进行初喷，封闭工作面围岩。
喷浆料由设在地面的混凝土搅拌站制作后由输送车运送至工作面。
人工操作喷头及时进行围岩封闭。
工作面后50m以外及时复喷混凝土至巷道成形，复喷混凝土与工作面打眼可以平行作业，不占用循环时间。
初喷厚度为50mm左右，先补不平处，复喷时喷射达设计厚度。
工作面打眼和打锚杆时，在后巷复喷，从而实现复喷与掘进作业工序平行。
2.4劳动组织
按项目法管理要求，项目部设经理、副经理和总工程师各一人，项目部下设三个工程队及管理、服务系统。
项目部管理人员14人，第一工程队施工主平硐，配备22人，负责打眼、爆破、支护；第二工程队施工副平硐，配备24人，负责打眼、爆破、支护；另设运输出碴队13人，负责主副平硐的装岩、出碴；喷浆班11人，负责主副平硐的喷浆；机电队3人；通风队3人；另安排2名杂工。
工程队又分为掘进、支护班组，各专业班组实行“滚班”制作业，按工序交接班，按循环图表要求控制作业时间，保证正规循环作业。
辅助工为三班作业制。
劳动组织见表1。
图4平硐机械化施工作业及断面布置示意图（出矸）
表1劳动组织表
各
施
工
队
队名
名称
小班出勤
定员
工
程
队
队长
1
2
副队长
1
2
打眼工
5
30
放炮工
1
6
喷
浆
队
喷射手
2
2
上料工
2
2
拌运料工
7
7
机
电
队
队长
1
1
值班电工
1
2
运
输
出
碴
队
队长
1
1
挖掘机司机
1
3
自卸汽车司机
3
9
通风队
通风瓦检员
1
3
施工队合计
70
项
目
部
经理
1
副经理
1
总工程师
1
工程技术部
施工员
1
测量员
2
质安部
质检员
1
机通部
机电负责人
1
物质供应部
采购员
1
财务部
会计
2
出纳
1
调度室
主任
1
安全员
1
项目部合计
14
3、围岩破碎段采取的特殊施工方法
若围岩破碎有冒顶危险时，则采取超前锚杆和钢拱架加金属网联合支护的方法施工。
具体施工方法如下：
（1）先在工作面架设一榀钢拱架。
安设工字钢支架时，先立好两帮工字钢架腿，两帮每架工字钢用两组（每组两根，在工字钢两侧对称布置）Φ25×2000mm锚固桩作鸳鸯抱稳固，即上部1组锚杆距拱基线向下300～500mm位置沿巷道断面成45°角向上安装，下部1组锚杆距底板向上300～500mm位置沿巷道断面成45°角向下安装，锚固桩使用水泥药卷全长锚固，并与钢拱架焊接牢固，然后搭设工作台拼接支架拱部工字钢。
拼接拱部工字钢时，必须保证工作台稳固可靠，由三至四人合力抱住拱部工字钢，并调整到适当位置，另一人上螺栓。
该榀钢拱架全部拼接好后，在两侧拱肩位置分别沿垂直岩面方向打一组Φ25×2000mm锚固桩。
（2）掘进前先打超前锚杆。
超前锚杆支护的施工方法为：
在钢拱架拱部上缘沿环向间隔0.2m沿巷道掘进方向成15°角打Φ25×4000mm超前锚杆，锚杆尾部与工字钢支架焊接牢固。
在超前锚杆的掩护下，每掘进不超过2m施工下一循环的超前支护，保证超前支护距离不小于2m。
（3）施工完第一榀钢拱架后，以0.8m间距继续施工其他钢拱架，并按前述方法继续施工超前锚杆。
每榀钢拱架拼接前，先在上部铺网。
钢拱架架设好后，用1.3m长的Ф20连接筋沿支架环向以1.0m间隔将支架之间焊接成一个整体，稳固支架。
每架钢拱架支护好后，将上部冒顶区与钢拱架之间用片石人工充填接顶。
钢拱架支护完成后，喷射厚度为120mm的混凝土。
（3）按上述方法施工钢拱架直至围岩状况变好。
（4）工字钢支架焊接脚板，并支在实底上。
锚固桩必须使用水泥药卷全长锚固。
（5）每掘进循环进度不得超过2m，加密周边眼，严格控制装药量，尽量减少对围岩的扰动。
4、材料与设备
机械设备与材料配备见表2。
表2机械设备与材料配备
序号
设备名称
型号规格
单位
数量
额定功率/kW
备注
1
空压机
SAH110
台
3
90
20m³/min
2
搅拌机
JZM350
台
1
6.5
3
对旋风机
FBDNo6.3/2×30
台
2
2×30
4
混凝土喷射机
PE-6Z
台
2
5.5
5m³/h
5
电焊机
ARC-315
台
1
6
气动锚杆钻机
MQT130/2.8
台
4
7
风镐
01-30
台
4
8
凿岩机
YT-28
台
12
9
激光指向仪
BJZY-I
台
2
10
锚杆测力仪
ZM-100
台
2
11
自卸汽车
490AD3AR331
台
6
12
小型液压挖掘机
KX135-3SZ
台
2
13
气动锚杆安装机
AQS10/13
台
3
奥之星
14
装载机
ZL30F
台
1
15
材料（略）
台
5、质量控制
施工质量标准执行《矿山井巷工程施工及验收规范》（GBJ213—1990）和《煤矿井巷工程质量检验评定标准》（MT5009—1994）。
（1）设计轮廓线采用光面爆破及预裂爆破，对地质弱面和重要部位采取预留保护层或周边设置减振孔，再实施弱爆破开挖。
（2）采用红外激光指向仪定向，准确测量周边光爆孔的孔位及方向。
（3）所有的周边孔均在设计轮廓线上开孔，钻孔略向外倾斜2°～3°。
（4）通过爆破试验，优化爆破设计，严格控制装药量，确保光爆眼痕率在85%以上。
（5）对地质弱面段采用密孔、浅孔，短循环掘进，减小终孔偏差，将光爆岩面误差控制在允许范围内。
（6）根据围岩情况，合理选择钻爆参数，全面实行光面爆破，提高爆破质量。
（7）提高测量、钻眼精度，特别是周边眼的精度，必须按设计轮廓钻眼。
（8）保证周边眼间隔装药质量，装药前将药卷用竹片加工成药串，炮眼装药量要严格控制，雷管不要混装。
炮泥封堵质量要好。
（9）通过严格的施工管理制度来保证控制超、欠挖技术的实施。
（10）钻安锚杆须使锚杆方向垂直于井巷轮廓线（或岩层层理），严禁安设顺层锚杆。
锚杆间排距严格按照设计要求布置。
锚杆眼深与锚杆配套，安装锚杆应保证树脂的搅拌时间，并上紧托盘，托盘要紧贴岩面。
（11）喷射混凝土应尽量做到厚度均匀，并满足参数要求，杜绝漏喷现象。
（12）喷射混凝土所用材料的标号、规格、材质、配比应符合设计要求，并搅拌均匀，保证喷层强度。
（13）喷射手要正确掌握好喷头与岩帮及岩顶距离和喷头走向，以控制材料消耗并保证达到预定喷层的厚度、强度要求。
（14）喷浆后的养护必须认真实施，以保证混凝土的强度及防止脱水龟裂情况的出现，影响喷浆效果。
（15）喷浆前将松矸、活石敲掉，并用清水将巷道顶帮冲洗干净。
6、安全措施
6.1顶板控制
（1）掘进工作面严禁空顶作业；严格执行敲帮问顶制度。
掘进工作面在施工过程中，必须按规定及时敲帮问顶，找掉松矸、活石，处理活石时，必须在可靠的临时支护掩护下进行，不准空顶作业和冒险作业。
临时支护打好后，必须再对工作地点所有的支护进行全面加固，并检查顶帮的围岩情况，确实保证工作人员的安全。
（2）班组长必须负责详细检查围岩的滑纹情况，若发现活石必须及时处理。
如果处理困难或有危险时，不能盲目处理，必须根据现场实际情况及活石所在位置，用临时支柱支护好后方可打眼，在打眼时必须避开此处，并随时检查安全情况，确保安全生产。
（3）打锚杆眼应全面检查顶板，确认安全后方可工作，并坚持执行经常性的敲帮问顶制度。
（4）锚杆必须用机械或力矩扳手拧紧，并确保锚杆的托盘紧贴巷壁。
（5）每班安装的锚杆要在交接班时，由验收员用测力计进行测力验收，当班测定合格的锚杆必须由安监员记录于原始记录本中，存好备查。
凡是锚固力达不到20Mpa的锚杆应当班补打，重新安装。
（6）顶板锚杆在作拉力试验时，在被拉锚杆周围打设2～3根点柱顶牢顶板方可作拉力试验，作完拉力试验紧固好锚盘后方可回点柱。
（7）安装的托盘要与围岩接触严密，严禁在托盘后充填木片、碴子等杂物，托盘、螺母要上紧上牢，锚杆外露长度为30～50mm。
（8）锚固剂固化前，不要使杆体移动或晃动，尤其是在安装顶眼时更应该注意，锚杆安装后5min之内不得给锚杆施加预紧力，更不能拧紧。
（9）施工现场应备好测力扳手或测力计，并正确进行拉力试验，施工过程中要保护好器材。
6.2钻爆作业注意事项
（1）严禁在已爆破的残眼中继续钻眼。
爆破后，应经过不少于15min的待避时间，人员才能进入工作面。
（2）在工作面钻眼或其他作业时，不得同时装药。
（3）钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查。
装药前必须将炮眼吹洗干净。
（4）拒爆处理。
拒爆是指由于操作不当、爆破器材质量差等原因，引起炸药没有爆炸。
拒爆危及安全，必须按照《爆破安全规程》中的有关要求处理。
在拒爆处理完毕之前，不允许继续施工，除负责处理拒爆的人员外，所有无关人员均须撤离现场。
7、环保措施
（1）在施工过程中，不得伤及施工区征地范围以外的地形、地貌及原有植被。
场区清洁卫生，无杂物、无积水、无淤泥、无垃圾。
（2）临时工程的布置尽量减少对环境的干扰。
（3）必须做到一次成巷，不留尾巴工程。
设备摆放、材料堆放整齐，图板齐全。
（4）保持巷道整洁，无杂物、无积水、无淤泥，管线网架设要整齐，无长明灯、长流水，无跑、冒、滴、漏等现象。
三、分析总结
1、该工法作业安全，能保证支护质量，加快成巷速度，而且工程成本显著下降。
2、该工法掘喷平行作业可有效避免分次成巷材料消耗大，围岩暴露时间长，而受风化和其他外力作用，在以后的施工中容易引起冒顶和片帮，给后续施工带来很大困难，不安全，进度慢等缺点。
3、该工法提高了岩巷掘进速度，达到了150m以上，节省了施工辅助费用，取得了较好的经济效益。
四、该工法的改进建议
1、建议喷射拱部混凝土时使用台车作业，使拱部喷射距离也控制在1m以内，进一步提高喷射质量，提高材料利用率。
2、建议打眼工序使用液压凿岩台车，提高打眼的机械化程度，减少压风消耗量，提高工效，提高作业安全程度，还可使打眼与锚杆支护实现平行作业。
3、建议使用防爆运输车，减少在巷道内的尾气排放，提高该种工法的适用范围。
平硐长距离快速掘进施工方法
重庆巨能建设集团有限公司
新疆库车大平滩煤矿工程项目经理部
2011年12月
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