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[摘 要]煤矿的井筒施工一直都是一个耗资大，工期长的项目，色连二矿主斜井大断面、大角度施工，难度大，通过合理的优化设计降低施工中的支护难度，节约工程造价，缩短施工工期，给矿井带来直接效益。
[关键词]主斜井；支护；结构；优化设计
中图分类号：TD214 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）40-0080-02
1.实施背景
色连二号煤矿位于内蒙古鄂尔多斯市东胜区罕台镇，距东胜区13公里，井田探矿权面积38.27 平方公里，规划面积105平方公里，资源储量10.33亿吨，设计年生产能力400万吨。
色连二号井主斜井断面采用直墙半圆拱形式，断面净宽5.2m，净高4.1m，井筒深度388m，倾角15°。主斜井设计支护结构形式主要采用“U型钢棚支架”+“钢筋混凝土衬砌”，在一定范围内主斜井还采用砌筑毛石砂浆进行封底。整体上，井筒支护结构设计在一定程度上不利于快速施工。而且在施工过程中存在一定难度，耗材较多。
2.成果创新点及主要做法
2.1支护优化设计
考虑到主斜井处地层无水、砂岩层较为稳定，已施工完毕的支护结构整体稳定性好，在满足支护强度的基础上，结合现场的实际情况，可以对原支护结构进行优化设计，进而提高施工速度。优化设计方案如下：
（1）取消钢筋混凝土二次衬砌；（2）保留原U型钢棚支架。U型钢棚支架在围岩的变形压力作用下具有一定的可缩性，是一种支护强度较高的可缩性金属支架结构。但是在实际施工和应用过程中往往不能充分发挥支架的支撑能力，主要原因在于围岩和支架间的壁后充填的设计和施工质量。采用钢筋网背板。（3）U型钢支架架设后，采用喷射混凝土200mm厚进行封闭支护。（4）壁后进行注浆充填。
2.2成果创新点
壁后充填：目前采用的巷道掘进和支护工艺，都不可避免地在支架背后存在壁后空间，该空间不能及时有效地充填，一方面使支架周邊与围岩呈不规则的点、线接触，当围岩变形时支架受到不均匀集中载荷和偏心载荷作用，恶化结构受力条件，不能充分发挥支架性能；另一方面，现阶段所采用的各种巷道支架均为被动承载结构，所以架后临空围岩得不到支架的支撑，从而使围岩变形加剧，破碎范围扩大，支架变形严重。若能及时充填架后空间，使围岩—充填体—支架三者形成共同力学承载体系，就能充分发挥支架、围岩本身的承载能力，大幅度地提高支架的工作阻力。研究表明，实施壁后充填后，巷道围岩移近量可减少80%以上。
壁后充填体使来自围岩的外载均匀地传递给支架，从而使支架沿周边承受均匀荷载，有利于发挥支架的支撑力。此外，在一定的条件下，降低充填体的刚度对减小围岩压力是十分有利的。
（1）充填材料：采用碎矸石充填架后空间。为保证支架的均匀承载，减少应力集中点，应严格控制碎矸石的尺寸大小，最大粒径应≤100mm。
（2）充填方案（图1）
主斜井U型钢壁后充填材料配合比及其试验结果如表1，表2，图2：
2.3支护结构优化数值计算
考虑到该处地层无水、砂岩层较为稳定，已施工完毕的支护结构整体稳定性好，在满足支护强度的基础上，结合现场的实际情况，可以对原支护结构进行优化设计，进而提高施工速度。
计算层位列表如表3，图3：
其中A2点距离井口800m，A1、A3点分别位于A2点的两侧各5m；B2点距离井口600m，B1、B3点分别位于B2点的两侧各5m；C2点距离井口240m，C1、C3点分别位于C2点的两侧各5m。
2.4结果分析
模型共设置9个监测点，靠近于巷道上表面，分别监测其Z方向受力大小和在Z方向产生的位移。计算结果显示，当路面有行车通过时，即地面有物体施力时，巷道表面发生部分位移，巷道内的应力也有增大的变化，其中在C处的应力位移变化较大，A、B处的应力位移变化较小。
（1）在C处（距离井口245m以内）应加强支护即浇注钢筋混凝土碹体。
（2）其它部位如A、B处可采用U型钢支护，U型钢支架架设后，采用喷射混凝土200mm厚进行封闭支护，壁后进行注浆充填。
（3）对采用U型钢支护后的部分应进行变形监测，并留有浇注钢筋混凝土碹体的空间。然后，根据变形监测结果确定是否需要采取加强措施。
（4）对主斜井上部地面处存在重车道路和压风机房处，在地面地基基础和路面基础处采用基础加强措施防止动荷载对井筒的影响。
三、效果及应用前景
色连二号矿井主斜井采用该支护优化方案后降低了施工难度，与原施工工期相比，提前了施工工期2个月，并且为斜井施工支护提供了新的思路，降低了费用，提高了井巷开拓的效率，具备较强的创新性及使用性，对同类工程施工具有指导和借鉴意义。
参考文献：
[1] 马利，等，邢东矿井主副暗斜井支护优化设计[J]，河北煤炭，2003，（6）：17-18.
[2] 静玉涛，浅部基岩层下主斜井井筒支护设计[J]，陕西煤炭， 2011，30 （3） ：50-51.
作者简介
孙乘育（1989-），男，福建福鼎市人，2013年毕业于中国矿业大学安全工程专业，本科学历，现在内蒙古鄂尔多斯市中北煤化工有限公司色连二矿生产技术部从事矿井掘进管理工作；
李小根（1989-）男，江西吉安人，2013年毕业于内蒙古科技大学采矿工程专业，本科学历，现在内蒙古鄂尔多斯市中北煤化工有限公司色连二矿从事采掘技术管理工作。
[关键词]主斜井；支护；结构；优化设计
中图分类号：TD214 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）40-0080-02
1.实施背景
色连二号煤矿位于内蒙古鄂尔多斯市东胜区罕台镇，距东胜区13公里，井田探矿权面积38.27 平方公里，规划面积105平方公里，资源储量10.33亿吨，设计年生产能力400万吨。
色连二号井主斜井断面采用直墙半圆拱形式，断面净宽5.2m，净高4.1m，井筒深度388m，倾角15°。主斜井设计支护结构形式主要采用“U型钢棚支架”+“钢筋混凝土衬砌”，在一定范围内主斜井还采用砌筑毛石砂浆进行封底。整体上，井筒支护结构设计在一定程度上不利于快速施工。而且在施工过程中存在一定难度，耗材较多。
2.成果创新点及主要做法
2.1支护优化设计
考虑到主斜井处地层无水、砂岩层较为稳定，已施工完毕的支护结构整体稳定性好，在满足支护强度的基础上，结合现场的实际情况，可以对原支护结构进行优化设计，进而提高施工速度。优化设计方案如下：
（1）取消钢筋混凝土二次衬砌；（2）保留原U型钢棚支架。U型钢棚支架在围岩的变形压力作用下具有一定的可缩性，是一种支护强度较高的可缩性金属支架结构。但是在实际施工和应用过程中往往不能充分发挥支架的支撑能力，主要原因在于围岩和支架间的壁后充填的设计和施工质量。采用钢筋网背板。（3）U型钢支架架设后，采用喷射混凝土200mm厚进行封闭支护。（4）壁后进行注浆充填。
2.2成果创新点
壁后充填：目前采用的巷道掘进和支护工艺，都不可避免地在支架背后存在壁后空间，该空间不能及时有效地充填，一方面使支架周邊与围岩呈不规则的点、线接触，当围岩变形时支架受到不均匀集中载荷和偏心载荷作用，恶化结构受力条件，不能充分发挥支架性能；另一方面，现阶段所采用的各种巷道支架均为被动承载结构，所以架后临空围岩得不到支架的支撑，从而使围岩变形加剧，破碎范围扩大，支架变形严重。若能及时充填架后空间，使围岩—充填体—支架三者形成共同力学承载体系，就能充分发挥支架、围岩本身的承载能力，大幅度地提高支架的工作阻力。研究表明，实施壁后充填后，巷道围岩移近量可减少80%以上。
壁后充填体使来自围岩的外载均匀地传递给支架，从而使支架沿周边承受均匀荷载，有利于发挥支架的支撑力。此外，在一定的条件下，降低充填体的刚度对减小围岩压力是十分有利的。
（1）充填材料：采用碎矸石充填架后空间。为保证支架的均匀承载，减少应力集中点，应严格控制碎矸石的尺寸大小，最大粒径应≤100mm。
（2）充填方案（图1）
主斜井U型钢壁后充填材料配合比及其试验结果如表1，表2，图2：
2.3支护结构优化数值计算
考虑到该处地层无水、砂岩层较为稳定，已施工完毕的支护结构整体稳定性好，在满足支护强度的基础上，结合现场的实际情况，可以对原支护结构进行优化设计，进而提高施工速度。
计算层位列表如表3，图3：
其中A2点距离井口800m，A1、A3点分别位于A2点的两侧各5m；B2点距离井口600m，B1、B3点分别位于B2点的两侧各5m；C2点距离井口240m，C1、C3点分别位于C2点的两侧各5m。
2.4结果分析
模型共设置9个监测点，靠近于巷道上表面，分别监测其Z方向受力大小和在Z方向产生的位移。计算结果显示，当路面有行车通过时，即地面有物体施力时，巷道表面发生部分位移，巷道内的应力也有增大的变化，其中在C处的应力位移变化较大，A、B处的应力位移变化较小。
（1）在C处（距离井口245m以内）应加强支护即浇注钢筋混凝土碹体。
（2）其它部位如A、B处可采用U型钢支护，U型钢支架架设后，采用喷射混凝土200mm厚进行封闭支护，壁后进行注浆充填。
（3）对采用U型钢支护后的部分应进行变形监测，并留有浇注钢筋混凝土碹体的空间。然后，根据变形监测结果确定是否需要采取加强措施。
（4）对主斜井上部地面处存在重车道路和压风机房处，在地面地基基础和路面基础处采用基础加强措施防止动荷载对井筒的影响。
三、效果及应用前景
色连二号矿井主斜井采用该支护优化方案后降低了施工难度，与原施工工期相比，提前了施工工期2个月，并且为斜井施工支护提供了新的思路，降低了费用，提高了井巷开拓的效率，具备较强的创新性及使用性，对同类工程施工具有指导和借鉴意义。
参考文献：
[1] 马利，等，邢东矿井主副暗斜井支护优化设计[J]，河北煤炭，2003，（6）：17-18.
[2] 静玉涛，浅部基岩层下主斜井井筒支护设计[J]，陕西煤炭， 2011，30 （3） ：50-51.
作者简介
孙乘育（1989-），男，福建福鼎市人，2013年毕业于中国矿业大学安全工程专业，本科学历，现在内蒙古鄂尔多斯市中北煤化工有限公司色连二矿生产技术部从事矿井掘进管理工作；
李小根（1989-）男，江西吉安人，2013年毕业于内蒙古科技大学采矿工程专业，本科学历，现在内蒙古鄂尔多斯市中北煤化工有限公司色连二矿从事采掘技术管理工作。