摘要：井筒马头门是提升系统的瓶颈，一旦破坏，一方面维修较困难；一方面直接制约矿井正常生产，影响矿井经济效益。某煤矿主、副井马头门落于断层破碎带中，岩体强度低，巷道原设计支护方式为锚网喷、钢筋、混凝土联合支护，巷道施工一个月后，混凝土出现局部开裂现象。为保证马头门支护强度和服务年限，对其进行了壁后注浆充填和锚索群支护研究，通过对顶板移近量、两帮移近量的观测，表明该加强支护方式取得了预想效果。
关键词：破碎带；马头门；加固；壁后注浆；锚索群
某矿井采用立井单水平上、下山开拓方式，回采煤层为3下煤层，煤质为优质无烟煤。矿井设计主、副、风井，井筒施工方法为普通爆破法。
1 基本概况
1.1 主、副井井筒
主、副井井筒净直径设计分别为4.5m、5.5m，地面标高均为+155.5m。主井井筒实际井深为381m（含井底水窝10m），马头门底板标高-215.5m；副井井筒实际井深为389.4m（含井底水窝18m，原设计井筒深度为393m），马头门底板标高-216.1m。主、副井井深0～150m冲积表土层混凝土强度均为C35，井壁壁厚分别主要为500mm、550mm；基岩段混凝土强度均为C40，井壁壁厚分为为400mm、450mm。
1.2 主、副井马头门
主井马头门：主井马头门单侧规格为净宽×净高×净长=4000mm×3900mm×5000mm，支护方式为锚网+单层钢筋+混凝土支护。锚杆规格：φ20mm、L2000mm树脂锚杆，间排距均为800mm；钢筋规格：φ20mm；混凝土强度C30，壁厚400mm。
副井马头门：副井马头门单侧规格为净宽×净高×净长=5200mm×5500mm×5250mm，支护方式为锚网喷+双层钢筋+混凝土支护。锚杆规格：φ18mm、L2000mm树脂锚杆，间排距均为800mm，抗拔力不低于8t；钢筋规格：φ18mm；混凝土：喷射混凝土强度C20，喷厚100mm，浇筑混凝土强度C40，壁厚500mm（图1）。
图1：副井马头门剖面图
鉴于主、副井马头门落底于相同层位，破坏机理近似，本文主要以副井马头门加固方式进行阐述。
2 施工存在问题
2.1 副井井筒
副井井筒掘进至井深362m时遇一推断落差为13m的正断层，井深354～374m局部见煤线，岩层为泥岩、砂质泥岩，岩性破碎，岩体块度小、强度低，且伴有水流现象，施工时井筒岩层易片帮，影响井壁混凝土浇筑质量及副井井筒马门头落底位置的确定，致使井深362～370m未按设计铺设双层钢筋支护。副井马头门于井底水窝施工结束后上提吊盘开口（未预留马头门开口位置），马头门放炮破除井壁混凝土造成井深358～370m井壁出现不同程度的开裂现象。
2.2 副井马头门
副井井筒在井深268m处进行工作面第三次探放水，1#钻孔（方位角160）在深度415m遇水，单孔涌水量80m3/h。为保证井底水窝与涌水点间超前岩柱安全距离，同时使井底水仓远离奥灰水，副井马头门选择布置在断层带中。另，1#钻孔遇水注浆复钻时，钻孔出现偏孔且封孔质量不理想，副井北马头门（方位角200）掘进遇该偏孔，钻孔内涌水量约6m3/h，造成北马掘进时冒顶，影响井壁的稳定性。
另，主、副井马头门浇筑混凝土局部开裂及剥离，混凝土剥离处显示混凝土存在离析现象，影响混凝土强度。
3 加固方案
井巷掘进后围岩原三向受力平衡状态被二向受力取代，原平衡状态被打破，矿山压力重新分布、平衡。矿压压力大于井巷支护强度时，即造成井巷破坏。井筒马头门是提升系统的瓶颈，一旦破坏，一方面维修较困难；一方面直接制约矿井正常生产，影响矿井经济效益。
为保证主、副井马头门支护强度和服务年限，对其进行了壁后注浆充填和锚索群支护研究，对副井井筒358～370m段井壁开裂段采取壁后注浆充填和锚索、锚杆、井圈加固处理（井筒段此处不作阐述）。
锚杆、锚索支护原理有悬吊作用、减小跨度作用、组合梁作用和挤压应力拱作用。结合该地段地质岩性及实际施工情况，先采取壁后注浆充填空洞、裂隙，将破碎岩体胶结成一整体，减少岩体位移空间，提供岩层自身承载能力；后进行锚索群支护，利用锚索群形成大范围、高强度挤压应力拱，进一步承载矿山压力。
3.1 壁后注浆
注浆锚杆规格：1吋钢管，L1500mm，钻孔孔深3000mm，间排距均为2000mm，采用玻璃水、水泥封孔，注浆单液浆水灰比为1：0.5～1：1，注浆压力不超过1.0MPa，水泥为P.C32.5复合硅酸盐水泥。
3.2 锚索群
3.2.1 锚索群参数设计
副井马头门单侧规格：净宽×净高×净长=5200mm×5500mm×5250mm，锚索群间排距设计均为2000mm，每排7组，总计42组（图4、图5），锚索群抗拔力不低于50t，锚索托盘规格：长×宽×厚=400mm×400mm×20mm。
锚索群孔深度为12.5m，钻孔采用砂浆充填，砂浆配合比为1：1，注浆压力控制在0.6～0.8MPa，不大于1MPa。
3.2.2 锚索群构件及充填材料
锚索群构件：①锚索：φ15.24mm，L12300mm（含外露300mm）；②锚索套管：φ20mm，L5000mm的蛇皮软管；③注浆管：1吋钢管，L4500mm；④排气管：φ20mm，L12000mm的蛇皮软管；⑤固定环：2吋钢管，L80mm，固定环外侧环节φ5mm，L100mm钢筋，便于锚索绑扎固定；⑥钻孔堵口材料：破布、树脂锚固剂；⑦水泥：P.C32.5复合硅酸盐水泥；⑧砂子：细砂。
3.2.3 锚索群
每组锚索群由4根锚索组成，锚索均匀绑扎在间距为1000mm的固定环焊接钢筋上（锚索里端头则放置在端头固定环的内部），排气管及注浆管放置于固定环内部，与锚索一起绑扎，锚索外端5m采用φ20mm蛇皮软管套上，作为锚索预应力张拉段。
锚索群钻孔施工顺序：先钻设底部钻孔，后搭设工作平台施工拱部钻孔。
锚索安装工艺：锚索群组装→放入锚索群→检查注浆管通气情况→破布、树脂锚固剂封孔→注浆→拔除注浆管、等凝→安装锚索托盘、张拉锚索群→外露锚索处理。
4 矿压观测
主、副井马头门壁后注浆和锚索群加固后，经过近4个月的矿山压力观测，巷道顶板移近量、两帮移近量无明显变化，△S≈0；混凝土无开裂及剥离现象，表明锚索群加固及壁后注浆充填方式取得了良好的支护效果。
5 结论
1、地质条件复杂、矿压显现是马头门及井壁开裂、破坏的直接原因；工程未按设计施工及工序安排不合理是马头门及井壁开裂、破坏的重要原因。混凝土离析直接影响混凝土强度，长距离输送商品混凝土应加强混凝土振捣，必要时进行混凝土二次搅拌。
2、壁后注浆一方面充填了岩体之间裂隙及施工空洞；一方面将破碎岩体胶结成一整体，提高了岩体自身承载力。
3、锚索群与单根锚索支护相比：增大了支护范围及支护强度，抗拔力超过50t。壁后注浆及锚索群对庙口煤矿主、副井马头门加固支护取得了理想的支护效果，该支护方式可借鉴为大断面硐室支护方式。
作者简介：
闫鹏，1988年11月，男，汉族，山西省朔州市山阴县人，一级建造师，矿业工程专业，2009年毕业于山西煤炭职业技术学院，煤矿安全监控网络技术，现在大同市煤矿建井工程公司任职，从事矿建工程施工技术与安全管理，成本与质量控制等工作。
论文作者:闫鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/14
标签：马头论文; 井筒论文; 混凝土论文; 井壁论文; 注浆论文; 钻孔论文; 强度论文; 《基层建设》2019年第21期论文;