自制台车掘、支平行快速施工工法

'自制台（架）车掘、支平行快速施工工法中煤**集团有限责任公司三十工程处1、前言巷道全断面一次成巷施工是把巷道中的掘进、永久支护、水沟掘砌三项分部工程作为一个整体，有机地联系起来，在一定的距离内按设计及质量标准要求，相互配合，前后连贯地、最大限度同时施工，做到一次成巷，不留收尾工程。平硐及小角度斜井在掘砌施工过程中，采用钻眼台架车和复喷台架车，实现了掘进工作面拱基线上部和下部打眼平行作业，拱部与墙部锚杆支护的平行作业，复喷混凝土与打眼、排渣、安设锚杆平行作业，实现了全断面一次钻眼爆破、多工序平行作业、一次成巷，改进了施工工艺。其关键技术于2008年5月29日，由中国煤炭建设协会组织有关专家进行了鉴定，认为该技术达到了国内平硐施工领先水平。2006年底开工的张家峁副平硐工程，掘进断面23.02m2，总长度3441m，平均月成井速度215m，2007年6月独头月进尺达到302m，被评为2007年第十二批中国施工企业新纪录。2008年3月独头月进尺达到311.65m，再次刷新施工新纪录。2008年，在内蒙古蒙泰不连沟煤业公司不连沟矿主、副斜井工程施工中，2008年2月副斜井井筒（掘进断面28.32m2）月掘砌进尺214m，2008年4月主、副斜井井筒月掘砌进尺分别达到233m、224m，施工进度及质量获得建设单位和监理的一致好评；在华晋焦煤王家岭煤矿主、副平硐，先后多次月掘砌进尺突破200m，综合月成井速度分别达176m、175.5m，工程质量优良。2007年11月20日，全国煤矿基本建设和煤炭生产项目管理现场会在该项目召开。2、工法特点2.1采用自制钻眼台架车，实现拱部、墙部同时钻孔作业，全断面一次爆破。2.2掘进、支护平行作业，施工速度快。2.3作业安全，有利于保证施工质量。2.4材料消耗和工程成本能得到有效的控制。3、适用范围本工法适用煤矿围岩比较稳定、无断层等特殊构造、不良地层平硐岩巷、角度小于8°的斜井岩巷，其断面一般不超过30m2，不低于16m2。4、工艺原理采用钻眼台架车和复喷台架车，实现了掘进工作面拱基线上部和下部打眼平行作业，拱部与墙部锚杆支护的平行作业，复喷混凝土与打眼、排渣、安设锚杆平行作业，实现了全断面一次爆破、多工序平行作业、一次成巷，改进了施工工艺。 5、施工工艺及操作要点5.1工艺流程光面爆破，采用预留光爆层起爆，严把掘进质量关。现场施工工序：进台（架）车—→钻眼—→退台（架）车—→光面爆破—→“敲帮问顶”—→打正顶锚杆眼—→铺设金属网—→安装正顶锚杆—→从正顶依次向两帮打锚杆眼—→安装锚杆—→喷射混凝土。岩性稳定性差时，应先对围岩进行初喷临时支护，保证施工安全。5.2操作要点  5.2.1钻眼爆破及初期支护钻眼爆破施工利用自行设计制造的掘进台（架）车，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-29A型气动凿岩机钻眼，工作面布置10～16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）、一专（修钻）负责制，使用多炮杆导向，掌握炮眼角度。选用φ25mm×3500mm中空六角钢钎杆和φ42mm十字形合金钎头。爆破炸药选用200g/卷，φ35×200mm的岩石乳化炸药。塑料导爆管导爆，电雷管引爆，FD1000-A型发爆器起爆。采用反向装药结构，装药前必须吹净炮孔内泥渣，药卷要送至孔底。炮眼布置根据岩性变化及时调整数量、深度、间距、角度等有关参数。一般炮眼深度3.0m。采用楔形双阶掏槽方式。多组同时装药，约30～50min完成。放炮后通风时间不少于30min。根据围岩情况调整爆破参数，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，局部超挖控制在150mm以内。1.钻孔要求：(1)掏槽眼的间距误差和眼底间距误差不大于5cm。(2)辅助眼眼口间距、行距误差不大于5cm。(3)周边眼误差不大于5cm，眼底不超出开挖轮廓线5cm。(4)炮眼深度误差不大于5cm。(5)按不同地质条件，随时调整炮眼数量、角度、深度、用药量及装药结构。2.炮眼布置及爆破参数采用光面、光底、减震、缓冲击中深孔爆破技术，根据岩性进行爆破参数设计。以张家峁副平硐基岩施工为例：采用楔形掏槽，掏槽眼深3.2m，布眼6个；辅助眼布置3圈，各布眼9个、11个和13个；周边眼布眼36个；底眼9个，眼深均为3.0m，还包括2个中空眼（眼深2.0m）。爆破参数见表5.1所示，具体炮眼布置见图5.1。 表5.1示例爆破参数表序号炮眼名称炮眼序号眼数（个）眼间距（mm）装药量起爆顺序连线方式备注每眼（卷）小计（卷）药量（kg）01～22740000大并联采用岩石乳化炸药φ35×200mm，重200g。1掏槽眼3～86350127214.4Ⅰ2一圈辅助眼9～179上部72087214.4Ⅱ下部3503二圈辅助眼18～2811上部8924448.8Ⅲ下部3504三圈辅助眼29～4113上部99545210.4Ⅳ下部3505周边眼42～7736350310821.6Ⅴ6底眼78～86975587214.4Ⅴ合计8642084图5.1炮眼布置示例图3.周边眼光爆参数:(1)周边眼的布置应根据岩层情况决定其间距（E），抵抗线（W）和E与W比值；一般W值为500～800mm，E值取350～600mm，E/W值取0.65～1。(2)周边眼的方向应与井筒轴线纵坡一致。(3)采用低爆速、高威力、药卷临界直径小的炸药。(4)周边眼一次同时起爆。 5.2.2出完每茬炮矸石后，初期支护利用作业台车采用MQT-120锚杆机钻安拱部锚杆，边打边安装锚杆，而后在打掘进眼时，利用MQB-70气腿式帮锚杆钻机钻安帮部锚杆。施工中采用3～5台JK-3型激光指向仪定向，中、顶部两台交替前移，互相校正，用以划定眼位，帮侧部一台控制腰线。5.2.3装岩、排矸装岩选用ZL50型装载机，自卸汽车排矸。施工期间，为提高装岩速度，每隔100m设一调车躲避硐。躲避硐深度6m，断面与主巷道相同，以便于汽车进入工作面前调车。工作面矸石装入自卸汽车后运出施工巷道，再到业主指定地点排放。5.2.4锚杆钻装拱部锚杆在掘进台架车上钻、安，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。待树脂固化后，用扭矩扳手上紧螺母。两帮锚杆滞后拱部锚杆1～2排施工，施工顺序自上而下，由后向前逐排进行。施工时，根据设计好的锚杆的间、排距，将要打锚杆的位置预先标好，并在钻杆上标出钻进的深度。待钻眼达规定的深度，退出钻杆，先塞进树脂药卷，推到孔底，然后将已上托板和螺母的锚杆尾部套上钻机，起动钻机捅破药卷并搅拌，同时将杆体推至孔底，搅拌后拧紧螺母，使其扭矩、锚固力达到要求。5.2.5喷浆支护工艺在工作面和工作面退后50m处各设一台PC-5T型喷浆机，前台用于工作面初喷混凝土，即封闭工作面围岩。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。喷射混凝土中另加早强减水剂2%～3%，可减少回弹率6%～8%，降低粉尘10%左右。工作面退后50m处的喷浆机用于复喷混凝土，复喷混凝土与工作面打眼可以平行作业，不占用循环时间，以此来保证循环作业时间。初喷厚度50mm左右，先补不平处，然后分层喷射达设计厚度，间隔时间在3天以内，分层喷射在移动工作台上进行，从而实现了与掘进作业工序平行。5.3劳动组织按项目法管理要求，项目部设经理和生产、技术、安全副经理，项目部下设一个施工综合队及管理、服务系统。管服人员共21人，一个掘进队配备84人，其中掘砌直接工分成打眼、出渣、喷浆和清底四个专业班组，“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（劳动组织安排见表5.1）。机电队配备36人，辅助工为三班作业制：机电工采用大班、小班和包机班组三种形式，大班负责日常机电工作，小班采用三八制，负责处理24h的内外机电故障；包机班组与掘进班组配合，在各自对应的设备空闲时进行处理，保证工作面正常工作，尽量不占用和尽量少占用掘进时间（具体循环图表参见表5.2）。 表5.1劳动组织安排表单位工种人数单位工种人数单位工种人数掘进队队长1机电队电工4项目部经理1技术员1机修4副经理3材料员1大班机检修3工程技术部3机修2压风工3经营管理部2班长1×4灯房3物资供应部3质检员1×4装载机司机3安检调度3掘砌工10×4通风5后勤部6放炮员1×4搅拌工8喷浆工4×3变电工3装载机司机1×3汽车司机12合计843621表5.2基岩段施工作业循环图表序号工序名称时间123456时分1倒台车及打眼准备402钻安锚杆13打迎头眼1304装药联线405放炮通风306排矸1307找顶308打两帮锚杆及挂网9挂拱部网101台喷浆机初喷112台喷浆机复喷121台喷浆机二次复喷成巷13机动时间40说明：6小时完成一个正规循环，循环进尺2.8m，正规循环率92%，月成巷进尺310m。 6、材料及设备机械设备配备表见表6.1。表6.1机械设备配备表序号设备名称型号规格数量额定功率备注1多功能作业台车自制12导轨式衬砌台车自制1根据断面配备3空压机LA-130/8.5-205130高海拔地区增加30%4搅拌机JS-10002375配料机PL1200YII18.86装载机ZL-5037混凝土输送泵HBT-302408水泵DC50-80×2255视涌水情况另定9风泵QOB-15N510对旋风机2×3022×302000m以内11对旋风机2×4522×452000m以上12混凝土喷射机PC-5T6备用两台13电焊机BX3-3301514气动锚杆钻机MQT-70/1.7815风镐01-302016风钻YT29A3017混凝土振捣器插入式、附着式1618激光指向仪JK-3619锚杆测力仪ZM-100120自卸汽车8t107、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》（GBJ213-90）和《煤矿井巷工程质量检验评定标准》（MT5009-94）。为提高工程质量，成立专门的质量检测机构，配备充足的有经验的，熟悉业务并具有较强责任心的质检人员，质检人员同技术人员要密切合作，严格按质量标准要求精心组织施工，对每道工序，每个部位，每个环节严把质量关，对施工存在的问题及时加以协商并采取措施改进，使质量问题消灭在萌芽状态，真正使质量控制和保证措施落实到每道工序上。项目部质量保证体系框图见图7.1，总体质量控制程序图见图7.2。7.1设计轮廓线采取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震孔，再实施弱爆破开挖。 7.2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。7.3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°。7.4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。7.5在断面变段和弯道段开挖时适当缩短钻孔深度，对变断面段、弯道段及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。7.6根据围岩情况，合理选择钻爆参数，完善爆破工艺，全面实行光面爆破，提高爆破质量。7.7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。7.8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，炮孔装药量要严格控制，雷管不要混装。炮泥封堵质量要好。7.9通过严格的施工管理制度来保证控制超欠挖技术的实施。7.10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间距布置。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。7.11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。7.12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。7.13喷射手要正确掌握好喷头与岩帮及岩顶距离和喷头走向，以保证材料消耗并达到预定喷层的强度要求。7.14喷浆后24小时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，影响注浆效果。7.15喷浆前整好形后，要用清水将巷道周围进行冲洗，将松矸活矸敲掉。 图7.1：质量保证体系框图计量工作标准化班组质管员施工队质检员项目质检部组织保证体系预防为主用户至上质量第一质量意识工作体系对图纸的质量审核施工准备阶段的质量控制材料、机具、工艺的质量控制操作过程的质量控制成品、半成品保护控制产品形成过程的质量控制质量保证工作体系监测技术材料组织落实项目经理负责制质量管理信息反馈 图7.2：总体质量控制程序图图纸会审各班组自检书面技术交底材料、劳动力准备测量仪器准备机械设备准备临建搭设准备办理工序交续严格按图施工完成进度克服上道工序的弊病现场文明施工处理工序搭接严格执行操作规程质检员专检业主、监理终检自评、申报业主、监理评定质监站评定不合格的返工返修重要部位资料剪辑竣工结算准备工作施工技术交底资料整理质量评定现场安全施工施工技术管理资料工程质量保证资料工程质量评定资料学习图纸和技术资料学习规范和质量控制编制施工组织设计编制质量计划施工班组自检资料移交 8、安全措施8.1安全管理执行标准8.1.1《中华人民共和国安全生产法》8.1.2《中华人民共和国矿山安全法》8.1.3《煤矿安全规程》8.1.4国家有关安全生产的指令文件等项目部安全保证体系图见图8.1。8.2顶板管理8.2.1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，摘松活石，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。8.2.2班组长必须负责详细检查围岩的滑纹情况，若发现活石及时处理。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。8.2.3锚杆支护巷道迎头必须使用前探支架维护顶板，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。8.2.4锚杆必须用机械或力矩扳手拧紧，确保锚杆的托盘紧贴巷壁。8.2.5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。8.2.6顶板锚杆在做拉力试验时，在被拉锚杆周围打设2～3棵点柱顶牢顶板方可做拉力试验，做完拉力试验紧固好锚盘后方可回掉点柱。8.2.7安装的托盘要与围岩、煤帮接触严密，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30～50mm。8.2.8锚固剂固化前，不要使杆体移位或晃动，尤其是在安装顶眼时更应该注意，锚杆安注后5min前不得给锚杆预紧力，更不能拧紧。8.2.9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。8.3钻爆作业注意事项：8.3.1严禁在已爆破的残眼中继续钻眼。爆破后，应经过不少于15分钟的待避时间，人员才能进入工作面。 图8.1：安全生产保证体系图安全生产保证体系思想保证组织保证控制两率措施保证经济保证项目经理安全教育安全委员会施工队安全小组班组安全小组责任制安全手册经济责任制安全档案定期检查工资挂钩安全设施档案制度保证经常检查安全奖金挂钩劳动竞赛两个重点总结评比五防奖罚兑现运输一通三防安全第一预防为主宣传劳动法和劳动保护法学习安全生产知识死亡率0‰重伤率0‰提高安全意识全员参与无事故措施得力制度健全安全年下步规划安全信息反馈 8.3.2在工作面钻眼或其他作业时，不得同时装药。8.3.3钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查。炮浆、石粉应在装药前吹洗干净。8.3.4瞎炮处理。由于操作不良，爆破器材质量差等原因，引起炸药包没有爆炸。瞎炮危及安全，必须按照《爆破安全规程》有关要求处理。在瞎炮处理完毕之前，不允许继续施工，除负责处理瞎炮人员外，所有无关人员均需撤离现场。9、环保措施9.1在施工过程中，不得伤及施工区征地范围以外的地形、地貌，原有植物和植被。场区清洁卫生，无杂物、无积水、无淤泥、无垃圾。9.2临时工程的布置尽量减少对环境的干扰。9.3必须做到一次成巷，不留尾巴工程。设备排放、材料堆放整齐，图板齐全。9.4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。9.5在开工前，组织全体干部职工对环境法律法规的学习，增强环保意识，养成良好的环保习惯。9.6组织职工对现场存在的环境因素进行调查与评价，以及时对环境因素进行适时更新。9.7在工程的实施期间，采取合理可行的措施以疏通施工区域内部环境的污水。设计施工必要的导流设施导引水流，使之对施工区域及其中的工程设施等不会导致侵蚀或污染，设置必要的拦污净化处理设施以防止将含有污染物或可见悬浮物的圬水直接排放入河流之中。9.8施工废水、废油、生活污水分别进入污水沉淀池和生化处理池，净化处理后排放。9.9机具冲洗物，包括水泥浆、淤泥等应引入污水沉淀池中，以防止未经处理排放。9.10施工车辆在现场或附近车速应限制在8km/h以下，施工路面经过适当的防尘处理，定时洒水。9.11派专人把现场空罐子、油筒、包装等环境污染定时清除，并对现场的积水及时清理。9.12对现场分类堆放的垃圾及时回收处理，能重复利用的尽量回收利用。9.13对不适合再利用的固体废弃物予以焚烧，如含油棉砂、废手套等。9.14工程竣工后，拆除临时设施时，不得破坏周围的建筑物和树木等其它设施。9.15保持工地良好工作环境：生产生活设施布置合理、整齐，机械设备、车辆停放有序。在混凝土搅拌站附近修建沉淀池，沉淀搅拌站产生的污水，经沉淀过滤后废水排出。保护周围的水资源。树立施工公告牌，标明工程地点、名称、规模、进度等。在加油站和炸药、雷管库附近树立警示牌，标明严禁烟火、禁止吸烟等注意事项。提醒来往行人。 10、效益分析10.1自制台（架）车掘、支平行快速施工工法不但作业安全，有利于保证支护质量，加快成巷进度，而且材料消耗和工程成本也可显著下降。10.2自制台（架）车掘、支平行快速施工工法可有效避免分次成巷材料消耗量大，围岩暴露时间长，而受风化和其它外力作用，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的困难，不安全，进度慢等的缺点。10.3该项技术在我处成功应用，提高了岩巷掘进速度，达到了180m以上；降低了工程施工成本，节省施工辅助费用，使矿井提前投产，减少贷款利息支出，取得了较好的经济效益。10.4间接效益就是积累了施工经验，提高了企业的知名度，促进了煤矿建井技术的发展。同时也为施工单位积累了丰富的施工经验，增强了企业的信誉，这种无形的效益也极为可观。11、工程实例实例一：陕煤集团神木张家峁矿业有限公司张家峁矿井副平硐总长2981m，坡度为1°20′7″上坡，巷道净宽5.6m，基岩段掘进断面为23.02m2。设计支护形式为锚-喷-网联合支护，其中锚杆采用Φ18×2000mm螺纹钢树脂锚杆端头锚固，三花形布置，间排距800×800mm；金属网采用Φ6.0mm钢筋加工，网孔规格为150×150mm；喷射混凝土强度等级C20，喷射厚度150mm。平硐所穿过的岩层主要为中细砂岩、砂质泥岩和泥岩等组成，岩石硬度系数f=3，地质构造简单。涌水量<1m3/h。在施工过程中加强科学管理，积极采用并提高此工法，2007年6月副平硐独头月进尺达到302m，被评为2007年第十二批中国施工企业新纪录。2008年3月独头月进尺达到311.65m，再次刷新施工新纪录。实例二：内蒙古蒙泰不连沟煤矿设计生产能力为1000万吨/年，采用主、副平峒、两立风井混合开拓，单水平盘区式开采。主斜井倾角5°06′，斜长2946.6m，直墙半圆拱形断面，净宽4.50m。副斜井倾角5°30′-6°00′（缓冲段1°30′），斜长2870.8m，直墙半圆拱形断面，净宽6.00m。主、副斜井在基岩段进行时，钻眼使用自制掘岩台架车,分层同时钻眼，中深孔光面爆破，装载机配合自卸车运输排矸，实现了快速、优质、高效的施工目的。该工程完工后井筒实测涌水量2.0m3/h，符合规范要求。工程竣工验收后被评为优质工程。2008年2月 副斜井工程施工中，全月完成掘进进尺214m，创国内煤矿斜井井筒施工月进度最高记录。实例三：山西华晋焦煤王家岭煤矿采用平硐开拓。主、副平硐长度均为12406m（2°25′上坡）。主平硐净宽度为4m，净断面积为12.8m2，副平硐净宽度为5m，净断面积为17.8m2，均为直墙半圆拱型断面。主、副平硐施工实行交叉平行作业方式，2008年平均月进尺在200m以上，其中5月份主平硐完成进尺262m，副平硐完成进尺241m，质量、进尺受到业主多次好评，工程合格率100%，优良率超过80%。表11.4王家岭煤矿主平硐掘砌施工月成井超200m统计表施工时间200720085月12月1月3月4月5月6月主平硐205220201230251240226表11.5王家岭煤矿副平硐掘砌施工月成井超200m统计表施工时间200720085月9月12月3月4月5月6月副平硐201210210217240230225'