人工砌筑三角柱在交叉巷道中應(yīng)用實踐

唐 鵬

（大同煤礦集團云岡礦，山西 大同 037003）

1 概述

大同煤礦集團云岡礦21105巷位于井田311盤區(qū)西翼，工作面北部為實煤區(qū)，東部為51105巷，南部為311盤區(qū)大巷，西部為51107巷。巷道設(shè)計長度為1310m，巷道設(shè)計斷面規(guī)格為4.2m×3.0m，巷道掘進煤層為11#侏羅紀(jì)煤層，煤層平均厚度為3.0m。

為了便于21105巷在后期掘進時回風(fēng)，當(dāng)巷道開口掘進120m后從施工巷道進向右手幫開口向回風(fēng)巷方向施工一條回風(fēng)繞道，繞道與21105巷夾角為30°，繞道設(shè)計長度為70m。21105回風(fēng)繞道設(shè)計斷面規(guī)格與21105巷斷面規(guī)格相同，施工到位后與11#層回風(fēng)巷貫通，截至目前21105回風(fēng)繞道已掘進14m。如圖1所示。

21105巷繞道掘進施工期間頂板采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護。頂板每排布置5根長度為2.5m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為0.9×1.0m；錨索采用長度為5.3m預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排布置3根，間排距為1.5×3.0m。護幫采用單錨桿進行維護，共計布置三排，排間距為1.0×1.0m，錨桿采用長度為2.0m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿。

圖1 21105巷與21105回風(fēng)繞道平面布置示意圖

2 21105回風(fēng)繞道施工技術(shù)難題

21105回風(fēng)繞道拐角大無法采用掘進機施工，機掘五隊決定采用爆破施工工藝。由于回風(fēng)繞道與21105巷夾角為30°，回風(fēng)繞道在開口掘進5.0m范圍內(nèi)繞道與21105巷之間三角巷幫煤柱最寬為2.5m，而巷幫采用長度為2.0m錨桿進行維護，致使巷幫錨桿完全失效，起不到支護作用。同時在爆破震動作用下該段三角煤柱完全垮落，造成頂板空頂面積達5.4m2，不利于頂板安全管理。

21105回風(fēng)繞道掘進前期對兩巷交叉點三角煤柱垮落空頂處采用支設(shè)木柱的方法進行維護，但是隨著巷道掘進延伸，應(yīng)力加大，導(dǎo)致空頂處頂板出現(xiàn)斷裂，下沉量達0.33m，且交叉巷道三角煤柱垮落面積也隨之加大。當(dāng)巷道掘進至14m處時三角煤柱垮落長度達8.0m，嚴重威脅著巷道掘進施工。

3 交叉巷道巷幫三角煤柱維護措施

3.1 施工工藝

為了提高巷幫三角煤柱穩(wěn)定性，加強巷幫支護效果，減少巷道交叉處空頂面積，確保21105回風(fēng)繞道后期安全快速掘進，機掘五隊通過技術(shù)研究決定對三角煤柱垮落地段采取人工澆筑技術(shù)進行維護。

（1）首先在三角煤柱垮落頂板處施工密集工字鋼梁進行加強支護，鋼梁長度為3.5m，每根鋼梁配套三根長度為5.3m、直徑為17.8mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，鋼梁布置間距為2.0m，空頂處共計施工5根工字鋼梁。

（2）頂板加強支護施工完后對其底板進行起底澆筑，起底斷面為直角梯形，起底深度為0.3m,起底后采用混凝土進行底板硬化。

（3）三角煤柱垮落地段頂?shù)装寮庸毯筮M行支設(shè)木柱，木柱長度為3.0m，直徑為300mm，木柱支設(shè)排距為1.5m，共計支設(shè)5排木柱，共計13根木柱。木柱支設(shè)完成后相鄰兩根木柱之間采用鋼絲進行聯(lián)鎖保護。

（4）木柱支設(shè)完成后在木柱外圍采用長度為3.0m、寬度為0.3m木板進行支盒子。支盒高度達1.0m時對盒內(nèi)進行澆筑，澆筑時水泥、砂子、石子配比為1:2:2，并添加速凝劑。當(dāng)澆筑到位后再進行支盒，依次類推，直至混凝土澆筑與頂板完全接觸。

（5）為了保證人工砌筑三角煤柱與巷道煤柱連接為整體，人工煤柱澆筑至0.8m、1.8m以及2.8m處時分別對巷道煤柱施工三根長度為2.5m錨桿，錨桿間距為1.5m。錨桿錨固端位于巷幫煤柱內(nèi)，螺母端位于支盒內(nèi)，在螺母端安裝長度為1.0m、寬度為10mm槽鋼，并進行預(yù)緊，如圖2所示。

（6）為了進一步加固人工砌筑三角煤柱穩(wěn)定性，防止?jié)仓蟀l(fā)生膨脹變形，混凝土澆筑凝固后21105巷側(cè)施工兩排護幫錨索，排間距為1.5m，并穿插至回風(fēng)繞道側(cè)，兩邊采用長度為0.5m，寬度為0.28m“JW”型鋼帶預(yù)緊。

圖2 交叉點人工施工三角煤柱平面示意圖

3.2 應(yīng)用效果分析

（1）21105巷與回風(fēng)繞道交叉點處施工人工澆筑三角煤柱后，在其頂板施工GUD500礦用數(shù)顯頂板離層儀。通過30d數(shù)據(jù)觀測分析發(fā)現(xiàn)，人工澆筑三角煤柱后大大提高了巷道交叉點頂板穩(wěn)定性，在0～12d內(nèi)交叉點處頂板出現(xiàn)局部離層現(xiàn)象，最大離層量為0.14m，在12～25d內(nèi)頂板下沉量逐漸減小，在第26d后頂板下沉量為零；人工澆筑三角煤柱后頂板未出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。

（2）人工澆筑三角煤柱避免了頂板空頂現(xiàn)象，解決了因頂板應(yīng)力集中造成三角煤柱垮落、煤柱維護難度大等技術(shù)難題。通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，施工人工三角煤柱后21105回風(fēng)繞道在后期掘進時巷幫三角煤柱未出現(xiàn)片幫、垮落事故，提高了三角煤柱處支護效果，巷道掘進速度提高至4.2m/d。

4 結(jié)束語

大同煤礦集團云岡礦機掘五隊通過技術(shù)研究，對21105回風(fēng)繞道施工技術(shù)難題進行合理分析，并對兩巷交叉點采取人工砌筑三角煤柱的方法進行維護。實際應(yīng)用效果表明，人工砌筑三角煤柱控制了頂板下沉現(xiàn)象，避免了應(yīng)力集中造成巷幫三角煤柱垮落事故發(fā)生，保證了巷道安全快速掘進，取得了顯著成效。