U29型鋼棚在掘進巷道斷層破碎帶中應(yīng)用

宋龍飛

（霍州煤電集團金能煤業(yè)有限公司，山西 忻州 035100）

1 概述

霍州煤電集團金能煤業(yè)有限公司總回風(fēng)巷位于中一采區(qū)東南方向，巷道西北方向設(shè)計為中一采區(qū)三條上山巷道，東部為井田邊界。施工巷道設(shè)計長度為110m，巷道設(shè)計為半圓拱形斷面，斷面規(guī)格為寬×高=5.0×3.8m。巷道掘進煤層為二疊系山西組2#煤層，平均厚度為4.3m，巷道沿煤層頂板平行掘進。總回風(fēng)巷頂板無偽頂，直接頂主要以泥巖為主，平均厚度為9.7m，基本頂厚度4.3m。截至目前巷道已掘進80m。

總回風(fēng)巷施工巷道初步支護設(shè)計，頂板采用錨桿、錨索、鋼帶進行聯(lián)合支護。鋼帶長度為4.0m，每排施工兩根鋼帶，鋼帶首尾錨桿疊加布置；每根鋼帶配套5根長度為2.5m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間距為0.9m；頂板錨索長度為5.0m，每排布置4根，錨索間距為1.5m，排距為3.0m。

地測資料顯示，總回風(fēng)巷掘進至90m處將揭露正斷層，斷層落差為1.4m，傾角為52°。受構(gòu)造應(yīng)力影響，巷道掘進至75m處頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，局部出現(xiàn)冒頂，僅采用錨桿、錨索支護對頂板維護效果差，頂板下沉現(xiàn)象嚴重。對此金能煤礦通過技術(shù)研究，決定采用U29型鋼棚進行頂板維護，確保巷道安全快速掘進。

2 U29型鋼棚架設(shè)工藝

（1）總回風(fēng)巷從80m處開始架設(shè)U29型鋼棚，鋼棚為拱形斷面，斷面規(guī)格為寬×高=5.0×4.0m。鋼棚主要由兩節(jié)棚腿、三節(jié)弧形頂梁、底座、拉桿、卡纜、連接片等部分組成，棚腿長度為1.5m，每節(jié)弧形頂梁長度為2.0m。如圖1所示。

（2）鋼棚架設(shè)時，必須提前搭設(shè)工作盤，并從外向里依次架設(shè)。所有未架設(shè)的鋼棚材料在巷內(nèi)規(guī)定的地點必須分類依次碼放整齊。碼放物料時不得影響行人及行車安全。

（3）總回風(fēng)巷從80m處開始架設(shè)U29型鋼棚，鋼棚架設(shè)間距為0.5m，共計架設(shè)31架，鋼棚架設(shè)區(qū)間長度為15m。鋼棚架設(shè)順序：底座→棚腿→頂梁。底座與底板之間采用地錨固定，棚腿與底座采用連接螺母固定，頂梁與棚腿、頂梁與頂梁之間采用卡纜進行固定，固定長度不得低于0.5m。

（4）鋼棚架設(shè)后，在相鄰兩架鋼棚之間采用5根直徑為16mm圓鋼拉桿進行連接，如圖1所示。每根拉桿長度為0.8mm。拉桿套管使用外徑為32mm、壁厚4mm的無縫鋼管焊接而成，每個套管長度為0.5m。拉桿套管焊接在U29鋼棚腿及棚梁腰部外側(cè)。

（5）為了確保鋼棚架設(shè)穩(wěn)定，在架棚段兩端棚腿采用2根長度為2.0m、直徑為22mm的左旋無縱筋螺紋錨桿，將其與巷幫固定，中間段要求每隔5架棚固定一架，固定錨桿離巷道底板高度為1.3m。每根錨桿使用一卷MSK2360型樹脂藥卷錨固。

（6）鋼棚架設(shè)完成，在鋼棚與巷道圍巖間隙處采用水泥背板塞緊背實，水泥背板規(guī)格為長×寬=1.0×0.3m。每架鋼棚使用U29型鋼配套卡蘭連接，各棚梁、棚腿之間使用機械或者力矩扳手擰緊卡蘭，卡蘭預(yù)緊力不得低于200N·m。

圖1 總回風(fēng)巷U29型鋼棚架設(shè)斷面示意圖

3 架設(shè)鋼棚安全技術(shù)措施

3.1 架棚安全措施

（1）U29型鋼棚架設(shè)前必須對巷道底板進行整平，確保鋼棚底座安裝在堅硬底板上。若底板相對松軟應(yīng)進行起底施工基礎(chǔ)坑，規(guī)格為長×寬×深=0.3×0.3×0.2m，起底后對基礎(chǔ)坑進行混凝土澆筑。

（2）在巷道兩幫給定鋼棚架設(shè)控制中線，鋼棚架設(shè)時應(yīng)嚴格按照中線進行施工，同一架鋼棚兩根棚腿垂直面與巷幫應(yīng)垂直，誤差不得超過3°。

（3）在安裝頂梁時應(yīng)提前在安裝地點架設(shè)工作盤，工作盤高度以便于施工為宜，工作盤應(yīng)采用直徑不小于300mm圓木搭設(shè)而成，圓木之間采用鉛絲捆綁，確保牢固可靠。

（4）鋼棚棚腿、頂梁之間采用卡纜進行預(yù)緊固定，固定長度及預(yù)緊力必須符合設(shè)計要求。鋼棚架設(shè)后不得出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，相鄰兩架鋼棚之間采用連接桿固定時必須確保連接桿處于受力狀態(tài)。

3.2 破碎冒落頂板安全維護措施

（1）破碎頂板維護措施。在破碎、下沉頂板架設(shè)鋼棚時，由于頂板承載能力低，鋼棚架設(shè)后頂破碎頂板被動支護應(yīng)力小，無法起到預(yù)期支護作用，可對破碎頂板提前采取馬麗散注漿加固，從而提高破碎頂板穩(wěn)定性。

（2）冒落頂板維護措施。當施工巷道在斷層帶附近出現(xiàn)冒頂時，應(yīng)及時對冒頂區(qū)域采取“人工假頂+注射膨脹劑”等聯(lián)合措施進行加固維護。具體施工方案如下：① 在冒落區(qū)下方施工錨索吊棚，吊棚間距為1.0m，吊棚面與巷道設(shè)計頂板齊平；②錨索吊棚施工完后，依次在吊棚上方鋪設(shè)金屬網(wǎng)、風(fēng)帶布，并架設(shè)“井”字型木垛，確保木垛架設(shè)后完全與冒落頂板接觸嚴實，如圖2所示。木垛架設(shè)完成后，在冒落區(qū)空隙處填充羅克修膨脹劑，確保填充劑與冒落區(qū)圍巖完全粘接，提高冒落區(qū)圍巖穩(wěn)定性，同時有效防止冒落區(qū)瓦斯集聚現(xiàn)象。

圖2 冒落頂板聯(lián)合維護施工斷面圖

4 結(jié) 語

霍州煤電集團金能煤業(yè)有限公司在一采區(qū)總回風(fēng)巷過斷層期間采用架設(shè)U29型鋼棚進行加強支護，提高了應(yīng)力區(qū)頂板的穩(wěn)定性，彌補了傳統(tǒng)錨桿、錨索支護作用的不足，保證了巷道架棚施工安全。通過后期對斷層帶的頂板觀察發(fā)現(xiàn)，架棚后施工巷道未出現(xiàn)嚴重破碎現(xiàn)象，巷道在90m處頂板下沉量較大，為0.14m，其他地段頂板下沉量控制在0.10m以下，取得了較好效果。