宋龍飛
(霍州煤電集團(tuán)金能煤業(yè)有限公司,山西 忻州 035100)
霍州煤電集團(tuán)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(jì)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(jì)長度為110m,巷道設(shè)計(jì)為半圓拱形斷面,斷面規(guī)格為寬×高=5.0×3.8m。巷道掘進(jìn)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(jìn)??偦仫L(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(jìn)80m。
總回風(fēng)巷施工巷道初步支護(hù)設(shè)計(jì),頂板采用錨桿、錨索、鋼帶進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。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(jìn)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(jìn)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(hù)對頂板維護(hù)效果差,頂板下沉現(xiàn)象嚴(yán)重。對此金能煤礦通過技術(shù)研究,決定采用U29型鋼棚進(jìn)行頂板維護(hù),確保巷道安全快速掘進(jìn)。
(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(shí),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(diǎn)必須分類依次碼放整齊。碼放物料時(shí)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(jì)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(jìn)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(jìn)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(gè)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(shí),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(jī)械或者力矩扳手?jǐn)Q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
(1)U29型鋼棚架設(shè)前必須對巷道底板進(jìn)行整平,確保鋼棚底座安裝在堅(jiān)硬底板上。若底板相對松軟應(yīng)進(jìn)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(jìn)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(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照中線進(jìn)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(shí)應(yīng)提前在安裝地點(diǎn)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(jìn)行預(yù)緊固定,固定長度及預(yù)緊力必須符合設(shè)計(jì)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(shí)必須確保連接桿處于受力狀態(tài)。
(1)破碎頂板維護(hù)措施。在破碎、下沉頂板架設(shè)鋼棚時(shí),由于頂板承載能力低,鋼棚架設(shè)后頂破碎頂板被動支護(hù)應(yīng)力小,無法起到預(yù)期支護(hù)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(hù)措施。當(dāng)施工巷道在斷層帶附近出現(xiàn)冒頂時(shí),應(yīng)及時(shí)對冒頂區(qū)域采取“人工假頂+注射膨脹劑”等聯(lián)合措施進(jìn)行加固維護(hù)。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(jì)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(yán)實(shí),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(shí)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(hù)施工斷面圖
霍州煤電集團(tuán)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(jìn)行加強(qiáng)支護(hù),提高了應(yīng)力區(qū)頂板的穩(wěn)定性,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)錨桿、錨索支護(hù)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(yán)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。