人工砌筑三角柱在交叉巷道中應用實踐

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盤區西翼，工作面北部為實煤區，東部為51105巷，南部為311盤區大巷，西部為51107巷。巷道設計長度為1310m，巷道設計斷面規格為4.2m×3.0m，巷道掘進煤層為11#侏羅紀煤層，煤層平均厚度為3.0m。

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

21105巷繞道掘進施工期間頂板采用錨桿、錨索、金屬網聯合支護。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預應力鋼絞線，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回風繞道平面布置示意圖

2 21105回風繞道施工技術難題

21105回風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。由于回風繞道與21105巷夾角為30°，回風繞道在開口掘進5.0m范圍內繞道與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木柱的方法進行維護，但是隨著巷道掘進延伸，應力加大，導致空頂處頂板出現斷裂，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回風繞道后期安全快速掘進，機掘五隊通過技術研究決定對三角煤柱垮落地段采取人工澆筑技術進行維護。

（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預應力鋼絞線，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底板加固后進行支設木柱，木柱長度為3.0m，直徑為300mm，木柱支設排距為1.5m，共計支設5排木柱，共計13根木柱。木柱支設完成后相鄰兩根木柱之間采用鋼絲進行聯鎖保護。

（4）木柱支設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，螺母端位于支盒內，在螺母端安裝長度為1.0m、寬度為10mm槽鋼，并進行預緊，如圖2所示。

（6）為了進一步加固人工砌筑三角煤柱穩定性，防止澆筑后發生膨脹變形，混凝土澆筑凝固后21105巷側施工兩排護幫錨索，排間距為1.5m，并穿插至回風繞道側，兩邊采用長度為0.5m，寬度為0.28m“JW”型鋼帶預緊。

圖2 交叉點人工施工三角煤柱平面示意圖

3.2 應用效果分析

（1）21105巷與回風繞道交叉點處施工人工澆筑三角煤柱后，在其頂板施工GUD500礦用數顯頂板離層儀。通過30d數據觀測分析發現，人工澆筑三角煤柱后大大提高了巷道交叉點頂板穩定性，在0～12d內交叉點處頂板出現局部離層現象，最大離層量為0.14m，在12～25d內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破碎現象。

（2）人工澆筑三角煤柱避免了頂板空頂現象，解決了因頂板應力集中造成三角煤柱垮落、煤柱維護難度大等技術難題。通過現場觀察發現，施工人工三角煤柱后21105回風繞道在后期掘進時巷幫三角煤柱未出現片幫、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 結束語

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