U29型鋼棚在掘進巷道斷層破碎帶中應用

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)有限公司總回風巷位于中一采區(qū)東南方向，巷道西北方向設計為中一采區(qū)三條上山巷道，東部為井田邊界。施工巷道設計長度為110m，巷道設計為半圓拱形斷面，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。

總回風巷施工巷道初步支護設計，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°。受構造應力影響，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型鋼棚架設工藝

（1）總回風巷從80m處開始架設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）鋼棚架設時，必須提前搭設工作盤，并從外向里依次架設。所有未架設的鋼棚材料在巷內規(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）總回風巷從80m處開始架設U29型鋼棚，鋼棚架設間距為0.5m，共計架設31架，鋼棚架設區(qū)間長度為15m。鋼棚架設順序：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。

（5）為了確保鋼棚架設穩(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，卡蘭預緊力不得低于200N·m。

圖1 總回風巷U29型鋼棚架設斷面示意圖

3 架設鋼棚安全技術措施

3.1 架棚安全措施

（1）U29型鋼棚架設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。若底板相對松軟應進行起底施工基礎坑，規(guī)格為長×寬×深=0.3×0.3×0.2m，起底后對基礎坑進行混凝土澆筑。

（2）在巷道兩幫給定鋼棚架設控制中線，鋼棚架設時應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垂直，誤差不得超過3°。

（3）在安裝頂梁時應提前在安裝地點架設工作盤，工作盤高度以便于施工為宜，工作盤應采用直徑不小于300mm圓木搭設而成，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緊固定，固定長度及預緊力必須符合設計要求。鋼棚架設后不得出現(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、下沉頂板架設鋼棚時，由于頂板承載能力低，鋼棚架設后頂破碎頂板被動支護應力小，無法起到預期支護作用，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，吊棚面與巷道設計頂板齊平；②錨索吊棚施工完后，依次在吊棚上方鋪設金屬網、風帶布，并架設“井”字型木垛，確保木垛架設后完全與冒落頂板接觸嚴實，如圖2所示。木垛架設完成后，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 語

霍州煤電集團金能煤業(yè)有限公司在一采區(qū)總回風巷過斷層期間采用架設U29型鋼棚進行加強支護，提高了應力區(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。