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有限公司，山西 忻州 035100）

1 概述

霍州煤電集團金能煤業有限公司總回風巷位于中一采區東南方向，巷道西北方向設計為中一采區三條上山巷道，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處頂板出現破碎現象，局部出現冒頂，僅采用錨桿、錨索支護對頂板維護效果差，頂板下沉現象嚴重。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，斷面規格為寬×高=5.0×4.0m。鋼棚主要由兩節棚腿、三節弧形頂梁、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傾斜現象，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。

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定性。

（2）冒落頂板維護措施。當施工巷道在斷層帶附近出現冒頂時，應及時對冒頂區域采取“人工假頂+注射膨脹劑”等聯合措施進行加固維護。具體施工方案如下：① 在冒落區下方施工錨索吊棚，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，在冒落區空隙處填充羅克修膨脹劑，確保填充劑與冒落區圍巖完全粘接，提高冒落區圍巖穩定性，同時有效防止冒落區瓦斯集聚現象。

圖2 冒落頂板聯合維護施工斷面圖

4 結 語

霍州煤電集團金能煤業有限公司在一采區總回風巷過斷層期間采用架設U29型鋼棚進行加強支護，提高了應力區頂板的穩定性，彌補了傳統錨桿、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現，架棚后施工巷道未出現嚴重破碎現象，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。