大跨度小夾角巷道立交的研究與應(yīng)用

姜啟彬 范備戰(zhàn) 秦 濤

（臨沂礦業(yè)集團(tuán)菏澤煤電有限公司郭屯煤礦，山東 菏澤 274700）

1 工程背景

郭屯煤礦-808 m 輔助進(jìn)風(fēng)上山是礦井主要輔助進(jìn)風(fēng)大巷，巷道設(shè)計(jì)凈寬5 m，+12°施工。-670 m回風(fēng)補(bǔ)巷是礦井主要回風(fēng)大巷，巷道設(shè)計(jì)凈寬5 m，+15°施工。兩條開(kāi)拓大巷于-746.3 m 處立交，A點(diǎn)至B 點(diǎn)水平距離20 m，層間距0～1.6 m，水平投影夾角30°。由于-808 m 輔助進(jìn)風(fēng)上山掘進(jìn)進(jìn)度先于-670 m 回風(fēng)補(bǔ)巷100 m，工期緊張不能暫停施工，一般的下層巷道架棚方案不能使用。因此立交架棚方案只能定在-808 m 輔助進(jìn)風(fēng)上山，需在AB點(diǎn)造假底作為-670 m 回風(fēng)補(bǔ)巷的假頂，但是由于立交跨度達(dá)20 m，一般鋪底的方案無(wú)法滿足安全要求。巷道立交位置圖如圖1。

圖1 巷道立交位置圖（m）

技術(shù)人員通過(guò)摸索、借鑒和力學(xué)計(jì)算決定采用幫部錨桿懸吊工字鋼的立交方案[1-3]。

該技術(shù)方案理論上適用于煤礦井下各種夾角的巷道立交，解決了普通過(guò)立交方法不適用于大跨度、小夾角的難題，且不受上下層巷道施工順序困擾。

2 技術(shù)研究及方法

2.1 技術(shù)方案研究對(duì)比

針對(duì)小夾角、大跨度的立交特點(diǎn)，技術(shù)人員先后提出了：（1）暫停上層巷道施工，先施工下層巷道，再采用傳統(tǒng)方法在下層巷道架棚造假頂方案，然后再施工上層巷道；（2）先施工上層巷道，然后對(duì)上層巷道底角刷擴(kuò)，混凝土預(yù)制底，再鋪設(shè)工字鋼造假底，下層巷道施工時(shí)，縮小巷道寬面至4.4 m；（3）先施工上層巷道，臥底鋪設(shè)工字鋼，在幫部打設(shè)錨桿，用于懸吊工字鋼，澆筑后再施工下層巷道，最后在下層巷道施工時(shí)再架設(shè)可縮鋼棚。

經(jīng)過(guò)研究對(duì)比發(fā)現(xiàn)：傳統(tǒng)架棚方案需暫停上層巷道施工，按照當(dāng)時(shí)掘進(jìn)速度和現(xiàn)場(chǎng)條件，耽誤工期約1 個(gè)月；鋪設(shè)假底方案是一種在大夾角、小跨度立交上常用的方法，但是本立交夾角僅為30°，跨度長(zhǎng)達(dá)20 m，且作為礦井主要回風(fēng)巷，不易縮小巷道斷面；幫部錨桿懸吊工字鋼的立交方案可以在不改變巷道施工順序和巷道斷面的情況下，解決小夾角、大跨度立交難題。

2.2 幫部錨桿懸吊工字鋼立交方案

立交跨度達(dá)20 m，為保證安全，設(shè)計(jì)按照23 m，每側(cè)多留出1.5 m。因此需在上層巷道施工23 m 假底作為下層巷道假頂。設(shè)計(jì)采用直徑6 mm 編織焊接金屬網(wǎng)和12#礦用工字鋼作為假底基礎(chǔ)骨架，并澆筑400 mm 厚C30 混凝土。12#工字鋼按照排距1 m 進(jìn)行密排，需用量24 根。巷道寬度5 m，12#工字鋼長(zhǎng)度選取5.4 m，每側(cè)進(jìn)入煤壁20 cm，防止巷道立交時(shí)漏風(fēng)。在下層巷道掘進(jìn)至假底下部時(shí)，再采用可縮U 型鋼架棚，進(jìn)一步提升安全系數(shù)。

假底重量：53 根12#工字鋼重1739 kg，混凝土50 m3重120 t，金屬網(wǎng)約1 t，總重量約123 t。幫部錨桿采用MSGLD500-22/2400 螺紋鋼錨桿，每根錨桿設(shè)計(jì)錨固力16 t，水平+30°施工，每根錨桿可提供8 t 拉力，每根工字鋼兩端各由2 根錨桿固定，共需錨桿92 根，提供736 t 拉力，完全滿足安全要求。如圖2、圖3。

圖2 上層巷道假底斷面示意圖（mm）

圖3 上層巷道剖面示意圖

2.3 懸吊立交施工步驟

（1）上層巷道施工過(guò)設(shè)計(jì)立交位置50 m 后，在距離底板1.3～1.5 m 的位置標(biāo)記巷道腰線，腰線+12°與底板平行；在設(shè)計(jì)立交范圍內(nèi)對(duì)底板進(jìn)行臥底0.4 m，長(zhǎng)23 m，寬5.4 m，并清理浮矸。

（2）臥底后，在底板鋪設(shè)直徑6 mm 的編織焊接金屬網(wǎng)，網(wǎng)片之間搭接采用直連或12#鐵絲綁扎，壓茬100 mm。

（3）自巷道上坡向下鋪設(shè)12#礦用工字鋼，垂直于巷道兩巷，每側(cè)進(jìn)入幫部0.2 m，排距1 m。12#礦用工字鋼之間采用1.4 m 錨桿連接，每根至少連接2 根錨桿，使工字鋼連成一體。如圖4。

圖4 步驟3（m）

（4）在巷道兩幫腰線位置、對(duì)應(yīng)的工字鋼正上方施工2 根錨桿，錨桿水平+30°施工。錨桿與工字鋼之間使用40T 鏈子連接。

（5）工字鋼上方鋪設(shè)一層直徑6 mm 的編織焊接金屬網(wǎng)，并使用雙股12#鐵絲將工字鋼與上下側(cè)金屬網(wǎng)連接到一起，間距300 mm；使用C30 混凝土進(jìn)行澆筑，并養(yǎng)護(hù)7 d。

（6）下層巷道掘進(jìn)過(guò)立交位置后，進(jìn)行架棚，棚距1 m，完成施工如圖5。

圖5 完工后立交俯視圖

2.4 懸吊立交創(chuàng)新點(diǎn)

由于井下空間錯(cuò)綜復(fù)雜，巷道立交關(guān)系（上下層位置、層間距、巷道夾角）和上、下層巷道施工順序不一定按照人們理想的方案執(zhí)行，部分巷道立交情況無(wú)法按照現(xiàn)有常規(guī)的方法施工。架棚過(guò)立交只是一種常規(guī)的過(guò)立交方案，不能滿足大跨度、小夾角巷道立交的施工要求。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，架棚過(guò)立交方案只適用于巷道立交跨度不大于10 m、巷道夾角不小于50°的情況。如凈寬5 m 的巷道夾角是30°，跨度就達(dá)到了20 m，會(huì)造成長(zhǎng)距離超高段巷道的形成，僅僅靠下層巷道鋪設(shè)的鋼筋網(wǎng)是不能保證安全的，一旦失效勢(shì)必造成立交位置大范圍片幫。且該方法只能先施工下層巷道后再施工上層巷道。考慮到井下巷道施工的時(shí)間不同（時(shí)間跨度可能在2 年以上），以及通風(fēng)、安全問(wèn)題，上下層巷道施工的先后順序有嚴(yán)格要求，不可能一直先施工下層巷道再施工上層巷道。

幫部懸吊過(guò)立交方案是借鑒大跨度斜拉橋的設(shè)計(jì)思路，將巷道幫部實(shí)體煤當(dāng)做橋塔,將40T 鏈條作為斜拉鋼索，把密排工字鋼作為橋面，形成主動(dòng)支承連續(xù)梁，以滿足巷道小夾角、大跨度要求。具有以下特點(diǎn)：

（1）不受巷道施工順序影響，適用于新老巷道立交施工。

（2）可滿足井下不同夾角、跨度巷道施工要求，尤其適用于井下小夾角、大跨度巷道施工。

（3）節(jié)省工期，立交施工不受工作面掘進(jìn)影響，可在迎頭后方施工，避免隨掘隨架設(shè)鋼棚的弊端。

（4）節(jié)省材料，相比傳統(tǒng)架棚過(guò)立交方案，幫部懸吊過(guò)立交方案不需要支設(shè)棚腿，節(jié)省支護(hù)材料。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

（1）相比架棚過(guò)立交方案可避免上下層巷道施工相互干擾，綜合節(jié)省工時(shí)10 d，效益14 萬(wàn)元；

（2）相比直接鋪設(shè)假底可節(jié)省25U 型鋼和卡箍92 副，效益27 萬(wàn)元。

3.2 社會(huì)安全效益

（1）幫部懸吊過(guò)立交方案不受巷道施工順序影響，可更好地適用后期礦井系統(tǒng)優(yōu)化，改善礦井生產(chǎn)系統(tǒng)；

（2）適用于井下小夾角、大跨度巷道施工，相比傳統(tǒng)架棚、鋪設(shè)假底方案更加安全可靠，操作性更強(qiáng)。

4 結(jié)論

幫部懸吊過(guò)立交方案設(shè)計(jì)思路新穎，打破常規(guī)，利用巷道幫部實(shí)體煤巖層作為支撐點(diǎn)對(duì)巷道底板進(jìn)行懸吊固定，解決了巷道小夾角、大跨度施工的難題，可對(duì)后期礦井優(yōu)化提供更廣泛的設(shè)計(jì)思路，不再受巷道立交限制。