大斷面風橋安全施工技術及支護工藝應用

張華翔

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033102）

1 概述

店坪煤礦2022 巷擔負著202 工作面回采時煤炭運輸任務，巷道位于830 m 水平左翼，東西走向布置，西部為830 系統(tǒng)大巷，東為830 北翼輔助運輸巷，北西部為304 工作面，南北部為201 采空區(qū)。2022 巷設計長度為1200 m，巷道設計斷面寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道沿5#煤層底板掘進，煤層均厚3.0 m，平均傾角2°。煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 2022 巷掘進的5#煤層頂?shù)装鍘r性表

巷道從830 皮帶巷開口施工，巷道掘進35 m后過830 軌道巷，掘進70 m 后過830 回風巷。為防止202 工作面回采期間出現(xiàn)風流紊亂現(xiàn)象，需在2022 巷過830 回風巷期間施工大斷面風橋，風橋施工長度為24 m。風橋施工主要包括風橋挑頂施工、風橋頂板支護和風橋構筑施工三部分。

2 風橋快速挑頂施工工藝

2.1 風橋挑頂斷面規(guī)格

2022 巷風橋挑頂總長度為24 m，寬度為3.5 m，主要包括斜坡部分和平頂部分，共計兩個斜坡，斜坡水平長度為9.0 m，平頂長度為6.0 m，如圖1。斜坡角度為22°，斜坡挑頂?shù)轿缓蟊ＷC挑頂高度為3.5 m。

2.2 挑頂施工工藝

為了保證2022 巷風橋挑頂安全，加快風橋挑頂速度，決定采用分層松動爆破法施工工藝[1-5]。

（1）202 風橋挑頂前在其下方全斷面搭設高度為2.8 m、寬度為3.5 m 的工作盤。工作盤采用長度為3.0 m、直徑為300 mm 原木進行搭接。為了便于挑頂落下的煤矸及時運出，在工作盤中部預留一個長度及寬度為1.5 m 的漏煤口。漏煤口安裝漏煤裝置與下部輸送機搭接。

（2）工作盤搭設完成后開始挑頂施工。首先在斜坡挑頂起始位置施工一排仰斜松動爆破孔，每排布置5 個鉆孔，孔間距1.0 m，鉆孔仰角22°，深度1.0 m，采用Y28 型鉆機配套直徑32 mm 合金鋼鉆頭進行鉆孔施工，鉆孔直徑為35 mm。

（3）第一排仰斜爆破孔施工完后，對鉆孔內填裝一支長度為0.3 m、裝藥量為0.3 kg 的礦用乳化炸藥以及一支毫秒延期電雷管，并對孔口采用水炮泥進行封孔處理，封孔長度不得低于0.5 m，最后進行爆破施工。

（4）當挑頂高度達1.0 m 后，停止仰斜爆破施工，對挑頂處施工分層爆破孔、分層爆破孔垂直巖體布置，每排5 個鉆孔，孔間距0.8 m，深度1.0 m，然后進行裝藥爆破。當挑頂高度達2.0 m 時布置兩排松動爆破孔，排距為1.0 m，第一排炮孔距頂板間距為0.5 m，如圖1 所示，依次類推直至風橋挑頂達到設計高度。

圖1 2022 巷風橋分層爆破挑頂示意圖（mm）

（5）當仰斜段（AB 段）及平頂段（BC 段）挑頂完成后，對俯斜段（CD 段）布置俯斜鉆孔。俯斜段挑頂時鉆孔從下往上依次分層布置，鉆孔深度為1.0 m，頂板處鉆孔以22°俯角布置。

3 頂板支護及風橋構筑

3.1 頂板支護技術

3.1.1 挑頂前鎖口支護

為了防止風橋挑頂時出現(xiàn)頂板垮落事故，在挑頂前對兩個斜坡段開口處采用組合錨索進行鎖口施工。

（1）為了提高風橋開口處圍巖穩(wěn)定性，決定在開口處施工一排組合錨索進行鎖口支護，共計4組，組合錨索布置間距為1.2 m。組合錨索主要由組合托板和恒阻錨索組成，組合托板長度及寬度為0.5 m，托板四個角及中部各焊制一個直徑為28 mm錨索支護孔。

（2）組合錨索施工時先安裝中部錨索，中部錨索安裝后在其下端安裝組合托板，然后依次施工其他四根錨索。錨索采用三支錨固劑端頭錨固方式，錨索預應力為290 kN，錨固力為220 kN。

3.1.2 風橋挑頂處支護

由于2022 巷直接頂為砂質泥巖，巖體穩(wěn)定性差，在進行仰俯斜穿層爆破施工時，受圍巖穩(wěn)定性以及爆破震動影響，挑頂施工時出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，決定對風橋挑頂段采取“鋪設鋼筋網(wǎng)+錨索鋼帶+鉸接鋼棚”聯(lián)合支護。

（1）鋪設鋼筋網(wǎng)。斜坡段鋪設的鋼筋網(wǎng)采用8#鉛絲編制而成，每片鋼筋網(wǎng)規(guī)格為長×寬=2.0 m×1.2 m，鋼筋網(wǎng)最大承載強度為400 MPa。每挑頂長度達1.0 m 鋪設兩片鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)與網(wǎng)之間采用14#鉛絲捆綁連接，相鄰兩片鋼筋網(wǎng)搭接寬度為0.2 m。

（2）錨索鋼帶支護。風橋挑頂后及時對頂板采取JW 型鋼帶、錨索進行維護。“JW”型鋼帶長度為4.5 m，寬度為0.28 m，鋼帶上布置5 個直徑為30 mm 錨索鉆孔，孔距為1.0 m。每根鋼帶配套5 根長度為6.0 m、直徑為21.8 mm 錨索。斜坡段支護時錨索與斜坡面垂直布置。

（3）鉸接鋼棚支護。通過現(xiàn)場施工發(fā)現(xiàn)，斜坡段與平頂段之間的三角煤柱很容易出現(xiàn)破碎垮落，所以決定在三角區(qū)施工三架鉸接鋼棚。鉸接鋼棚主要由槽鋼、連接件以及讓壓支撐梁等部分組成，鉸接鋼棚安裝間距為1.0 m。如圖2。

圖2 風橋挑頂處支護平面示意圖

3.2 風橋構筑

（1）待風橋挑頂且支護完成后，在挑頂下方構筑風橋。首先在平頂段下方砌筑兩堵磚墻，磚墻砌筑高度為3.5 m，砌筑厚度為0.8 m，兩堵磚墻中心間距為4.4 m。砌筑磚墻前對底板進行掏槽，掏槽深度為0.5 m，寬度為1.0 m。

（2）磚墻砌筑完成后，在其上方鋪設密集工字鋼梁。鋼梁長度為4.5 m，寬度為0.11 m，共計鋪設40 根鋼梁。在鋼梁兩端各焊制一個直徑為30 mm 錨索穿拉孔，鋼梁鋪設后采用穿拉錨索將其固定。

（3）密集工字鋼梁鋪設完后，在其上方采用混凝土澆筑，澆筑后保證澆筑面距頂板高度不得低于2.9 m。風橋兩側斜坡采用矸石進行填充，并在其表面采用混凝土硬化澆筑，澆筑后斜面角度為22°。

4 結語

對店坪煤礦202 巷風橋挑頂施工工藝進行優(yōu)化，并對挑頂區(qū)采取聯(lián)合支護技術后，通過實際應用效果來看，解決了大斷面風橋施工難度大、效率低、支護困難等技術難題，取得了以下顯著應用成效：

（1）對風橋采取分層松動爆破施工工藝后，避免了一次性挑全高時裝藥量大，受爆破震動影響出現(xiàn)頂板破碎、垮落現(xiàn)象，而且采用分層爆破時可控制挑頂工程量，保證挑頂處頂板能夠及時支護，加快了風橋挑頂施工速度。2022 巷風橋挑頂周期為4.5 d，相比2021 巷風橋施工周期縮短了4 d。

（2）對風橋挑頂處采取合理有效的支護措施后，控制了受穿層以及震動影響的圍巖破碎現(xiàn)象，保證了挑頂施工安全。