人工砌筑三角柱在交叉巷道中应用实践

2019-06-06唐鹏

山东煤炭科技 2019年5期

唐鹏

（大同煤矿集团云冈矿，山西大同 037003）

1 概述

大同煤矿集团云冈矿21105巷位于井田311盘区西翼，工作面北部为实煤区，东部为51105巷，南部为311盘区大巷，西部为51107巷。巷道设计长度为1310m，巷道设计断面规格为4.2m×3.0m，巷道掘进煤层为11#侏罗纪煤层，煤层平均厚度为3.0m。

为了便于21105巷在后期掘进时回风，当巷道开口掘进120m后从施工巷道进向右手帮开口向回风巷方向施工一条回风绕道，绕道与21105巷夹角为30°，绕道设计长度为70m。21105回风绕道设计断面规格与21105巷断面规格相同，施工到位后与11#层回风巷贯通，截至目前21105回风绕道已掘进14m。如图1所示。

21105巷绕道掘进施工期间顶板采用锚杆、锚索、金属网联合支护。顶板每排布置5根长度为2.5m左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间排距为0.9×1.0m；锚索采用长度为5.3m预应力钢绞线，每排布置3根，间排距为1.5×3.0m。护帮采用单锚杆进行维护，共计布置三排，排间距为1.0×1.0m，锚杆采用长度为2.0m左旋无纵筋螺纹钢锚杆。

图1 21105巷与21105回风绕道平面布置示意图

2 21105回风绕道施工技术难题

21105回风绕道拐角大无法采用掘进机施工，机掘五队决定采用爆破施工工艺。由于回风绕道与21105巷夹角为30°，回风绕道在开口掘进5.0m范围内绕道与21105巷之间三角巷帮煤柱最宽为2.5m，而巷帮采用长度为2.0m锚杆进行维护，致使巷帮锚杆完全失效，起不到支护作用。同时在爆破震动作用下该段三角煤柱完全垮落，造成顶板空顶面积达5.4m2，不利于顶板安全管理。

21105回风绕道掘进前期对两巷交叉点三角煤柱垮落空顶处采用支设木柱的方法进行维护，但是随着巷道掘进延伸，应力加大，导致空顶处顶板出现断裂，下沉量达0.33m，且交叉巷道三角煤柱垮落面积也随之加大。当巷道掘进至14m处时三角煤柱垮落长度达8.0m，严重威胁着巷道掘进施工。

3 交叉巷道巷帮三角煤柱维护措施

3.1 施工工艺

为了提高巷帮三角煤柱稳定性，加强巷帮支护效果，减少巷道交叉处空顶面积，确保21105回风绕道后期安全快速掘进，机掘五队通过技术研究决定对三角煤柱垮落地段采取人工浇筑技术进行维护。

（1）首先在三角煤柱垮落顶板处施工密集工字钢梁进行加强支护，钢梁长度为3.5m，每根钢梁配套三根长度为5.3m、直径为17.8mm预应力钢绞线，钢梁布置间距为2.0m，空顶处共计施工5根工字钢梁。

（2）顶板加强支护施工完后对其底板进行起底浇筑，起底断面为直角梯形，起底深度为0.3m,起底后采用混凝土进行底板硬化。

（3）三角煤柱垮落地段顶底板加固后进行支设木柱，木柱长度为3.0m，直径为300mm，木柱支设排距为1.5m，共计支设5排木柱，共计13根木柱。木柱支设完成后相邻两根木柱之间采用钢丝进行联锁保护。

（4）木柱支设完成后在木柱外围采用长度为3.0m、宽度为0.3m木板进行支盒子。支盒高度达1.0m时对盒内进行浇筑，浇筑时水泥、砂子、石子配比为1:2:2，并添加速凝剂。当浇筑到位后再进行支盒，依次类推，直至混凝土浇筑与顶板完全接触。

（5）为了保证人工砌筑三角煤柱与巷道煤柱连接为整体，人工煤柱浇筑至0.8m、1.8m以及2.8m处时分别对巷道煤柱施工三根长度为2.5m锚杆，锚杆间距为1.5m。锚杆锚固端位于巷帮煤柱内，螺母端位于支盒内，在螺母端安装长度为1.0m、宽度为10mm槽钢，并进行预紧，如图2所示。

（6）为了进一步加固人工砌筑三角煤柱稳定性，防止浇筑后发生膨胀变形，混凝土浇筑凝固后21105巷侧施工两排护帮锚索，排间距为1.5m，并穿插至回风绕道侧，两边采用长度为0.5m，宽度为0.28m“JW”型钢带预紧。

图2 交叉点人工施工三角煤柱平面示意图

3.2 应用效果分析

（1）21105巷与回风绕道交叉点处施工人工浇筑三角煤柱后，在其顶板施工GUD500矿用数显顶板离层仪。通过30d数据观测分析发现，人工浇筑三角煤柱后大大提高了巷道交叉点顶板稳定性，在0～12d内交叉点处顶板出现局部离层现象，最大离层量为0.14m，在12～25d内顶板下沉量逐渐减小，在第26d后顶板下沉量为零；人工浇筑三角煤柱后顶板未出现破碎现象。

（2）人工浇筑三角煤柱避免了顶板空顶现象，解决了因顶板应力集中造成三角煤柱垮落、煤柱维护难度大等技术难题。通过现场观察发现，施工人工三角煤柱后21105回风绕道在后期掘进时巷帮三角煤柱未出现片帮、垮落事故，提高了三角煤柱处支护效果，巷道掘进速度提高至4.2m/d。