U29型钢棚在掘进巷道断层破碎带中应用

宋龙飞

（霍州煤电集团金能煤业有限公司，山西 忻州 035100）

1 概述

霍州煤电集团金能煤业有限公司总回风巷位于中一采区东南方向，巷道西北方向设计为中一采区三条上山巷道，东部为井田边界。施工巷道设计长度为110m，巷道设计为半圆拱形断面，断面规格为宽×高=5.0×3.8m。巷道掘进煤层为二叠系山西组2#煤层，平均厚度为4.3m，巷道沿煤层顶板平行掘进。总回风巷顶板无伪顶，直接顶主要以泥岩为主，平均厚度为9.7m，基本顶厚度4.3m。截至目前巷道已掘进80m。

总回风巷施工巷道初步支护设计，顶板采用锚杆、锚索、钢带进行联合支护。钢带长度为4.0m，每排施工两根钢带，钢带首尾锚杆叠加布置；每根钢带配套5根长度为2.5m左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间距为0.9m；顶板锚索长度为5.0m，每排布置4根，锚索间距为1.5m，排距为3.0m。

地测资料显示，总回风巷掘进至90m处将揭露正断层，断层落差为1.4m，倾角为52°。受构造应力影响，巷道掘进至75m处顶板出现破碎现象，局部出现冒顶，仅采用锚杆、锚索支护对顶板维护效果差，顶板下沉现象严重。对此金能煤矿通过技术研究，决定采用U29型钢棚进行顶板维护，确保巷道安全快速掘进。

2 U29型钢棚架设工艺

（1）总回风巷从80m处开始架设U29型钢棚，钢棚为拱形断面，断面规格为宽×高=5.0×4.0m。钢棚主要由两节棚腿、三节弧形顶梁、底座、拉杆、卡缆、连接片等部分组成，棚腿长度为1.5m，每节弧形顶梁长度为2.0m。如图1所示。

（2）钢棚架设时，必须提前搭设工作盘，并从外向里依次架设。所有未架设的钢棚材料在巷内规定的地点必须分类依次码放整齐。码放物料时不得影响行人及行车安全。

（3）总回风巷从80m处开始架设U29型钢棚，钢棚架设间距为0.5m，共计架设31架，钢棚架设区间长度为15m。钢棚架设顺序：底座→棚腿→顶梁。底座与底板之间采用地锚固定，棚腿与底座采用连接螺母固定，顶梁与棚腿、顶梁与顶梁之间采用卡缆进行固定，固定长度不得低于0.5m。

（4）钢棚架设后，在相邻两架钢棚之间采用5根直径为16mm圆钢拉杆进行连接，如图1所示。每根拉杆长度为0.8mm。拉杆套管使用外径为32mm、壁厚4mm的无缝钢管焊接而成，每个套管长度为0.5m。拉杆套管焊接在U29钢棚腿及棚梁腰部外侧。

（5）为了确保钢棚架设稳定，在架棚段两端棚腿采用2根长度为2.0m、直径为22mm的左旋无纵筋螺纹锚杆，将其与巷帮固定，中间段要求每隔5架棚固定一架，固定锚杆离巷道底板高度为1.3m。每根锚杆使用一卷MSK2360型树脂药卷锚固。

（6）钢棚架设完成，在钢棚与巷道围岩间隙处采用水泥背板塞紧背实，水泥背板规格为长×宽=1.0×0.3m。每架钢棚使用U29型钢配套卡兰连接，各棚梁、棚腿之间使用机械或者力矩扳手拧紧卡兰，卡兰预紧力不得低于200N·m。

图1 总回风巷U29型钢棚架设断面示意图

3 架设钢棚安全技术措施

3.1 架棚安全措施

（1）U29型钢棚架设前必须对巷道底板进行整平，确保钢棚底座安装在坚硬底板上。若底板相对松软应进行起底施工基础坑，规格为长×宽×深=0.3×0.3×0.2m，起底后对基础坑进行混凝土浇筑。

（2）在巷道两帮给定钢棚架设控制中线，钢棚架设时应严格按照中线进行施工，同一架钢棚两根棚腿垂直面与巷帮应垂直，误差不得超过3°。

（3）在安装顶梁时应提前在安装地点架设工作盘，工作盘高度以便于施工为宜，工作盘应采用直径不小于300mm圆木搭设而成，圆木之间采用铅丝捆绑，确保牢固可靠。

（4）钢棚棚腿、顶梁之间采用卡缆进行预紧固定，固定长度及预紧力必须符合设计要求。钢棚架设后不得出现倾斜现象，相邻两架钢棚之间采用连接杆固定时必须确保连接杆处于受力状态。

3.2 破碎冒落顶板安全维护措施

（1）破碎顶板维护措施。在破碎、下沉顶板架设钢棚时，由于顶板承载能力低，钢棚架设后顶破碎顶板被动支护应力小，无法起到预期支护作用，可对破碎顶板提前采取马丽散注浆加固，从而提高破碎顶板稳定性。

（2）冒落顶板维护措施。当施工巷道在断层带附近出现冒顶时，应及时对冒顶区域采取“人工假顶+注射膨胀剂”等联合措施进行加固维护。具体施工方案如下：① 在冒落区下方施工锚索吊棚，吊棚间距为1.0m，吊棚面与巷道设计顶板齐平；②锚索吊棚施工完后，依次在吊棚上方铺设金属网、风带布，并架设“井”字型木垛，确保木垛架设后完全与冒落顶板接触严实，如图2所示。木垛架设完成后，在冒落区空隙处填充罗克修膨胀剂，确保填充剂与冒落区围岩完全粘接，提高冒落区围岩稳定性，同时有效防止冒落区瓦斯集聚现象。

图2 冒落顶板联合维护施工断面图

4 结 语

霍州煤电集团金能煤业有限公司在一采区总回风巷过断层期间采用架设U29型钢棚进行加强支护，提高了应力区顶板的稳定性，弥补了传统锚杆、锚索支护作用的不足，保证了巷道架棚施工安全。通过后期对断层带的顶板观察发现，架棚后施工巷道未出现严重破碎现象，巷道在90m处顶板下沉量较大，为0.14m，其他地段顶板下沉量控制在0.10m以下，取得了较好效果。