大跨度小夹角巷道立交的研究与应用

2022-02-10姜启彬范备战

山东煤炭科技 2022年12期

姜启彬范备战秦涛

（临沂矿业集团菏泽煤电有限公司郭屯煤矿，山东菏泽 274700）

1 工程背景

郭屯煤矿-808 m 辅助进风上山是矿井主要辅助进风大巷，巷道设计净宽5 m，+12°施工。-670 m回风补巷是矿井主要回风大巷，巷道设计净宽5 m，+15°施工。两条开拓大巷于-746.3 m 处立交，A点至B 点水平距离20 m，层间距0～1.6 m，水平投影夹角30°。由于-808 m 辅助进风上山掘进进度先于-670 m 回风补巷100 m，工期紧张不能暂停施工，一般的下层巷道架棚方案不能使用。因此立交架棚方案只能定在-808 m 辅助进风上山，需在AB点造假底作为-670 m 回风补巷的假顶，但是由于立交跨度达20 m，一般铺底的方案无法满足安全要求。巷道立交位置图如图1。

图1 巷道立交位置图（m）

技术人员通过摸索、借鉴和力学计算决定采用帮部锚杆悬吊工字钢的立交方案[1-3]。

该技术方案理论上适用于煤矿井下各种夹角的巷道立交，解决了普通过立交方法不适用于大跨度、小夹角的难题，且不受上下层巷道施工顺序困扰。

2 技术研究及方法

2.1 技术方案研究对比

针对小夹角、大跨度的立交特点，技术人员先后提出了：（1）暂停上层巷道施工，先施工下层巷道，再采用传统方法在下层巷道架棚造假顶方案，然后再施工上层巷道；（2）先施工上层巷道，然后对上层巷道底角刷扩，混凝土预制底，再铺设工字钢造假底，下层巷道施工时，缩小巷道宽面至4.4 m；（3）先施工上层巷道，卧底铺设工字钢，在帮部打设锚杆，用于悬吊工字钢，浇筑后再施工下层巷道，最后在下层巷道施工时再架设可缩钢棚。

经过研究对比发现：传统架棚方案需暂停上层巷道施工，按照当时掘进速度和现场条件，耽误工期约1 个月；铺设假底方案是一种在大夹角、小跨度立交上常用的方法，但是本立交夹角仅为30°，跨度长达20 m，且作为矿井主要回风巷，不易缩小巷道断面；帮部锚杆悬吊工字钢的立交方案可以在不改变巷道施工顺序和巷道断面的情况下，解决小夹角、大跨度立交难题。

2.2 帮部锚杆悬吊工字钢立交方案

立交跨度达20 m，为保证安全，设计按照23 m，每侧多留出1.5 m。因此需在上层巷道施工23 m 假底作为下层巷道假顶。设计采用直径6 mm 编织焊接金属网和12#矿用工字钢作为假底基础骨架，并浇筑400 mm 厚C30 混凝土。12#工字钢按照排距1 m 进行密排，需用量24 根。巷道宽度5 m，12#工字钢长度选取5.4 m，每侧进入煤壁20 cm，防止巷道立交时漏风。在下层巷道掘进至假底下部时，再采用可缩U 型钢架棚，进一步提升安全系数。

假底重量：53 根12#工字钢重1739 kg，混凝土50 m3重120 t，金属网约1 t，总重量约123 t。帮部锚杆采用MSGLD500-22/2400 螺纹钢锚杆，每根锚杆设计锚固力16 t，水平+30°施工，每根锚杆可提供8 t 拉力，每根工字钢两端各由2 根锚杆固定，共需锚杆92 根，提供736 t 拉力，完全满足安全要求。如图2、图3。

图2 上层巷道假底断面示意图（mm）

图3 上层巷道剖面示意图

2.3 悬吊立交施工步骤

（1）上层巷道施工过设计立交位置50 m 后，在距离底板1.3～1.5 m 的位置标记巷道腰线，腰线+12°与底板平行；在设计立交范围内对底板进行卧底0.4 m，长23 m，宽5.4 m，并清理浮矸。

（2）卧底后，在底板铺设直径6 mm 的编织焊接金属网，网片之间搭接采用直连或12#铁丝绑扎，压茬100 mm。

（3）自巷道上坡向下铺设12#矿用工字钢，垂直于巷道两巷，每侧进入帮部0.2 m，排距1 m。12#矿用工字钢之间采用1.4 m 锚杆连接，每根至少连接2 根锚杆，使工字钢连成一体。如图4。

图4 步骤3（m）

（4）在巷道两帮腰线位置、对应的工字钢正上方施工2 根锚杆，锚杆水平+30°施工。锚杆与工字钢之间使用40T 链子连接。

（5）工字钢上方铺设一层直径6 mm 的编织焊接金属网，并使用双股12#铁丝将工字钢与上下侧金属网连接到一起，间距300 mm；使用C30 混凝土进行浇筑，并养护7 d。

（6）下层巷道掘进过立交位置后，进行架棚，棚距1 m，完成施工如图5。

图5 完工后立交俯视图

2.4 悬吊立交创新点

由于井下空间错综复杂，巷道立交关系（上下层位置、层间距、巷道夹角）和上、下层巷道施工顺序不一定按照人们理想的方案执行，部分巷道立交情况无法按照现有常规的方法施工。架棚过立交只是一种常规的过立交方案，不能满足大跨度、小夹角巷道立交的施工要求。根据施工经验，架棚过立交方案只适用于巷道立交跨度不大于10 m、巷道夹角不小于50°的情况。如净宽5 m 的巷道夹角是30°，跨度就达到了20 m，会造成长距离超高段巷道的形成，仅仅靠下层巷道铺设的钢筋网是不能保证安全的，一旦失效势必造成立交位置大范围片帮。且该方法只能先施工下层巷道后再施工上层巷道。考虑到井下巷道施工的时间不同（时间跨度可能在2 年以上），以及通风、安全问题，上下层巷道施工的先后顺序有严格要求，不可能一直先施工下层巷道再施工上层巷道。

帮部悬吊过立交方案是借鉴大跨度斜拉桥的设计思路，将巷道帮部实体煤当做桥塔,将40T 链条作为斜拉钢索，把密排工字钢作为桥面，形成主动支承连续梁，以满足巷道小夹角、大跨度要求。具有以下特点：

（1）不受巷道施工顺序影响，适用于新老巷道立交施工。

（2）可满足井下不同夹角、跨度巷道施工要求，尤其适用于井下小夹角、大跨度巷道施工。

（3）节省工期，立交施工不受工作面掘进影响，可在迎头后方施工，避免随掘随架设钢棚的弊端。

（4）节省材料，相比传统架棚过立交方案，帮部悬吊过立交方案不需要支设棚腿，节省支护材料。