掘进工作面过采空区钢管帷幕法+U29 钢棚施工应用

王宏勇

（山西汾西正升煤业有限责任公司， 山西 吕梁 032300）

引言

矿井资源整合前，由于小煤窑开采不合理，导致资源整合后，给新矿井开拓巷道过程中造成非常大的安全隐患。在掘进过程中，遇到采空巷道，还有比较全面的施工方法通过。但是这次在掘进过程中遇到一定范围的采空区，因此，采取针对性的防治措施对安全通过采空区有非常重大的意义。为此，本文以山西某矿西翼胶带大巷综掘工作面过采空区为工程实例，对采取钢管帷幕法+U29 钢棚进行探讨，以期为其他矿井安全通过采空区提供一定的经验借鉴。

1 山西某矿西翼胶带大巷综掘工作面概况

西翼胶带大巷综掘工作面西至西翼轨回联络巷（未掘），南距西翼回风大巷35 m（已掘），东与西翼带式输送机上山相连，北距西翼轨道运输大巷35 m（已掘）。考虑西翼胶带大巷作为主运输巷道及采空区与西翼胶带大巷的空间位置关系，且西翼胶带大巷已施工79 m，综合考虑这些因素，西翼胶带大巷掘进方案确定为继续沿方位走向270°、倾向5°上山通过该采空区域，采用钢管帷幕法、架U29 型钢棚+喷浆永久支护施工工艺，巷道断面为半圆拱形断面，掘宽5 215 mm、高4 050 mm，净宽4 800 mm、高3 800 mm。

2 钢管帷幕法+U29 钢棚

钢管帷幕法+U29 钢棚是通过采空区的主要措施之一，在钢管帷幕法的作用下，防止采空区巷道上方的大块岩石掉落，起到掘进巷道时前探梁的作用，确保工人在作业范围的安全，在此基础上，架设U29钢棚进行永久支护。文中以西翼胶带大巷过采空区为工程实例，对钢管帷幕法+U29 钢棚等进行阐述。

2.1 钢管帷幕布置

掘进前，在掌子面，利用YT-28 型风钻，沿巷道轮廓线往外25 mm 的位置打眼，孔距300 mm、直径50 mm、长3 000 mm。钻孔完毕后，将直径42 mm、长3 000 mm 的钢管穿入钻孔，然后利用Φ20 mm、长500 mm 的钢筋一头插入钢管，另一头搭接在头架钢棚上，固定牢靠后开始掘进。

掘进采用综掘方式进行作业。短掘短支，分断面进行掘进，最大控顶距为800 mm，最小控顶距为100 mm，循环步距700 mm。掘进至帷幕下方剩余不小于1 m 时，在两孔300 mm 中间继续打孔进行下一循环超前帷幕循环，以此类推，直至全部通过采空区，如图1 所示。

图1 钢管帷幕布置示意图（单位：mm）

2.2 U29 钢棚永久支护

钢棚采用矿用U29 型钢棚。U29 型棚分为棚梁和棚腿两部分，棚梁弧长为4.8 m 和4.785 m，水沟侧棚腿长为1.7 m，无水沟侧棚腿长为1.5 m，在棚腿底部焊接一块长300 mm、宽300 mm、厚16 mm 的钢板，柱窝深度100 mm，钢棚棚距为700 mm（中-中）。架棚棚体迎山有力，迎山角度1°，不得出现前倾后仰、棚腿迈步等现象。棚梁与棚腿连接处采用梁腿搭接卡缆固定的方式，搭接长度为500 mm，棚腿与棚梁要严密[3-4]。每两架钢棚之间架设4 副拉杆，拉杆采用Φ16 mm×500 mm 圆钢加工。钢棚后先用铺设一层钢筋网片，后用水泥背板与实顶、实帮背实背严，背板花背布置。水泥背板间距450 mm（中-中）。钢筋网片选用Φ6 mm 圆钢焊接的钢筋网，钢筋网网幅为2 000 mm×1 000 mm，网孔尺寸为100 mm×100 mm，搭接100 mm，每隔200 mm 用16 号铁丝双股绑扎。水泥背板规格为长1 000 mm×宽150 mm×厚80 mm 的钢筋混凝背板。最后采用C25 混凝土对架设好的钢棚喷射150 mm 混凝土进行封闭，如图2 所示。

图2 永久支护示意图（单位：mm）

3 应用效果分析

现通过支护、防治水、“一通三防”、综合管理等方面进行如下分析。

1）支护方面：工作面通过钢管帷幕法加强临时支护，保证施工人员安全，采用U29 钢棚+喷浆支护，加强巷道支护强度。工作面出现局部漏顶或掉落大石头时，可将钢管换成矿用工字钢轨道

2）防治水方面：根据西翼胶带大巷的施工位置与四邻关系，确保西翼胶带大巷施工区间采空区内未有水害隐患。

3）“一通三防”方面：施工作业人员必须随身携带自救器，并能正常使用，确保发生意外后确保个人防护，并且熟悉避灾路线，确保发生意外能安全撤离；风筒出口必须紧跟迎头，距掌子面不超过5 m，且吊挂平直，不得漏风，确保风量满足要求；工作面瓦斯传感器必须靠近迎头，严格按照规定吊挂在迎头顶板，并保证其完好，准确监测；当班跟班队干必须携带瓦斯报警仪、氧气测定仪、CO 报警仪等通防仪器仪表，进入工作面后要对巷道内所有通防设施进行一次全面检查，确保完好；每班瓦检员必须坚守岗位，检查通风设施，随时对工作面进行有害气体检查，当工作面发现通风设施有漏风等现象或瓦斯及有害气体浓度超过规定，立即停止作业，撤出人员，切断电源，汇报矿调度室进行处理，直至将有害气体降至允许浓度下，方可继续作业。通过上述措施，保证掘进期间工作面气体正常[5]。

4）综合管理方面：成立以矿长为总负责的西翼胶带大巷过采空区领导小组，坚持各级领导跟班上岗，靠前指挥，发现异常及时处理，确保掘进期间的安全施工；安排技术员对工程施工质量进行监督并对工程量进行统计，确保现场监管安全施工。

4 结语

西翼胶带大巷过采空区安全顺利通过，共通过采空区31 m，架棚53 架，说明钢管帷幕法+U29 钢棚施工方法可行；掘进过程中采用十字观测法进行围岩观测，巷道变形在2 mm 范围内，满足施工需要；相对于砌碹、向采空区注高分子材料，通过经济对比分析，节省成本31 万元，比较经济；通过操作方面对比，可操作性强。