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)
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(gòu)筑施工三部分。
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。
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(nèi)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。
3.1.1 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(zhì)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
(1)待風橋挑頂且支護完成后,在挑頂下方構(gòu)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(cè)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°。
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(shù)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(shù)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。