大断面风桥安全施工技术及支护工艺应用

张华翔

（霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿，山西 吕梁 033102）

1 概述

店坪煤矿2022 巷担负着202 工作面回采时煤炭运输任务，巷道位于830 m 水平左翼，东西走向布置，西部为830 系统大巷，东为830 北翼辅助运输巷，北西部为304 工作面，南北部为201 采空区。2022 巷设计长度为1200 m，巷道设计断面宽×高=4.5 m×3.5 m，巷道沿5#煤层底板掘进，煤层均厚3.0 m，平均倾角2°。煤层顶底板岩性见表1。

表1 2022 巷掘进的5#煤层顶底板岩性表

巷道从830 皮带巷开口施工，巷道掘进35 m后过830 轨道巷，掘进70 m 后过830 回风巷。为防止202 工作面回采期间出现风流紊乱现象，需在2022 巷过830 回风巷期间施工大断面风桥，风桥施工长度为24 m。风桥施工主要包括风桥挑顶施工、风桥顶板支护和风桥构筑施工三部分。

2 风桥快速挑顶施工工艺

2.1 风桥挑顶断面规格

2022 巷风桥挑顶总长度为24 m，宽度为3.5 m，主要包括斜坡部分和平顶部分，共计两个斜坡，斜坡水平长度为9.0 m，平顶长度为6.0 m，如图1。斜坡角度为22°，斜坡挑顶到位后保证挑顶高度为3.5 m。

2.2 挑顶施工工艺

为了保证2022 巷风桥挑顶安全，加快风桥挑顶速度，决定采用分层松动爆破法施工工艺[1-5]。

（1）202 风桥挑顶前在其下方全断面搭设高度为2.8 m、宽度为3.5 m 的工作盘。工作盘采用长度为3.0 m、直径为300 mm 原木进行搭接。为了便于挑顶落下的煤矸及时运出，在工作盘中部预留一个长度及宽度为1.5 m 的漏煤口。漏煤口安装漏煤装置与下部输送机搭接。

（2）工作盘搭设完成后开始挑顶施工。首先在斜坡挑顶起始位置施工一排仰斜松动爆破孔，每排布置5 个钻孔，孔间距1.0 m，钻孔仰角22°，深度1.0 m，采用Y28 型钻机配套直径32 mm 合金钢钻头进行钻孔施工，钻孔直径为35 mm。

（3）第一排仰斜爆破孔施工完后，对钻孔内填装一支长度为0.3 m、装药量为0.3 kg 的矿用乳化炸药以及一支毫秒延期电雷管，并对孔口采用水炮泥进行封孔处理，封孔长度不得低于0.5 m，最后进行爆破施工。

（4）当挑顶高度达1.0 m 后，停止仰斜爆破施工，对挑顶处施工分层爆破孔、分层爆破孔垂直岩体布置，每排5 个钻孔，孔间距0.8 m，深度1.0 m，然后进行装药爆破。当挑顶高度达2.0 m 时布置两排松动爆破孔，排距为1.0 m，第一排炮孔距顶板间距为0.5 m，如图1 所示，依次类推直至风桥挑顶达到设计高度。

图1 2022 巷风桥分层爆破挑顶示意图（mm）

（5）当仰斜段（AB 段）及平顶段（BC 段）挑顶完成后，对俯斜段（CD 段）布置俯斜钻孔。俯斜段挑顶时钻孔从下往上依次分层布置，钻孔深度为1.0 m，顶板处钻孔以22°俯角布置。

3 顶板支护及风桥构筑

3.1 顶板支护技术

3.1.1 挑顶前锁口支护

为了防止风桥挑顶时出现顶板垮落事故，在挑顶前对两个斜坡段开口处采用组合锚索进行锁口施工。

（1）为了提高风桥开口处围岩稳定性，决定在开口处施工一排组合锚索进行锁口支护，共计4组，组合锚索布置间距为1.2 m。组合锚索主要由组合托板和恒阻锚索组成，组合托板长度及宽度为0.5 m，托板四个角及中部各焊制一个直径为28 mm锚索支护孔。

（2）组合锚索施工时先安装中部锚索，中部锚索安装后在其下端安装组合托板，然后依次施工其他四根锚索。锚索采用三支锚固剂端头锚固方式，锚索预应力为290 kN，锚固力为220 kN。

3.1.2 风桥挑顶处支护

由于2022 巷直接顶为砂质泥岩，岩体稳定性差，在进行仰俯斜穿层爆破施工时，受围岩稳定性以及爆破震动影响，挑顶施工时出现失稳现象，决定对风桥挑顶段采取“铺设钢筋网+锚索钢带+铰接钢棚”联合支护。

（1）铺设钢筋网。斜坡段铺设的钢筋网采用8#铅丝编制而成，每片钢筋网规格为长×宽=2.0 m×1.2 m，钢筋网最大承载强度为400 MPa。每挑顶长度达1.0 m 铺设两片钢筋网，网与网之间采用14#铅丝捆绑连接，相邻两片钢筋网搭接宽度为0.2 m。

（2）锚索钢带支护。风桥挑顶后及时对顶板采取JW 型钢带、锚索进行维护。“JW”型钢带长度为4.5 m，宽度为0.28 m，钢带上布置5 个直径为30 mm 锚索钻孔，孔距为1.0 m。每根钢带配套5 根长度为6.0 m、直径为21.8 mm 锚索。斜坡段支护时锚索与斜坡面垂直布置。

（3）铰接钢棚支护。通过现场施工发现，斜坡段与平顶段之间的三角煤柱很容易出现破碎垮落，所以决定在三角区施工三架铰接钢棚。铰接钢棚主要由槽钢、连接件以及让压支撑梁等部分组成，铰接钢棚安装间距为1.0 m。如图2。

图2 风桥挑顶处支护平面示意图

3.2 风桥构筑

（1）待风桥挑顶且支护完成后，在挑顶下方构筑风桥。首先在平顶段下方砌筑两堵砖墙，砖墙砌筑高度为3.5 m，砌筑厚度为0.8 m，两堵砖墙中心间距为4.4 m。砌筑砖墙前对底板进行掏槽，掏槽深度为0.5 m，宽度为1.0 m。

（2）砖墙砌筑完成后，在其上方铺设密集工字钢梁。钢梁长度为4.5 m，宽度为0.11 m，共计铺设40 根钢梁。在钢梁两端各焊制一个直径为30 mm 锚索穿拉孔，钢梁铺设后采用穿拉锚索将其固定。

（3）密集工字钢梁铺设完后，在其上方采用混凝土浇筑，浇筑后保证浇筑面距顶板高度不得低于2.9 m。风桥两侧斜坡采用矸石进行填充，并在其表面采用混凝土硬化浇筑，浇筑后斜面角度为22°。

4 结语

对店坪煤矿202 巷风桥挑顶施工工艺进行优化，并对挑顶区采取联合支护技术后，通过实际应用效果来看，解决了大断面风桥施工难度大、效率低、支护困难等技术难题，取得了以下显著应用成效：

（1）对风桥采取分层松动爆破施工工艺后，避免了一次性挑全高时装药量大，受爆破震动影响出现顶板破碎、垮落现象，而且采用分层爆破时可控制挑顶工程量，保证挑顶处顶板能够及时支护，加快了风桥挑顶施工速度。2022 巷风桥挑顶周期为4.5 d，相比2021 巷风桥施工周期缩短了4 d。

（2）对风桥挑顶处采取合理有效的支护措施后，控制了受穿层以及震动影响的围岩破碎现象，保证了挑顶施工安全。