单体与矿车在架棚施工中的组合运用

苏蓉昊

（国投新集能源股份有限公司 板集煤矿，安徽 亳州236744）

0 概述

受特殊地质条件限制，板集煤矿副井马头门布置在4煤顶板泥岩中，前期由于马头门多次变形、破坏严重，虽在原支护基础上进行补强，因上覆岩层受重复扰动影响，致使马头门支护失效。马头门处围岩压力显现较为明显，马头门净宽由5.8m缩到5.06m，缩量达0.74m,顶底板破坏严重。现副井马头门上覆岩层历经沉降趋稳，并对马头门修复前注浆加固，来提高围岩的自身承载力；支护形式将原直墙半圆拱改为“马蹄”形断面，来提高支护断面形式的受力状况。由于马头门支护断面大，修复工期长，为避免大面开挖集中来压，达到及时有效支护目的，修复采取由上向下分四层修复及时支护方法。

1 工程概况

1.1 工程情况

此次马头门修复是对原支护全部破除后进行高强度支护修复，支护断面由原直墙半圆拱改为“马蹄”形断面，双36U型棚封闭式支护，双筋大厚高强C60钢钎混土支护。

马头门第一分层高度2.75m，先清理刷扩后进行锚网喷支护，然后根据架设双36U型棚，每架组合梁长3.4米，梁弧长7.809m，对焊双36U型棚重641.6kg，为便于施工设计成三节，节间焊0.02钢板用螺栓缝接，顶梁设计长2.971m，重240.2 kg，侧梁长各2.419m,重各200.7 kg。

图1 “马蹄”形棚支护结构

1.2 支护设计

根据设计将副井井筒井底车场连接处分成四个段高。第一段高为2.75m，第二段高为2.5m，第三段高为2.5m，第四段高为3.9m。连接处断面纵向清理按先拱部，再侧墙，最后到底部的顺序，分四段高，具体高度以方便人工进行支护及挖掘梁窝、安装工字钢横撑为宜，上分层顶板清淤长度距井筒中心线13.4m，下分层距井筒中心线8.5m，顶部一层（约2.75m）清淤完后，再清淤中部侧墙（2.5 m×2个段高），最后清淤下部(3.9m)，每层清淤高度超深1000mm，以便挖掘梁窝。连接处东、西两侧底板均距井筒中心线8.5m，下部分层破除后、锚网架支护，一次支护与井筒底部破除支护同时进行，待一次支护完成后，由井底向上逐层段高进行浇筑施工（如图1）。

2 施工工序

梁1采用三段槽钢，通过螺栓连接成一个整梁，设计总长度9180mm。使用3T手拉葫芦先安装梁窝部分的工字钢，梁窝中工字钢安装完后，在使用3T手拉葫芦起吊梁1中间部分，使用M20×80mm的高强螺栓固定使钢梁的三部分连接成整体，最后固定钢梁找平并校正及时进行喷浆充填，喷射砼强度等级C20。使用3T手拉葫芦起吊梁6，将托梁6安装在梁1上并使用M20×80mm的高强螺栓固定，托梁设计长度3400mm，托梁6下方设置钢钎，钢钎应打入稳定围岩中，钢钎采用Φ36mm圆钢加工，钢钎长度800mm，间距680mm，钢钎外口与托梁外口齐平，钢钎长度和间距可根据现场情况适当调整。 U型钢支架安装在梁6上，U型钢支架底脚支撑与梁6采用M20×80mm的高强螺栓固定，U型支架应预紧，U型钢支架设计间距340mm。U型支架架设完成后，安装第一段高U型钢支架分为如下两个步骤：

第一步先安装两侧双36U型钢支架，使用3T手拉葫芦将要安装的侧梁升起到设计位置，用高强螺栓将侧梁与梁6连接并安装好全部连接螺栓，两侧U型钢支架安装完毕后，再安装顶部U型钢支架。

第二步安装顶部双36U型钢支架，在矿用材料车的中部安装一个液压点柱，液压点柱与矿用材料车连接牢固，使用3T手拉葫芦把需要安装的顶部双36U型钢支架放在液压点柱上，慢慢升起液压点柱使顶部双36U型钢支架到达设计位置并与两侧的双36U型钢支架连接成一个整体，连接使用M20×80mm的高强螺栓固定。U型钢支架与顶板之间局部使用10#槽钢结合铁楔背实。

施工顺序即：先架设横向大梁，然后固定边梁，再架设侧梁，最后架设顶梁，梁与梁间均用螺栓缝接。为确保第一分层顶梁安装安全及工效，结合现场实际及自有设备，在施工过程中，针对拱部双36U对焊棚，梁弧长7.809m，重641.6kg，架设施工困难，利用现有材料车配轨道作移动及固定装置，用水压单体作动力装置，组合加工单体液压架棚机，实现了架棚半自动化，减轻架棚体力劳动及架棚安全性。

3 单体液压架棚机结构及工作原理

3.1 单体初撑力计算

井筒处于修复期，单体以水压为动力，井筒垂深750m，静水压力7.5MPa，由此计算DW20型单体，注入7.5MPa水压单体初撑力为：

换算质量单位：58.8×1000÷9.8=6000 kg

经计算单体水压动力方案可行。

附：DW20型外注式单体设计技术参数（表1）.

表1

3.2 组成结构

水平横向大梁9加工安装前以梁中为参照加工轨道固定块螺栓眼；轨道8用固定块固定在大梁上；固定缸套7用螺栓固定在材车6的底托架上；单体上端固定加板5采用螺栓固定在材料车上沿两帮；托架3扣夹在单体4顶部受力板上；梁1平放于梁托架3上（如图2）。

图2 单体液压架棚机结构示意图

3.3 工作原理

棚梁升降：利用液压单体加压与卸压实现棚梁自动升降。

棚梁前后位移：利用材料车轮毂在轨道滚动实现棚梁的前后位移调整。

操作工序：侧梁首先安装固定在纵梁上，然后将轨道、材料车、单体固定，单体复位到最小高度1240mm，棚梁一次人工抬到材料车帮上，调整梁两边等长后，将梁架到单体顶端梁托上，调整梁重心并使梁升后位置偏固定位300mm左右，用水枪对单体缓慢加压，梁慢慢升起，等超过固定梁位水平高约50mm，停止加压。前后人工移动材料车，使用梁入位，然后缓慢降压，使梁端对接好后穿好螺栓固定连接。

3.4 单体液压架棚工艺工效

液动架棚比传统人工架棚前探梁临时支撑劳动强度减小一半以上，将抬举高度控制在1-1.2m的用力范围，棚梁升降靠液压单体升降，不仅提高架棚速度，还在架棚安梁安全上大大提高了安全系数。

此次液动架棚机设计与应用，是接合现场实际，针对双36U较重，对接要求严格，马头分层分阶段施工空间有限，特殊条件下施工工艺，现场施工人工效率高，安全效果好。

4 结束语

单体液压架棚机针对性较强，不过其原理简单，在条件允许情况下，可以推广到岩巷二次支护套棚施工中，通过更换单体提高行程，通过安装双单体实现双梁同上，可大大提高工效，减轻劳动强度。