南五下组煤单轨吊过空巷及超高段技术研究

安 帅

（山西西山煤电股份有限公司马兰矿， 山西 古交 030205）

单轨吊作为煤矿的一种辅助运输设备，具有安全性强、驱动力大、适应性强的特点，可同时应用于回采及掘进巷道，对于解决马兰矿掘进队组运料困难的问题有很好的效果。因此，马兰矿南五下组煤计划试运行单轨吊运输系统，继而推广到整个矿井。目前，南五下组煤正在进行单轨吊辅助运输系统改造。在安装轨道过程中，需从910南大巷、南五下组煤进风石门下部穿过，层间距分别为7 m、5 m。另外，南五下组煤辅助运输下山有2处超高段，巷道高度达到6 m。这四处地点无法采用“锚索+吊挂板”的悬吊方式。为了确保单轨吊运行安全，需采取新的单轨吊轨道悬吊措施[1]。

1 南五下组煤单轨吊过空巷及超高段技术

1.1 过空巷、超高段施工方案

由于过空巷、超高段处，单轨吊轨道安装无法采用“锚索+吊挂板”进行悬吊，马兰矿确定施工方案为采用“混凝土柱+工字钢+悬吊环”的悬吊方式。具体施工方案如下：

1）过石门和910南大巷时，巷道不开帮，混凝土柱需预埋Φ21.6 mm×5200 mm锚索，锚索加垫槽钢并锁紧，每个混凝土柱施工9根锚索，将混凝土柱与巷帮连成整体。施工完成后确保柱内宽不小于5.5 m；混凝土柱上部需密铺11号工字钢，间距200 mm；22b工字钢浇筑于混凝土柱内，两端开挖梁窝，长×宽×深=300 mm×300 mm×300 mm，并用聚氨酯充填[2]。

2）辅助运输下山两处超高段，需开帮施工，确保柱内宽不小于5.5 m；混凝土柱高度与两端巷道顶板平齐；22b工字钢浇筑于混凝土柱内，顶部不施工挑梁。

3）混凝土柱竖筋采用Φ20 mm螺纹钢，横筋采用Φ12 mm圆钢。每根筋两端均加工弯钩，弯钩角度为30°，弯勾长度200 mm。

4）纵梁与22b工字钢用钢板固定。钢板规格为220 mm×220 mm×10 mm，上下各一块，用 Φ20 mm×400 mm螺栓固定。

5）混凝土柱开挖基础500 mm。空巷段混凝土柱接顶，超高段混凝土柱不接顶。

6）砼设计标号为C30，保护层厚度不小于100 mm。

7）待混凝土柱施工完毕后，需重新修复巷道水沟及电缆吊挂。

图1 单轨吊过空巷及超高段技术施工图

1.2 钢梁强度校核

22b工字钢许用压力为σ=215 MPa，截面系数Wx为 325×10-6m3；

22b矿用工字钢吊挂点中心，所受承载力矩M=F×2.75/5.5；

许用应力σ=Mmax/Wx=215 MPa；

F=139 kN，即单根22b矿用工字钢梁可以承载13.9 t的力；

机车运输30 t支架时吊点最大受力5.4 t，每个吊点两组工字钢横梁，每根横梁受力最大2.7 t，所以每个吊点安全系数约为5[3]。

1.3 施工工艺

1）混凝土浇筑

配筋绑扎好后，进行立模浇筑，立模模型板使用外露锚杆固定。混凝土标号C30，选用32.5号普通硅酸盐水泥，粒径为0.3～2.5 mm的中粒河沙，粒径为30～50 mm碎石；浇筑材料水泥、河沙、碎石质量配合比为 1∶2∶4，水灰比 0.4～0.5。

在浇注混凝土前，要将浇筑位置底板的浮碴清理干净，使基础在岩石硬底板上。在混凝土浇注过程中要做到边浇注边用震动棒捣实。浇筑混凝土时要严格按配合比进行拌料，拌料时采用防爆搅拌机拌料，严格按照配比向搅拌机内添加骨料。

拆模时，拆模人员必须站在安全地点进行拆模，并且使用长柄工具进行撬模板，撬模板时，周围不得有其他人员作业，与作业点至少保证10 m的安全距离，防止模板掉落伤人事故发生，必要时必须搭设工作台进行拆模[4]。

混凝土浇注完后要做到48 h后拆模，并对混凝土柱子进行洒水养护，养护时间不小于7 d。

2）钢梁铺设施工

纵梁与22b工字钢用钢板固定。钢板规格为220 mm×220 mm×10 mm，上下各一块，用 Φ20 mm×400 mm螺栓固定。混凝土柱子浇筑至设计高度后，密铺11号工字钢，上钢梁时由人工进行上梁，3人一组协调作业，1人负责指挥协调，两人负责上梁，上梁后使用混凝土将添缝捣实。

3）工作台搭设

地面加工工作台架，工作台架放置于底板平整处，工作台架上密铺中心板，工作台宽度1.2 m，长度不得小于3 m。使用扒钉和铁丝固定牢固[5]。

台上台下人员递施工材料时必须互相配合好，其余无关人员严禁在工作台下逗留或行走，防止物料掉落伤人。当工作台高度超过2 m时，施工人员要系好安全带。安全带必须拴挂在支护完好地段的顶锚索或钢带上。斜坡地段施工搭设工作台时，使用柱帽、木楔将工作台调平、支稳，确认安全无误后方可进行作业[6]。

2 主要技术特点

1）通过施工混凝土柱代替锚索悬吊，成功解决了单轨吊过空巷、超高段的难题，安全可靠，技术可行。

2）过空巷段，混凝土柱顶部密铺11号工字钢，增强空巷段顶板的稳定性。

3）单轨吊悬吊钢梁采用“横梁+纵梁”的布置方式，充分发挥钢梁的承载力，结构合理。

4）横梁两侧开挖300 mm空洞，并用聚氨酯充填，可减少巷道两帮位移对钢梁的挤压影响。

3 应用效果分析

3.1 应用情况及经济效益

目前，单轨吊过空巷、超高段混凝土柱已施工完毕。该施工方法通过施工混凝土柱代替锚索悬吊，成功解决了单轨吊过空巷、超高段的难题，安全可靠，技术可行。

3.2 社会效益

单轨吊作为煤矿的一种辅助运输设备，具有安全性强、驱动力大、适应性强、可同时应用于回采及掘进巷道的优势，是未来矿井辅助运输系统的主要发展趋势。该施工技术可补充解决单轨吊过空巷、超高段的难题，使单轨吊的应用范围更加广泛。