工种：掘进
钢格栅支护技术在煤矿掘进施工中的应用
钢格栅支护技术在煤矿掘进施工中的应用
[摘要]：钢格栅支架由15kg/m工字钢经冷弯一次成形。其形状可根据煤矿巷道断面而定，煤矿井下采用的有半圆拱形和三心拱形，整架格栅采取分段加工，架设组装，拱部和腿部采取螺栓连接方式。
关键词：钢格栅 支护技术 掘进巷道 应用
圭山煤矿位于昆明地区石林县和红河州泸西县的交界处，是滇东南主焦煤生产基地。矿井采用平硐-斜井-暗斜井的综合开拓方式，设计生产规模45万吨/年。圭山煤矿是1958年建矿，1956年7月红旗一号斜井开始动工，延深至1740m，阶段垂高70m，为第一生产水平；1987年9月红旗2米斜井开始动工，延深至1600m，阶段垂高210m，为第三生产水平；2004年7月红旗3米斜井开始动工，延深至1450m，阶段垂高350m，为第五生产水平。
一、钢格栅支护技术环境
1、圭山煤矿地质特征：境内出露的地层由老至新有：峨嵋山玄武岩、罗平煤系、飞仙关组（卡以头层和飞仙关紫色层）、永宁镇组、关岭组、第四纪冲各地层。以罗平煤系地层分布较广，地层累计厚度为940～1560m。井田内地层从上到下依次为第四纪冲地层、关岭组、永宁镇组、飞仙关组（卡以头层和飞仙关紫色层）、罗平煤系、娥媚山玄武岩。含煤地层为罗平煤系，可采煤层为K6、K7、K91、K93，煤层累计厚度为54m。
2、圭山煤矿矿建环境：圭山煤矿处于南盘江复向斜西缘，圭山煤田南段的17、18井田，煤系地层呈一单斜构造，地层走向及构造线方向为北东、南西，向南东倾斜。纵贯全区的F61东边的17井田（上盘）和西边的18井田（下盘）。由于断层的破坏，致使地质构造十分复杂，构造以断裂为主，次为褶皱。大小断裂数以百计，异常发育，对煤层贮存造成不同程度的破坏，其次，对井巷开拓造成了非常不利影响，原设计的砌碹、锚喷支护无法正常掘进。
二、钢格栅支护技术工艺评价
1、为加快施工速度，降低基建投资，南京设计院进行支护工艺优化，参考隧道施工先进技术，优化格栅与钢支撑构件，与喷射砼并用，达到了较好支护效果。
2、钢格栅的制作加工工艺简单，且不需大型的加工设备，质量轻、容易架设安装，其抗弯和抗扭惯性力矩大于隧道施工的其它形式，能够较好地适应围岩变形的特点，与以往的煤矿井巷支护技术有着显著的优点。
3、钢格栅支护技术具有一定的柔性，在过采空区、溶洞、陷落柱、黄泥段、破碎带等地质构造带时能适应不同埋深围岩，格栅支护示意图见图1。
三、工艺参数
1、钢格栅由15kg/m工字钢经冷弯一次成形，其形状可根据煤矿巷道轮廓而定，煤矿井下采用的有半圆拱形或三心拱形。
2、钢格栅支架的整架格栅采取分段加工，一般根据断面大小，分两段或三段加工，段与段之间有铁板连接，铁板与段之间是焊接而成。架设组装时，拱部和腿部采取螺栓连接方式，支架组装采用一块或两块8×150×150mm的铁板和4个∮14×45mm的螺栓进行连接。
3、相邻支架之间用∮14mm纵向连接筋连接，上面铺设金属网（采用∮6mm圆钢编焊，规格为长×宽=1300mm×900mm，网格尺寸150×150mm）。（见图2）
4、格栅的断面高度根据承载条件和喷射混凝土厚度确定，一般喷厚为160～200mm，喷射砼等级强度为C20，采用425#普通硅酸盐水泥、中粗天然砂，石子采用坚硬碎石，粒径4～8mm，砼配比介于0.4～0.5mm之间，速凝剂掺量为水泥重量的4%，混凝土标号达到200#。
四、施工方法
1、首先进行超前支护，采用矿自制的15kg/m钢轨或2寸无缝钢管飘条作为超前临时支护，每次使用的飘条长度和数量根据围岩稳定及矿册压力情况而定。后把两墙开挖出，开挖两墙的宽度为每边1m，再开挖出拱部。
2、先把腿部及拱部格栅立到位，进行临时固定，采用∮14×1500mm的弯勾连接筋，用双股8#铁丝绑扎，弯勾连接筋间距为800mm；位置调好后，对好连接孔，并把其坚固。
3、按设计要求安装连接筋，留出300mm与下面的架设搭接，连接筋和格栅以及连接筋之间采用双股8#铁丝绑扎，同时铺设钢筋网。
4、喷射砼达到设计要求，进行下一循环作业。
五、效果
1、钢格栅支护与砌碹、木相、金属支架等支护方式相比，其刚度适中，容许围岩适度变形，又能围岩过大的变形。而且格栅的支护阻力是随施工过程而一步步提高，这是其它雪护方式所不能比拟的，采用钢格栅支护的巷道成巷质量好，能够减少巷道维修量，节约矿井维检费用。
2、格栅钢架质量轻，易于运输及架设安装，能有效提高施工进度，大断面软岩施工中月进尺平均达到60m。
3、节约工程造价：钢格栅由工字钢加工而成，加工工艺简单，使用格栅比砌碹要节约40%的支护费用。
六、有待优化问题
1、钢格栅只有与混凝土并用才能发挥其支护作用，本身单独承载能力低，在自稳时间很短的围岩中掘进要充分考虑初期支护的方式。
2、钢格栅支护的接头是施工的薄弱处，应尽量优化结构，减少接头数量。
3、钢格栅支护一般在较复杂的地质条件下使用，围岩不稳定空顶充填处，很难做到混凝土与围岩密贴。
4、格栅与锚杆复合支护需要进一步探索和研究。下载本文
