管棚超前支护在红阳三矿的应用

摘 要 红阳三矿半煤岩巷施工一般采用吊环别顶进行临时支护，当工作面遇裂隙发育岩体、断层破碎带等情况时难以控制空顶区顶板，顶板岩体随掘即落。为此进行适应裂隙发育岩体、断层破碎带等地质条件下的超前支护的研究，经实践研究应用采用管棚超前支护取得了理想效果。

关键词 管棚;超前支护;应用

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）21-0056-02

红阳三矿半煤岩巷施工一般采用吊环别顶进行临时支护，当工作面遇裂隙发育岩体、断层破碎带等情况时难以控制空顶区顶板，顶板岩体随掘即落，曾出现空顶区顶板冒落现象.为此研究适应裂隙发育岩体、断层破碎带等地质条件下的超前支护是摆在我们面前的一项新的研究课题。目前对顶板进行超前管理的方法很多，经方案比较，决定采用管棚超前支护预先对工作面迎头前方顶板进行维护。

1 结构组成

管棚超前支护法为防止巷道开挖引起的顶板岩层下沉和围岩松动，开挖掘进前沿开挖工作面的上半断面设计周边打入厚壁钢管，在岩层中构筑的临时承载棚防护下，为安全开挖预先提供增强岩层承载力的临时支护方法，与注浆法相对应，通常又称为管棚支护法。

2 管棚超前支护作用原理

1）梁拱作用原理。先行施设的管棚，以工作面迎头和后方永久支护为支点，形成一个梁式结构，二者构成环绕巷道轮廓的壳状结构，可有效抑制围岩松动和垮塌。

2）加固作用原理。注浆浆液经管壁孔压入围岩裂隙中，使松散岩体胶结、固结，从而改善了软弱围岩的物理力学性质，增强了围岩的自承能力，达到加固钢管周边软弱围岩的目的。

3）环槽作用原理。掌子面掘进机截割围岩产生的扰动波传播扩展遇管棚密集环形孔槽后被反射、吸收或绕射，大大降低了反向拉伸波所造成的围岩破坏程度及扰动范围。

4）确保施工安全作用原理。管棚超前支护刚度较大，施工时如发生塌方，塌碴也是落在管棚上部岩碴上，起到缓冲作用，即使管棚失稳，其破坏也较缓慢。

3 适用条件

适用于软弱岩层和特殊困难地段，如极破碎岩体、塌方体、砂土质地层、强膨胀性岩层、强流变性岩层、裂隙发育岩体、断层破碎带、浅埋大偏压等围岩，井对岩层变形有严格要求的工程。

4 施工方案及技术要求

1）打眼前应按照设计要求，定好眼位，作出标记。

2）打眼后应用风对孔内岩（煤）渣进行清除。

3）注浆孔大小应与注浆管相配套。

4）安装注浆管时，首先检查注浆孔方向，深度是否符合设计要求，若不符合必须重新补打。

5）必须用搅拌器对注浆液进行充分搅拌，使水泥浆不凝结块状物，用搅拌器搅拌均匀，以保证连续注浆

6）注浆过程中，要经常对搅拌桶进行搅拌，减少凝结。

7）注浆前必须对注浆机进行检查，完好后进行试运转，并检查各管路安装、联接是否正确可靠，阀门是否开启。

8）注浆作业时，输料管不可以有死弯，防止堵管。

9）注浆过程中，要随时观察注浆孔周围是否出现跑漏现象，一旦出现漏液现象，则立刻停止当前注浆孔的注浆工作，对下一个注浆孔进行注浆。

10）注浆过程中，一旦出现注浆管内压力突然增大，注浆无法进行时，应停止该注浆孔的注浆工作，对下一注浆孔进行注浆。

11）每班注完浆后要及时清洗注浆机及管路，清洗完成后关闭电源及风、水管路。

12）在注浆过程中尽量避免不必要停机而影响注浆效果。

5 预掘北三1203-2运顺工程地质条件

预掘北三1203-2综采工作面位于北三采区轨道巷以东，上部为北三1203-1采空区，再生顶沉积时间为8年，两顺均沿12-2煤前掘， 两顺断面均为三心拱形。工作面所掘煤岩层层理发育，区域内断层及裂隙发育，掘进过程中预计将遇落差〉1米断层2条，分别为：Fy1正断层，产状250°∠85°，落差3.5米;Fy2正断层，产状201°∠85°，落差1.1米，掘进过程中还可能遇见其它中小构造。

6 管棚超前支护参数的确定

管棚超前支护的设计参数主要包括：钢管直径、长度、间距、外插角、水平搭接长度、钢架间距、注浆参数等。钢管采用?48 mm无缝钢管，钢管长度为3000 mm，前端加工成闭合锥形，管壁设有?5 mm溢浆孔。钢管间距为300 mm，考虑到便于施工及保证注浆效果确定外插角为始终大于施工区段煤层角度8°。纵向两组管棚的搭接长度为1000 mm。锚杆（锚索）排距为800 mm，架U型钢间距为800 mm。注浆封孔深度500 mm，泥浆水灰比1：1，注浆压力：初压0.5 MPa～1.0 MPa，终压2.0 MPa，浆液扩散半径≥500 mm。

7 预掘北三1203-2运顺施工工艺流程及管棚超前支护工艺流程

管棚超前支护掘进机掘进成形吊环别顶临时支护锚杆（锚索）网永久支护架U型钢加强支护。

钻孔安装钢管注浆。

8 管棚超前支护工艺

1）钻孔。钻孔前绘制巷道拱部轮廓线，标定孔位，采用7655式凿岩机钻孔，配用?70 mm钻头。搭建钻孔作业平台，按照由上而下，由中间至两边孔位次序进行钻孔作业，开孔时，要低速低压，待钻进200 mm深后暂停钻进，利用钎杆进行钻孔的方向、角度测量，如偏差较多及时进行调整，直至钻孔方向、角度符合要求后再进行加速钻进，钻孔深度大于3700mm，以确保钢管前端顶至孔底后钢管末端后方钻孔有足够的封孔器封孔距离。

2）安装钢管。安装钢管前扫净钻孔内岩粉，浅孔段采用人工推进，孔深阻力大时，采用机械推进，待钢管末端至工作面迎头岩面时采用与网管同径圆钢顶至钢管末端，再进行机械推进，确保钢管前端顶至孔底，为防止塌孔并保证孔向正确，每钻一孔即顶进一根钢管。

3）注浆。注浆采用2ZBSB1.92-7.2/10.5-3-11型注浆机，注浆压力1.92-7.2 MPa按照钻一孔注一孔浆的原则进行，全孔

一次压入，注浆参数为：

①水泥浆水灰比1：1;

②注浆压力：初压0.5 MPa～1.0 MPa，终压2.0 MPa，

浆液扩散半径≥0.5 m，当注浆量达到设计数量或注浆

终压达到2.0 MPa而浆液注不进时，再稳压3～5 min即可结束注浆。同时，注浆的浆压浓度及压力应根据现场的实际情况进行调整。

9 注浆效果控制

1）严格控制管棚间距，防止管棚出现间距过大或出现偏离。

2）严格按试验参数，控制注浆量，防止注浆效果不好。

3）必要时宜与小导管注浆相结合，开挖时可在管棚之间设置小导管。

10 施工注意事项

根据施钻部位的地质情况，选取合适的倾角角度，角度过小，将可能导致管棚远端下垂至巷道开挖轮廓内影响后期施工，角度过大，管棚离开挖轮廓距离过大，管棚下方的三角岩体坍塌给巷道开挖支护带来很大困难。

11 结束语

北三1203-2运顺掘进工程通过采用管棚超前支护，方案设计合理，施工工艺及施工组织得力，为掘进工作创造了有利条件，确保了巷道施工的安全，值得类似工程借鉴。

参考文献

[1]公路隧道施工技术规范[S].