U型鋼巷道交岔點(diǎn)支護(hù)的研究與應(yīng)用

鄭軍偉等

摘要：煤礦井下交岔點(diǎn)處巷道跨度較大，壓力一般較為集中，尤其是被動支護(hù)的架棚巷道交岔點(diǎn)處受礦壓的影響更大，棚子易變形，維修頻率高，維修起來也比較困難，往往交岔點(diǎn)處于通風(fēng)、運(yùn)輸?shù)戎匾恢?，一旦安全管理不到位發(fā)生漏冒等事故，會嚴(yán)重影響正常安全生產(chǎn)。如何解決U型鋼巷道交岔點(diǎn)處的支護(hù)問題，提高交岔點(diǎn)處的支護(hù)強(qiáng)度就顯得非常重要。

關(guān)鍵詞：U型鋼 交岔點(diǎn) 支護(hù)手段

1 概述

平煤股份三礦多年來受周邊煤礦、四周采空區(qū)、采動及礦壓等綜合影響較大，伴隨著礦井的日益延深，現(xiàn)施工巷道及現(xiàn)有巷道的壓力日益顯現(xiàn)較為明顯，礦壓已成為制約我們正常安全生產(chǎn)及運(yùn)輸?shù)闹饕獑栴}之一。過去采用較多的支護(hù)形式主要是金梯支護(hù)，斷面一般在8m2左右，隨著綜采綜掘工作面及懸移支架工作面的廣泛推廣，現(xiàn)要求施工的開掘工作面斷面大、支護(hù)強(qiáng)度高，以滿足運(yùn)輸和綜采綜掘的需要。為了減少礦壓給安全生產(chǎn)帶來的影響，減少巷修量，努力實(shí)現(xiàn)一次成巷，必須改變當(dāng)前的支護(hù)形式，尤其是在己15、己16-17煤層施工過程中，由于采區(qū)范圍小，交岔點(diǎn)較多，巷道壓力更為顯著，底鼓嚴(yán)重，過去的在用巷道和現(xiàn)施工的巷道已不能采用過去的支護(hù)形式和設(shè)計斷面來進(jìn)行施工，在不能采用錨網(wǎng)支護(hù)的前提下，就要采取更高強(qiáng)度的支護(hù)手段，所以，U型鋼支護(hù)就成為首選的支護(hù)對象，對U型鋼巷道交岔點(diǎn)處的支護(hù)研究和應(yīng)用推廣就顯得尤為重要。

2 施工設(shè)計方案

具體實(shí)施方案是在施工的U型鋼巷道交岔點(diǎn)處，對主巷U型鋼支護(hù)段在交岔點(diǎn)處的數(shù)架U型鋼進(jìn)行改進(jìn)，即在主巷與分巷交匯處，分巷口采用36U型鋼與11#工字鋼聯(lián)合抬棚，主巷交匯處U型鋼進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)設(shè)計方案進(jìn)行特殊加工。將交匯處的幾節(jié)去掉對U型鋼頂梁進(jìn)行改進(jìn)，以便和分巷U型鋼抬棚合理搭接，同時根據(jù)圍巖壓力情況采取補(bǔ)打卸壓孔的方法釋放壓力，并通過材料力學(xué)受力分析采取補(bǔ)打錨索的方法防止交岔點(diǎn)與抬棚搭接的頂梁中間受力過大出現(xiàn)壓彎變形現(xiàn)象，以此達(dá)到延緩U型鋼的可縮量和減少巷道變形量的目的，以滿足正常安全生產(chǎn)的需要。

2.1 實(shí)驗(yàn)工作面概況

實(shí)驗(yàn)工作面U型鋼巷道交岔點(diǎn)布置在己16-17煤層中，己16-17煤層平均厚度3.8m，屬復(fù)雜結(jié)構(gòu)，煤層傾角平均130。直接頂為泥巖，普氏系數(shù)f=3-4，厚度平均3.8m，基本頂為己15煤和細(xì)-中粒砂巖，厚度為4.68m，直接底為砂泥巖，厚度平均為2.8m。交岔點(diǎn)支護(hù)形式為36U型鋼支護(hù)和采用36U型鋼特殊抬棚支護(hù)形式以及加打鉆孔卸壓方法進(jìn)行支護(hù)，主巷與分巷斷面均為3.8×3.0m（寬×高）。

2.2 實(shí)驗(yàn)工作面施工參數(shù)設(shè)計及技術(shù)要求

2.2.1 交岔點(diǎn)處U型鋼支護(hù)參數(shù)設(shè)計

①主巷支架型號：36U型鋼，對原來正常支護(hù)巷道U型鋼進(jìn)行改進(jìn)，由原來四節(jié)改為三節(jié)，其中一節(jié)頂梁采用直梁，一端與頂梁相連，一端直接擔(dān)在U型鋼抬棚上。在插梁中間（在地面加工U型鋼頂梁時按設(shè)計好的錨索位置對頂梁進(jìn)行開孔，U型鋼頂梁即作為錨索盤使用）與抬棚梁方向800mm處分別打設(shè)兩根直徑17.8mm，長9m的錨索兩根。見附圖一，交岔點(diǎn)處剖面示意圖。

②分巷雙抬棚：采用36U型鋼頂梁上配11#工字鋼。對原來正常支護(hù)巷道的U型鋼進(jìn)行改進(jìn)，由原來四節(jié)改為三節(jié)，即兩腿兩梁改為兩腿一梁，在頂梁槽內(nèi)用長3.2m的礦用11#工字鋼與頂梁進(jìn)行焊接，11#工字鋼兩端分別用兩根工字鋼短節(jié)與U型鋼梁進(jìn)行焊接，使36U型鋼支架與11#工字鋼抬棚梁形成高強(qiáng)度的抬棚。見附圖二，交岔點(diǎn)處斷面示意圖。

2.2.2 卸壓孔參數(shù)設(shè)計及施工

在交岔點(diǎn)前、后兩側(cè)1m處施工卸壓孔，孔徑75mm，孔間排距0.2m，孔深10m，垂直于巷幫鑿孔。巷幫每側(cè)布置5個孔，在巷道底板0.5m處為卸壓孔位置，間距0.2m，隨工作面掘進(jìn)持續(xù)打卸壓孔。見附圖三，卸壓孔一幫布置平面示意圖。

3 施工方案確定

3.1 交岔點(diǎn)處U型鋼支護(hù)施工方法

①交岔點(diǎn)施工必須架設(shè)雙暗抬棚，更換特殊插梁時，必須將原棚子的正下方打上牢固的點(diǎn)柱托住原棚子，然后用鎬鍬挖出改線側(cè)腿子，人工將原棚子拆除落下。

②架設(shè)36U型鋼雙暗抬棚時，必須首先在每根插梁下打牢點(diǎn)柱，并將相鄰支架亦同時進(jìn)行加固，然后挖柱窩，摘腿。應(yīng)摘一架立一架，抬棚腿上梁時必須將抬棚兩端架平，然后將插梁逐根落下，背牢剎實(shí)幫頂，打緊撐子。

施工工藝：對原棚子進(jìn)行聯(lián)鎖加固—原棚子下方打點(diǎn)柱—挖柱窩—立腿—上梁—打點(diǎn)柱—回原棚子—更換抬棚—挖柱窩—摘腿—立新腿—上抬棚梁—落新棚子—剎幫背頂。

3.2 卸壓孔原理和施工方法研究

3.2.1 交岔點(diǎn)卸壓的目的

交岔點(diǎn)是指礦井中巷道交會、分岔、變向處的一段巷道，其擔(dān)負(fù)著礦井運(yùn)輸、通風(fēng)、行人、排水、管線鋪設(shè)等重任，但因其附近巷道兩側(cè)支承壓力和頂板卸載區(qū)的相互影響，圍巖碎脹變形松動圈較大，應(yīng)力集中，支架受力嚴(yán)重，巷道變形快，頻繁的擴(kuò)修影響礦井安全生產(chǎn)。因此根據(jù)現(xiàn)有支護(hù)形式和礦井實(shí)際情況，采用鉆孔卸壓法以達(dá)到卸壓和限制圍巖變形的目的。

3.2.2 卸壓孔卸壓原理及參數(shù)選擇

鉆孔卸壓法可局部改變巷道附近應(yīng)力分布，從而使巷道處于低壓區(qū)。鉆孔卸壓的效果主要取決于孔徑、孔距、孔深等參數(shù)。一般情況下，鉆孔直徑150-350mm，孔壁之間留下寬度約為200-350mm，孔深根據(jù)具體情況一般為6-10m；在支承壓力的作用下孔壁間的小煤柱受到破壞，從而使巷道邊緣的高應(yīng)力帶向煤體深部移動一段距離，其長度大約等于孔深。一般認(rèn)為鉆孔深度不應(yīng)小于巷道寬度，鉆孔之間的小煤柱的寬度與鉆孔直徑的比值為0.8-1.0時最好（耿獻(xiàn)文《礦山壓力測控技術(shù)》中國礦業(yè)大學(xué)出版社）。

根據(jù)我礦壓力情況，我們在實(shí)驗(yàn)工作面的交岔點(diǎn)處做了三組鉆孔（每組5個鉆孔）參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別為，第一組：孔徑150mm，孔距90mm，孔深10m；第二組：孔徑150mm，孔距150mm，孔深10m；第三組：孔徑75mm，孔距200mm，孔深10m。卸壓孔觀測記錄略。

根據(jù)近3個月的現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)可知，第三組鉆孔處巷道變形量最小，相對來說效果比較好，因此，卸壓孔參數(shù)選擇為孔徑75mm，孔距200mm，孔深10m，對其它交岔點(diǎn)進(jìn)行打鉆卸壓。

4 交岔點(diǎn)架棚施工安全技術(shù)措施

①支架要先試組裝，接頭部分要劃上標(biāo)記，架棚時可提高工作效率，確保架棚質(zhì)量。

②人工裝運(yùn)，架棚時必須戴手套，口號要一致，動作協(xié)調(diào)，搞好安全工作。

③巷道毛斷面掘出后，首先敲幫問頂，然后按中心，腰線檢查周邊加以修整，使毛斷面符合要求后，準(zhǔn)備好架棚工具，按已標(biāo)號支架進(jìn)行架設(shè)。

④頂幫護(hù)好后，按中心線、腰線、棚距、挖好柱窩立柱，上梁、架棚子。

⑤放好工作臺，人工上梁，按劃好的接頭重合尺寸，每邊先上一個卡子，按標(biāo)準(zhǔn)找正，調(diào)整好棚子，直到符合要求，確保質(zhì)量。

⑥找正棚子后，上好全部卡纜（緊固件）開始背幫背頂，幫頂與棚子之間必須背牢背嚴(yán)，頂幫鋪設(shè)鋼笆網(wǎng)，網(wǎng)與支架之間必須按規(guī)定穿入大板，不得有空隙。

⑦架設(shè)雙暗抬棚時，必須首先在每根插梁下打牢點(diǎn)柱，并將相鄰支架亦同時進(jìn)行加固，然后挖柱窩，摘腿。應(yīng)摘一架立一架，抬棚腿上梁時必須將抬棚兩端架平，然后將插梁逐根落下，背牢剎實(shí)幫頂，打緊撐子。

5 應(yīng)用效果

①U型鋼巷道在交岔點(diǎn)的支護(hù)問題上采用特殊的設(shè)計和處理，由于支架本身具有可縮性，經(jīng)處理后強(qiáng)度增加一個等級，抗壓能力達(dá)到設(shè)計要求，使用上滿足安全生產(chǎn)需要。

②通過實(shí)驗(yàn)，在交岔點(diǎn)前、后兩側(cè)1m處施工卸壓孔，排距2m，孔深10m，垂直于巷幫鑿孔，前后兩側(cè)卸壓孔長度100m，延緩了巷道的變形量，壓力分解及釋放更為平衡、緩慢，延長了巷道使用期限。

③施工過的巷道服務(wù)年限延長，較以往架棚巷道交岔點(diǎn)處采用工字鋼支護(hù)在使用壽命提高近2倍，進(jìn)而大大減少維修周期，節(jié)約了大量的人工和維修成本。

④交岔點(diǎn)處斷面大，維修周期縮短后，礦井運(yùn)輸及通風(fēng)系統(tǒng)更為順暢，滿足和保證了采區(qū)正常生產(chǎn)。

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[6]耿獻(xiàn)文，礦山壓力測控技術(shù).徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2002.

作者簡介：鄭軍偉（1977-），男，本科，助理工程師，河南平頂山市郟縣人，現(xiàn)在平頂山天安煤業(yè)三礦有限責(zé)任公司從事礦山開采工作。