梁北煤礦沿空掘巷支護(hù)優(yōu)化方案

邱克　梁超　賀躍勇

摘要：本文介紹了梁北煤礦沿空掘進(jìn)技術(shù)的優(yōu)化方案，以及應(yīng)采取的措施。

關(guān)鍵詞：煤礦；掘進(jìn)技術(shù)

1 沿空掘巷概況

梁北煤礦11131風(fēng)、機(jī)巷均為沿空掘進(jìn)，設(shè)計(jì)永久支護(hù)方式為工字鋼對棚+錨索聯(lián)合支護(hù)。掘進(jìn)期間巷道頂板壓力及棚腿側(cè)壓較大，特別是上幫，煤體憋出和棚腿變形現(xiàn)象非常嚴(yán)重，兩幫位移量在500～1500mm左右，巷道頂?shù)装逦灰屏吭?00～800mm左右，對11131風(fēng)、機(jī)巷的正常掘進(jìn)和后期回采造成了巨大影響。初期采用蹬腿及更換上下幫工字鋼棚腿的方式進(jìn)行修棚后，很快又出現(xiàn)棚腿變形、扭斜脫口現(xiàn)象，特別是在煤層較薄、棚腿柱窩為矸石底區(qū)域，棚腿變形速度較快、變形量也較大，無法保證巷道的通風(fēng)及運(yùn)輸要求。

2 加固方案確定

采用新型可伸縮性U36型鋼棚腿代替原工字鋼對棚棚腿。其優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡單，容易操作，施工進(jìn)度和工程量較更換工字鋼對棚棚腿基本沒有變化，增加柱腿支護(hù)強(qiáng)度，另外棚腿具有很大的可縮性，可以有效的抵抗巷道疊加應(yīng)力，從而限制圍巖及煤體產(chǎn)生的變形損壞，均勻分布載荷，達(dá)到穩(wěn)定巷道的目的。

3 棚腿加工及施工工藝

可伸縮性U₃₆型鋼棚腿每棚采用兩根3.5m長U₃₆型鋼棚腿配合4套高強(qiáng)度卡纜及中30mm高強(qiáng)螺栓扣合在一起，頂部及底部為限位卡纜，中間兩道為平口卡纜，上部焊接10mm厚鋼板及25c槽鋼作為卡槽，底部焊接200×200mm、10mm厚鋼板作為柱盤，加工工藝及材料使用較工字鋼對棚棚腿無明顯區(qū)別。

施工期間，現(xiàn)場將2根加工好的U36型鋼棚腿按照要求扣合在一起，棚腿搭接長度3.0～3.2m，外露300～500mm，整根棚腿長度3.8～4.0m（矸底時(shí)可使用3.8m，煤底時(shí)使用4.0m），上幫棚腿扎角66°，1m垂線下端水平距離按照450mm執(zhí)行，將此可伸縮性U₃₆型鋼棚腿代替原12#工字鋼對棚棚腿，站好棚腿后使用兩道筋巴力將棚腿連鎖，防止棚腿受壓側(cè)向位移。

4 應(yīng)用效果分析

對11131風(fēng)巷上幫使用可伸縮性U₃₈型鋼棚腿后，使用十字布點(diǎn)法和噴漆標(biāo)示法對巷道進(jìn)行位移觀測，經(jīng)過近4個(gè)月的測量觀察，巷道上幫受側(cè)壓變形最大位移量76mm，頂板最大位移量50mm，巷道頂?shù)装搴蜕蠋偷拿后w變形位移量都趨于穩(wěn)定，巷道位移變形速度明顯減小也趨于穩(wěn)定，很好地控制了巷道的變形，達(dá)到了預(yù)期效果。

5 創(chuàng)新點(diǎn)及工程效益分析

5.1 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）增加了支護(hù)強(qiáng)度，與12#32字鋼對棚棚腿相比，可伸縮性U₃₆型鋼棚腿能夠承受更大頂壓和側(cè)壓。

（2）可伸縮性U₃₆型鋼棚腿具有讓壓性，棚腿承受壓力過大時(shí)具有可縮性，減少了壓力過大造成的棚腿彎曲變形，同時(shí)還可以根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況適當(dāng)調(diào)整棚腿長度，減少了一定的開挖柱窩量。

（3）使用可伸縮性U₃₆型鋼棚腿，避免了二次及反復(fù)修棚，減少了巷修工程量。

5.2 工程效益

5.2.1 節(jié)省了支護(hù)材料費(fèi)用。在巷道壓力較大的地點(diǎn)，使用12#工字鋼對棚棚腿修棚后，工字鋼棚腿幾乎全部發(fā)生彎曲變形，取直后復(fù)用率不足50%，其余只能加工成錨索托梁等進(jìn)行使用，材料二次復(fù)用浪費(fèi)率較高。使用可伸縮性U₃₆型鋼棚腿修棚后，目前尚未發(fā)現(xiàn)有變形現(xiàn)象，后期復(fù)用率預(yù)計(jì)可達(dá)到90%以上。11131風(fēng)巷目前上幫需修棚約900棚，加上使用可伸縮性U₃₆型鋼棚腿避免的二次及多次反復(fù)修棚，僅11131風(fēng)巷預(yù)計(jì)可節(jié)省支護(hù)材料費(fèi)用超過100萬元。

5.2.2 節(jié)省人工成本。使用可伸縮性U₃₆型鋼棚腿后，避免了二次及后期多次修棚，在保證礦井正常生產(chǎn)的情況下，節(jié)約了大量勞動(dòng)力和勞動(dòng)成本。在巷道壓力較大的地點(diǎn)，后期平均按照減少1.5次修棚進(jìn)行計(jì)算，僅11131風(fēng)巷可節(jié)省勞動(dòng)力成本超過30萬元。

5.2.3 減少了巷道修復(fù)對礦井正常生產(chǎn)的影響時(shí)間，杜絕了冒頂、片幫風(fēng)險(xiǎn)。

6 推廣應(yīng)用

在11131風(fēng)巷采用可伸縮性U₃₈型鋼棚腿修棚后效果顯著，有效地控制了巷道的變形和破壞，保證了11131風(fēng)巷的正常掘進(jìn)，同時(shí)從根本上減少了生產(chǎn)過程中巷道維護(hù)和返修的費(fèi)用，降低了生產(chǎn)成本，避免了巷道的反復(fù)維修惡性循環(huán)，提高了巷道的服務(wù)年限。

經(jīng)實(shí)踐證明，在深部應(yīng)力集中巷道采用可伸縮性U36型鋼棚腿加固支護(hù)效果十分顯著，工藝簡單，適用性強(qiáng)，強(qiáng)度高而且具有可縮性，在煤礦巷道支護(hù)中有很好的推廣使用價(jià)值。為此，梁北煤礦在11131機(jī)巷、21011機(jī)巷掘進(jìn)及修復(fù)過程中推廣應(yīng)用了可伸縮性U₃₆型鋼棚腿，同樣取得了較為明顯的效果。