U型鋼可縮性梯型棚支架在復雜巷道中的應用研究

曲 凱（平煤股份有限公司平煤一礦,河南 平頂山 467000）

U型鋼可縮性梯型棚支架在復雜巷道中的應用研究

曲 凱
（平煤股份有限公司平煤一礦,河南 平頂山 467000）

為解決在高應力集中區(qū)域巷道采用傳統(tǒng)36U型鋼支架支護所導致的棚腿不抗壓，棚腿及上下幫變形嚴重，需重復進行擴幫換腿作業(yè)等問題，對原36U型鋼進行優(yōu)化改造，利用36U型鋼封閉式焊接做梁，廢舊36U型鋼為腿，提高了支架的整體性和穩(wěn)定性的同時，節(jié)約了巷道支護成本。

工作面；支護；36U型鋼；高應力；優(yōu)化

0 引言

目前，隨著礦井開采的逐步延伸，巷道壓力越來越大，巷道礦壓顯現(xiàn)越來越強烈，巷道變形難以控制。針對巷道不同的地質(zhì)條件，采取合理的支護方式是保證巷道圍巖穩(wěn)定的主要措施之一。河南某礦12220工作面采深接近520m，上覆巖層為巨厚礫巖層，其上下巷處于高應力區(qū)域，就有中等沖擊危險性，面對這一難題，該工作面巷道支護問題是工作面開采所面臨的主要難題。12220工作面上下巷利用傳統(tǒng)支架棚支護時，支護鋼材成本高且支護效果不好。因此，為保證井下安全生產(chǎn)，防止此區(qū)域發(fā)生事故，對傳統(tǒng)支護方式的優(yōu)化，提高支架的整體性和穩(wěn)定性是十分必要的。

1 工作面概況

12220工作面上下巷位于西二采區(qū)西翼，平均采深近520m。走向長度1010m，傾斜長200m，煤層傾角8°～12°。煤層頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖、細砂巖互層，厚度37m～42m，并且存在平均厚度為70m的砂礫巖層；煤層直接底為煤矸互疊層，灰黑色易碎 ，具有光滑鏡面，偶有炭化植物化石碎片。斷面為拱形，巷道上凈寬4700mm，下凈寬5800mm，凈高3000mm。

2 傳統(tǒng)支護方式的缺點

某礦12220工作面原采用的擴修巷道方式為36U型鋼封閉式焊接做梁，36U型鋼為腿進行替棚，經(jīng)過現(xiàn)場支護效果分析存在以下缺點。

（1）利用傳統(tǒng)支架棚支護時，支護鋼材成本高、運輸費用大；

（2）由于巷道壓力大，棚腿不抗壓，棚腿及上下幫變形嚴重，需重復進行擴幫換腿作業(yè)。在受到頂壓和側(cè)壓嚴重時容易造成支架側(cè)翻、支架腿歪斜和梁腿錯位、脫節(jié)，繼而發(fā)生支架推垮型冒頂；

（3）由于巷道處于沖擊危險區(qū)域，當巷道發(fā)生沖擊地壓時，棚梁支架不能有效伸縮?？ň?、螺絲等可能會瞬間受壓斷裂或繃開，從而造成巷道內(nèi)人員傷亡。

圖1 優(yōu)化后36U型鋼加工示意圖

3 優(yōu)化設計方案及優(yōu)點分析

原擴修巷道方式為36U型鋼封閉式焊接做梁，36U型鋼為腿進行替棚，優(yōu)化改良后的替棚方式為36U型鋼封閉式焊接做梁，廢舊36U型鋼為腿（采用兩截U型鋼配合U型卡制成），該方式可以在一定程度上使壓力得以緩解，起到較好的防沖作用，同時不需要重復進行擴幫換腿作業(yè)，新型U型鋼支架加工示意圖如圖1所示。新加工設計的U型鋼棚梁是拉直、修復的廢舊棚梁，起到了修舊利廢作用，節(jié)約了成本；提高了支架的整體性和穩(wěn)定性，使支架在較大的頂壓、側(cè)壓和底鼓作用下，不會發(fā)生梁體翻轉(zhuǎn)、扭斜梁腿脫接等現(xiàn)象，支護效果更可靠。當巷道內(nèi)發(fā)生沖擊地壓時，支架腿能有效伸縮，達到緩沖目的，不易發(fā)生錯位和斷裂、繃開，可以保持支架棚梁的支撐狀態(tài)，從而不會發(fā)生支架垮落和冒頂現(xiàn)象。

4 應用效果分析

12220工作面上下巷共采用新擴修方式312m，新型U型鋼使用后，型鋼的整體強度及抗側(cè)向壓力能力相對傳統(tǒng)型鋼明顯提高，回采中對巷道破碎區(qū)域的維修次數(shù)大大減少，工作面巷道的變形速度變緩慢，對沖擊地壓防治起到了明顯效果。

（1）在原支護方案下，工作面回采期間巷道受動壓影響較大，巷道變形嚴重，采用新型型鋼后，新型支架具有一定的讓壓效果，巷道變形速度得到一定緩沖，變形得到一定的控制，有利于工作面的回采的安全系數(shù)；（2）新型型鋼的初撐力較高，具有一定的可縮性，當圍巖作用于該支架上的應力達到一個范圍后，梯形支架會發(fā)生縮動，致使圍巖作用力下降，避免支架發(fā)生扭曲、剪短等破壞；（3）通過現(xiàn)場觀測測試，該支架對巷道頂?shù)装鍑鷰r應力重新分布的影響較低，更換新型支架后，工作面圍巖變形得到有效控制，巷道維修量減小，工人的勞動強度降低；（4）在原支付方案下進行巷道修護作業(yè)時，每米巷道擴幫維護費用為0.23萬元，采用新型支護后，巷道維修不需要進行擴幫，從而僅材料費用每米就節(jié)省0.23萬元，大大提高了礦井的經(jīng)濟效益。

5 結(jié)論

經(jīng)過可縮性U型鋼梯形棚在12220工作面的實踐應用效果得出，該支架大大提高了棚梁抗側(cè)壓能力和整體支護強度。截止到現(xiàn)在，該新型支護方式已經(jīng)在礦井每個高應力工作面進行推廣適應，是礦井保證巷道圍巖穩(wěn)定性，保障安全生產(chǎn)的重要措施，同時，減少了巷道維修工程量，降低的工人的勞動強度。

曲凱（1980-），男，河南南陽人，現(xiàn)任平煤集團平煤一礦掘進隊技術(shù)副隊長。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.244