梯形棚支護(hù)裝置在巷道掘進(jìn)中的應(yīng)用分析

張安慎

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究有限公司，山西 太原 030006）

引言

煤礦井下巷道在掘進(jìn)中常常出現(xiàn)斷層、陷落柱等情況，嚴(yán)重破壞了巷道煤體的穩(wěn)定性，造成巷道掘進(jìn)中出現(xiàn)頂板破碎的情況。傳統(tǒng)主要采用錨桿、錨索等對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，這種支護(hù)方式雖然對(duì)煤體起到主動(dòng)支護(hù)作用，然而若頂板破碎嚴(yán)重，錨桿的錨固端就不能對(duì)破碎區(qū)域的頂板實(shí)現(xiàn)有效錨固。因此，四侯煤礦通過技術(shù)研究采取梯形棚支護(hù)裝置更加有效地對(duì)破碎頂板進(jìn)行支護(hù)。

1 四侯煤礦3108 回風(fēng)巷概況

晉能集團(tuán)四侯煤業(yè)公司3108 回風(fēng)巷位于礦井北部一采區(qū)，東側(cè)為3103 采空區(qū)，西側(cè)為3105 采空區(qū)，北側(cè)為礦井邊界保護(hù)煤柱，南為一采區(qū)三條大巷。

3108 回風(fēng)巷設(shè)計(jì)長度為1 200 m，巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×4.0 m，巷道掘進(jìn)煤層為3號(hào)煤層，煤層平均厚度為3.7 m，巷道采用EBZ260型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)，截止目前巷道已掘進(jìn)265 m[1-2]。

根據(jù)四侯煤礦地測(cè)科提供資料顯示，3108 回風(fēng)巷掘進(jìn)至270 m 揭露一條正斷層F11，斷層落差為2.3 m，傾角為60°，受斷層影響巷道掘進(jìn)至260 m處頂板開始出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，當(dāng)巷道掘進(jìn)至265 m 處時(shí)頂板大面積破碎現(xiàn)象，且頂板錨桿、錨索支護(hù)失效現(xiàn)象嚴(yán)重，無法滿足頂板支護(hù)需求；對(duì)此，四侯煤礦通過技術(shù)研究，決定在頂板破碎區(qū)采取梯形棚支護(hù)裝置進(jìn)行頂板加強(qiáng)支護(hù)。

2 梯形棚支護(hù)裝置支護(hù)工藝

1）梯形棚支護(hù)裝置主要由頂梁、棚腿、底座、連接件等組成。根據(jù)3108 回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面的實(shí)際尺寸，將頂梁的長與寬分別設(shè)計(jì)為4.2 m×0.5 m，頂梁是將兩根槽鋼焊接而成，槽鋼的長與寬分別4.2 m×0.15 m，如圖1 所示。

圖1 3108 回風(fēng)巷斷層破碎區(qū)頂板梯形鋼棚支護(hù)示意圖（單位：mm）

2）為了能夠使棚腿的承載力達(dá)到預(yù)定要求，采用寬度為0.11 m 工字鋼作為棚腿，同時(shí)在棚腿的頂、底兩端焊接兩塊長、寬分別為0.4 m×0.2 m 的長方形鋼板，且在鋼板的四個(gè)角分別施工一個(gè)半徑為10 mm 的圓孔。

3）棚腿底座采用一塊長度為0.5 m 的正方形鋼板制成，在鋼板的四個(gè)角分別施工四個(gè)圓孔，之后在鋼板中部施工一個(gè)固定座，通過螺栓將固定座與棚腿底部鋼板緊固。

4）為了確保底板的平整，對(duì)破碎頂板進(jìn)行更好地支護(hù)，梯形棚安裝前需對(duì)安裝地點(diǎn)的浮煤進(jìn)行全面清理，然后將同一架鋼棚的兩個(gè)棚腿底座與底板固定，并使用錨桿與底板固定[3]。

5）鋼棚棚腿底座與底板的固定后，使用螺栓將兩根棚腿與底座固定，棚腿安裝工藝要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，各部件的緊固必須牢固，避免螺栓松動(dòng)。

6）待棚腿底座全部安裝后，采用連接件將頂梁與棚腿頂部鋼板進(jìn)行連接，頂梁的安裝必須能夠完全與頂板接觸，如頂板局部出現(xiàn)無法接觸時(shí)可采用混凝土對(duì)頂板進(jìn)行填充。

7）根據(jù)3108 回風(fēng)巷頂板破碎情況，鋼棚布置間距為2.0 m，同時(shí)為了確保鋼棚不會(huì)傾倒傷人，安裝后的鋼棚使用鋼絲進(jìn)行緊固，日常生產(chǎn)時(shí)要安排專人對(duì)鋼棚變形情況進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)鋼棚變形嚴(yán)重時(shí)及時(shí)處理。

3 梯形鋼棚支護(hù)裝置優(yōu)點(diǎn)

1）成本低：與傳統(tǒng)的支護(hù)工藝相比，梯形棚成本成本相對(duì)較低，不僅降低了支護(hù)的投入，而且該裝置結(jié)構(gòu)簡單、支護(hù)強(qiáng)度高、故障率低，便于安裝維護(hù)。

2）支護(hù)效果好：傳統(tǒng)的支護(hù)工藝主要采用粘接劑對(duì)破碎頂板進(jìn)行粘連，這種方式屬于主動(dòng)支護(hù)。由于粘接劑的成本比較高，且注漿完畢后還需采用相應(yīng)的措施進(jìn)行支護(hù)，不僅施工步驟復(fù)雜，而且支護(hù)的效果也比較差。采用矩形工字鋼棚或錨索吊棚對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)時(shí)，由于鋼梁對(duì)頂板切頂會(huì)造成頂板更加破碎，甚至出現(xiàn)鋼梁斷裂的情況；梯形棚支護(hù)裝置由于與頂板接觸面積大不會(huì)對(duì)頂板切頂，而且棚腿使用強(qiáng)度較大的鋼板不會(huì)發(fā)生斷裂，棚腿與頂梁的夾角又會(huì)緩解頂板來壓時(shí)對(duì)支護(hù)設(shè)備的沖擊，具有較好的使用效果[4-5]。

3）使用范圍廣：梯形棚不僅能夠滿足井下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的巷道及硐室，還有適用于橋梁及隧道的施工，具有較廣的適用范圍。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

截止2019 年4 月23 日，3108 回風(fēng)巷已掘進(jìn)750 m，通過對(duì)斷層破碎區(qū)頂板采取梯形棚進(jìn)行支護(hù)后，巷道在過破碎區(qū)期間頂板未發(fā)生大面積破碎、冒落現(xiàn)象，頂板離層量由原來的0.52 m 降低為0.13 m，頂板錨桿失效率由11%降低為3%以下，大大提高了頂板錨桿錨固效果，巷道掘進(jìn)速度由原來的3.4 m/d 提高至6.9 m/d；同時(shí)該支護(hù)裝置對(duì)頂板適應(yīng)性強(qiáng)，該裝置使用后未出現(xiàn)頂梁斷裂、變形等現(xiàn)象，降低了裝置維修成本費(fèi)用。

5 結(jié)論

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究有限公司針對(duì)3108 回風(fēng)巷過斷層期間頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，提出了梯形鋼棚支護(hù)裝置，通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，該支護(hù)裝置解決了傳統(tǒng)矩形鋼棚適應(yīng)能力差、應(yīng)力區(qū)損壞率高、支護(hù)效果差等技術(shù)難題；該裝置具有較強(qiáng)的抗壓能力及承載能力，降低了垂直應(yīng)力對(duì)頂板破壞作用，大大提高了頂板穩(wěn)定性，保證了巷道掘進(jìn)效率及施工安全，取得顯著的安全、經(jīng)濟(jì)效益。