雙梁鋼棚支護(hù)在順槽超前應(yīng)力區(qū)中應(yīng)用

劉 超

（長(zhǎng)春興煤業(yè)有限公司，山西 大同 037101）

工作面回采期間受多重集中應(yīng)力作用下，工作面超前應(yīng)力區(qū)順槽圍巖出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，破壞了巷道頂板承載梁結(jié)構(gòu)，降低了頂板整體穩(wěn)定性，很容易出現(xiàn)頂板破碎、冒漏現(xiàn)象；傳統(tǒng)破碎圍巖主要采用錨桿（索）、鋼帶、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，而巷道圍巖在應(yīng)力作用下產(chǎn)生圍巖裂隙，導(dǎo)致圍巖內(nèi)形成松動(dòng)圈，松動(dòng)圈內(nèi)巖體成破碎狀，錨桿（索）在圍巖松動(dòng)圈內(nèi)錨固效果差，錨桿（索）預(yù)應(yīng)力無法傳遞至穩(wěn)定巖體內(nèi)，降低了圍巖支護(hù)應(yīng)力承載梁穩(wěn)定性，達(dá)不到預(yù)期支護(hù)效果；本文以長(zhǎng)春興煤礦602工作面為研究對(duì)象，對(duì)工作面回采期間應(yīng)力區(qū)順槽采取合理有效的支護(hù)技術(shù)。

1 概述

長(zhǎng)春興煤業(yè)有限公司602工作面位于井田南盤區(qū)西翼，工作面東西走向布置，工作面北部為未采區(qū)，南部為601采空區(qū)，西部為井田邊界，東部為南盤區(qū)大巷。

602 工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為2066m，傾向長(zhǎng)度為230m，工作面回采煤層為22#層，平均厚度為9.5m，工作面煤層賦存穩(wěn)定，工作面煤層坡度較小，總體上回風(fēng)順槽高于運(yùn)輸順槽一側(cè)兩巷高差約2～16m，工作面平均坡度-2°。煤層頂?shù)装鍘r性如表1所示。

表1 602工作面回采的22#層頂?shù)装鍘r性表

602 工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，截止2021年11月13日工作面已回采至750m處。

2 工作面回采技術(shù)難題

2.1 工作面地質(zhì)現(xiàn)狀

602工作面在回采過程中預(yù)計(jì)揭露7條正斷層，一條陷落柱，斷層平均落差為0.9m，平均傾角為57°，最大斷層位于612m 處，落差為1.3m，對(duì)工作面回采影響長(zhǎng)度為28m，其它斷層對(duì)工作面回采影響不大；工作面回采至745m 處位于回風(fēng)順槽側(cè)揭露一條X1 陷落柱，陷落柱成橢圓狀，陷落柱長(zhǎng)軸長(zhǎng)為47m，斷軸長(zhǎng)29m，長(zhǎng)軸與回風(fēng)順槽近似水平，602回風(fēng)順槽在掘進(jìn)過程中已揭露X1 斷層。陷落柱腔體巖體主要以不規(guī)則的泥巖為主。

2.2 工作面回采現(xiàn)狀

602工作面揭露陷落柱后工作面圍巖破碎嚴(yán)重，位于回風(fēng)順槽側(cè)煤壁片幫嚴(yán)重，602回風(fēng)順槽在構(gòu)造應(yīng)力以及回采應(yīng)力等集中應(yīng)力作用下，出現(xiàn)頂板下沉、破碎，底板鼓起現(xiàn)象；當(dāng)工作面回采至750m 處時(shí)位于回風(fēng)順槽側(cè)巷幫出現(xiàn)垮落，導(dǎo)致工作面頂板斷裂，出現(xiàn)跨度，同時(shí)受集中應(yīng)力影響工作面超前20m 范圍內(nèi)底板出現(xiàn)嚴(yán)重底鼓現(xiàn)象，通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，受集中應(yīng)力影響回采順槽頂板下沉量達(dá)0.37m，底鼓量達(dá)0.45m，兩幫收斂量達(dá)0.54m。

2.3 順槽圍巖破碎機(jī)理

通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)順槽圍巖觀察發(fā)現(xiàn)，602回風(fēng)順槽圍巖出現(xiàn)嚴(yán)重變形現(xiàn)象主要原因體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）集中應(yīng)力影響：602 工作面在過陷落柱期間在工作面前方20m 范圍內(nèi)形成集中應(yīng)力區(qū)，該集中應(yīng)力對(duì)工作面煤體以及回風(fēng)順槽產(chǎn)生剪切破壞作用，對(duì)回風(fēng)順槽圍巖產(chǎn)生二次破壞作用，破壞了圍巖穩(wěn)定性，導(dǎo)致順槽圍巖內(nèi)產(chǎn)生裂隙區(qū)，降低了原巷道永久支護(hù)效果，導(dǎo)致圍巖破碎、收斂等變形現(xiàn)象。

（2）支護(hù)效果差：602 工作面回采期間對(duì)順槽30m范圍內(nèi)主要采用單體液壓支柱支護(hù)，每排布置三根單體柱，單體柱采用一梁一柱支護(hù)方式，頂梁采用長(zhǎng)度為0.5m“π”型梁，單體柱支護(hù)間距為1.5m，排距1.0m，受順槽頂板變形影響，單體柱支護(hù)斷面小、支護(hù)強(qiáng)度低，單體柱出現(xiàn)變形、卸壓現(xiàn)象，達(dá)不到預(yù)期支護(hù)效果。

3 應(yīng)力區(qū)雙梁鋼棚支護(hù)應(yīng)用

為了提高602工作面應(yīng)力區(qū)圍巖支護(hù)效果，決定對(duì)602 回風(fēng)順槽應(yīng)力區(qū)支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化提出了雙梁鋼棚支護(hù)。

3.1 雙梁鋼棚支護(hù)結(jié)構(gòu)

（1）雙梁鋼棚主要棚腿、雙梁、底座、卡纜、連接桿等部分組成，如圖1 所示，棚腿長(zhǎng)度為3.3m，采用11#工字鋼梁制成，棚腿底端安裝一塊連接板，連接板長(zhǎng)度為0.2m，寬度為0.15m，厚度為8mm，連接板四個(gè)角各焊制一個(gè)直徑為25mm卡纜固定孔。

圖1 602回風(fēng)順槽雙梁鋼棚支護(hù)結(jié)構(gòu)及支護(hù)平面示意圖（單位：mm）

（2）棚腿兩側(cè)各焊接一組直徑為30mm連接桿桿固定圓環(huán)，兩組圓環(huán)布置間距為0.5m，在棚腿底端采用螺栓安裝一個(gè)底座，底座采用長(zhǎng)度及寬度為0.4m 拱形鋼板制成。

（3）雙頂梁主要由縱梁和橫梁焊制而成，縱梁及橫梁全部采用11#工字鋼制成，其中縱梁長(zhǎng)度為4.5m，橫梁長(zhǎng)度為0.5m，在縱梁上焊接三塊連接板，在橫梁中部焊接一塊連接板，連接板規(guī)格為長(zhǎng)×寬=0.2m×0.15m，連接板四個(gè)角各焊制一個(gè)直徑為25mm卡纜固定孔。

3.2 雙梁鋼棚支護(hù)方式

（1）雙梁鋼棚架設(shè)在602 回風(fēng)順槽超前應(yīng)力區(qū)內(nèi)，第一架鋼棚架設(shè)在距工作面5.0m 處，相鄰兩架鋼棚布置排距為1.5m，當(dāng)工作面回采煤壁距鋼棚間距不足2.0m 時(shí)及時(shí)回撤鋼棚前移，鋼棚回撤后采用單體柱進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，單體柱采用“三柱一梁”支護(hù)方式。

（2）雙梁鋼棚架設(shè)順序?yàn)椋旱鬃锿取斄骸B接桿；棚腿與頂梁之間采用卡纜進(jìn)行固定，固定必須牢固可靠，每架鋼棚安裝三根棚腿，棚腿必須垂直頂梁布置。

3.3 實(shí)際應(yīng)用效果

（1）圍巖變形控制效果：602 回風(fēng)順槽應(yīng)力區(qū)采取雙梁鋼棚支護(hù)后，對(duì)巷道每隔10m 安裝一套圍巖變形監(jiān)測(cè)儀，包括一套YH-300型頂板離層儀和一臺(tái)兩幫監(jiān)測(cè)器，通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，雙梁鋼棚支護(hù)后5d范圍內(nèi)圍巖變形量較大，在5～8d 范圍變形量逐漸減小，在8d 后頂板趨于穩(wěn)定，頂板最大下沉量為0.14m，兩幫最大收斂量為0.21m，局部出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象，最大底鼓量為0.27m。

（2）支護(hù)變形情況：602 回風(fēng)順槽應(yīng)力區(qū)采取雙梁鋼棚支護(hù)后，鋼棚變形現(xiàn)象明顯降低，工作面在過集中應(yīng)力區(qū)期間共計(jì)架設(shè)32架，嚴(yán)重變形鋼棚1架，修復(fù)可利用鋼棚4架，其它27架鋼棚未出現(xiàn)變形現(xiàn)象，與傳統(tǒng)單體柱相比，應(yīng)力區(qū)臨時(shí)支護(hù)維修費(fèi)用減少了40.3萬元。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）與傳統(tǒng)矩形鋼棚相比，雙梁鋼棚支護(hù)截面積大，采用“一棚三腿”支護(hù)方式，支護(hù)強(qiáng)度高，能夠適用于大應(yīng)力圍巖中，而且鋼棚可修復(fù)二次利用，降低了支護(hù)成本費(fèi)用。

（2）回風(fēng)順槽應(yīng)力區(qū)采用雙梁鋼棚支護(hù)后，減少了臨時(shí)支護(hù)數(shù)量，降低了勞動(dòng)支護(hù)強(qiáng)度，同時(shí)增加了順槽人員流動(dòng)及物料運(yùn)輸空間。

（3）雙梁鋼棚支護(hù)可應(yīng)用于不同斷面的大應(yīng)力采掘巷道中，而且還可應(yīng)用于橋梁、隧道等領(lǐng)域中，實(shí)用性好，應(yīng)用領(lǐng)域廣。