特殊U型鋼棚交岔點開口支護技術的應用

摘要：通過對U型鋼巷道交岔點開口綜合支護技術的探索，能

有效解決巷道抗壓能力低、支架變形快、不易維護等問題，并且給通風管理、運料管理、行人等方面均創造了良好的條件，有較好的推廣應用價值。本文主要就特殊U型鋼棚交岔點開口支護技術的應用進行探討，并作出總結。

關鍵詞：特殊U型鋼 開口支護技術

1 項目立項背景

隨著煤礦開采深度的增加，受地質構造和生產條件的影響，九礦的開口及變向巷道逐漸增加、礦山壓力越來越大，而且伴隨著水患，因此對巷道支護要求越來越高。通過對U型鋼巷道交岔點開口綜合支護技術的探索，有效解決了抗壓能力低、支架變形快、不易維護等問題，并且給通風管理、運料管理、行人等方面均創造了良好的條件，有較好的推廣應用價值。日前，九礦施工的準備巷道（煤巷掘進工作面）及回采巷道（切眼除外）中有至少90%的U型鋼支架，巷道開口及變向部分占5%，將U型鋼開口設置在十字口或丁字口處。目前采用的U型鋼支架支護的承壓狀態和使用壽命一般不長，而工字鋼支架的支護情況略好一些，而且U型鋼支護在技術上仍存在難以克服的問題，如近幾年U型鋼支護主要利用礦用工字鋼對開口U型鋼巷道頂梁進行聯鎖加固，再通過U型鋼棚雙向開口的設計來處理巷道交岔點（十字口支護），這種設計在施工時極易因頂板控制不嚴而使頂煤冒落，導致支架變形，進行設備維護時也不利于設備裝卸。鑒于此，筆者廣泛查閱工程資料，參照U型鋼支架的支護特點，從技術層面對U型鋼支護巷道交岔點的設計進行了理論研究和實踐探討。

2 技術方案的論證

近兩年，九礦巷道使用的型鋼支護多為29U和36U的，巷道丁字口處通過礦用工字鋼對開口位置U型鋼梁進行聯鎖加固，即直接沿用U型鋼開口的設計來處理巷道丁字口開口。加固時開口幫2道抬梁，對幫1道抬梁，可以采用簡單的操作工序直接在開口處施工；目前對于U型鋼交岔點開口設計在技術處理上仍沒有較大突破，加之地質構造復雜多變，交岔點U型鋼支架受壓下沉量較大，因此而加重支架變形程度，不利于開展后期維護工作，諸多問題頻頻出現，不利于實現建設現代化礦井的目標。如果開口角度為60-90度，就能在U型鋼開口處進行施工，參照施工設計圖采用小圈幫并棚轉弦施工，將大大降低施工難度。如果開口角度達不到60度，就不能進行小圈幫并棚轉弦施工，而是改用礦用工字鋼穿棚開口施工設計，但是一般情況下開口斷面小，礦用工鋼支架受壓后容易加快其變形程度，給運輸和設備維護帶來較大困難。巷道開后主要用于原料運輸，開口角度取決于轉弦半徑（要滿足軌道鋪設），因此，目前常采用小角度開口的設計進行巷道開口施工。

3 開口技術方案的確定

根據施工設計，在U型鋼巷道施工進行至開口處，必須快速轉換成特殊U型鋼支架支護，特殊U型鋼支架施工到位后，應該在開口中心及對幫分別聯鎖2道和1道抬棚梁；再通過打錨索用托板加固法加固交岔點特殊U型鋼支架；下一步要參照架棚工藝設計，將40m和35m的礦用工鋼雙抬棚架設在打錨索托板（開口幫）處，為避免礦用工字鋼雙抬棚受到側壓導致支架變形，不利于行人和運輸，所以要求礦用工字鋼雙抬棚必須貼緊反戧齒。圖1和圖2為10.5m2和9.01m2U型鋼開口梁設計。

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4 應用情況分析

架設好特殊U型鋼支架以后，要盡快對其進加固，筆者每周都會勘察了支架情況，全面記錄了相關數據，發現對支架進行加固后便不再出現支架變形的問題，觀察結果表明，可以采用錨索加固法加固特殊U型鋼支架。

對圖3所示的U型鋼開口設計方案進行長期經過長期觀察論證后，發現該設計方案能夠大大提高支架的抗壓能力，支架整體承壓狀態安全可靠，符合質量標準化要求。原來的U型鋼四抬棚支護現在可改用六抬棚支護，提高支護強度。另外，該設計方案針對原有的擴修交岔點斷面大且高于原交岔點巷道的技術難題，仍未實現對彎梁的加工，因此，還需要繼續探究特殊U型鋼支架十字口施工辦法。

5 效益分析

5.1 經濟效益 由于原U型鋼支護巷道開口處支護強度和抗壓力都比較弱，會加速支架變形，不利于設備維護。據近些年U型鋼支護丁字口施工方案的研究，發現U型鋼支架自身具備可縮的優點，但就目前施工技術而言，開口處每隔半年就要擴修維護；按每項返修工程850元/m來算，每個長約6m的丁字口所需維修費用為5100元，每個U型鋼支護丁字頭全年的維修費用高達10200元。結合目前特殊U型鋼支架的觀察數據，可將原維護期限由半年一次延長至一年一次，這樣每個丁字口一年可節省5000元的維修費，全年總的維修費用可節省至少20萬元。由此可見，特殊U型鋼支護丁字口設計將帶來巨大的利潤收益。

5.2 安全效益 原U型鋼支架開口施工采用礦工字鋼上抬棚梁直接開口的設計方案，但考慮到煤料運輸需求和支架受壓情況，要將2條U型鋼腿或開口幫1摘除，以降低支架抗壓能力，減緩支架變形程度；此外，由于很難將戧棚支護設置在開口幫處，側壓將大大破壞對開口支護的穩定狀態。而特殊U型鋼支架設計無需摘除鋼腿，就加大了支架的抗壓能力，結構穩固不易變形，相較于U型鋼支架設計來說更為安全可靠。

參考文獻：

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作者簡介：姚顯君（1986-），男，河南光山人，鶴煤公司九礦掘一隊黨支部書記，助理工程師。