煤巷高強穩(wěn)定性棚索耦合支護技術(shù)研究

劉清濤

（鄭州煤電股份有限公司 告成煤礦，河南 登封452477）

1 礦井概況

告成煤礦位于登封市東南12km的告成鎮(zhèn)境內(nèi)，始建于1990年，1999年9月正式投產(chǎn)，設(shè)計生產(chǎn)能力900kt／a，井田面積約35km2，可采儲量92.697Mt。2009年技改完成后由0.9Mt／a提高到1.5Mt／a。

2 工作面概況

21051 下副巷為新掘?qū)嶓w煤巷道，巷道標高－201.7m～－208.7m，礦區(qū)地表標高＋260m左右，巷道埋深約460m。該區(qū)域煤層厚度2.3～8m，平均厚度4.2m，煤層平均傾角約10°，煤層結(jié)構(gòu)簡單。煤層偽頂不發(fā)育，直接頂中下部為灰綠色、深灰綠色細粒砂巖，上部為斷層泥及斷層角礫巖；直接底為平均厚度5.1m的砂質(zhì)泥巖；老底為石炭系太原群地層，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定（見圖1）。

圖1 綜合柱狀

3 原支護方式及變形特征

目前，回采巷道普遍采用36U型鋼棚支護，支架下凈寬5552mm，凈高3222mm，凈斷面約13.0m2。支架搭接處采用2付普通夾板卡纜，搭接長度500mm，并采用椽子背幫接頂，棚距400mm（中－中）。

采用上述支護方式后，支架在承載過程中主要存在以下變形特征：

1）支架搭接部位大量出現(xiàn)低阻滑移，頂梁和柱腿相對滑移量普遍達到1m以上，甚至出現(xiàn)兩側(cè)柱腿“親嘴”現(xiàn)象。

2）巷道頂板下沉、底鼓及支架鉆底嚴重，不僅支架頂梁下滑嚴重，導致拱頂壓平，而且巷道底鼓量普遍較大，巷道凈高普遍不足2m，局部甚至不足1.5m。

3）巷道兩側(cè)幫腳內(nèi)移明顯，巷道下寬由5m縮至3.5m。

4）用作U型鋼支架背板的椽子大多滑脫、折斷，大量軟弱煤體從支架間擠出。

4 煤巷高強穩(wěn)定棚索耦合支護技術(shù)

該技術(shù)核心是：采用具有高阻可縮特性的36U型鋼支架（新13m2U型鋼支架，凈高由原斷面的3222mm增加為3522mm，凈寬由5552mm增加為5640mm，支架搭接長度由500mm增加為700mm，柱窩由150mm增加至400 mm）作為基本支護，利用其提供較高支護阻力，控制軟弱煤體產(chǎn)生的塑性流變。U型鋼支架搭接部位使用4付卡纜，分別為雙槽夾板上、下限位卡纜和2付中部普通夾板卡纜，進一步發(fā)揮U型鋼支架的高阻可縮特性，避免支架出現(xiàn)低阻滑移。同時，采用支護結(jié)構(gòu)補償措施，對支架承載結(jié)構(gòu)的薄弱部位進行結(jié)構(gòu)補償，即通過耦合裝置將U型鋼支架與錨索耦合為一體，變不穩(wěn)定支架結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定支架結(jié)構(gòu)，在提高支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時，充分發(fā)揮主動支護和被動支護各自的承載性能，大大提高支護承載結(jié)構(gòu)的整體承載能力。

施工工藝過程如下：

1）架棚、設(shè)置拉桿

棚距由原來400mm調(diào)整為600mm，搭接位置采用2付雙槽夾板限位卡纜和2付普通雙槽夾板卡纜，其中一付中間卡纜靠近下部卡纜安裝，另一付安裝在距上位卡纜276mm處，要求卡纜螺母預(yù)緊力矩不低于300N·m。

架棚前先裝好前探梁，做好臨時支護，同時將拱形支架的頂梁挑起。然后挖400mm深柱窩，安裝兩側(cè)棚腿，棚腿一定要架設(shè)在實體巖石或煤體上。

隨后安裝拉桿。由于支架僅有兩腿與底板接觸，不易穩(wěn)定。因此，除了必須在支架間架設(shè)拉桿外，支架與圍巖間必須背實，改善支架與圍巖相互作用關(guān)系，發(fā)揮支架整體承載性能。

2）掛雙層網(wǎng)背板

架好U型鋼支架后，首先將柔性編織網(wǎng)與金屬網(wǎng)用細鐵絲固定在一起形成一道雙層網(wǎng)，然后沿U型鋼棚外側(cè)（即槽口側(cè)）均勻鋪滿一圈雙層網(wǎng)，金屬網(wǎng)采用600mm×5800mm，10＃鐵絲菱形金屬網(wǎng)。雙層網(wǎng)搭接100mm，每隔300mm需用鐵絲連網(wǎng)，要求網(wǎng)片之間連接牢靠。

3）采用7道2.6m長工字鋼連鎖

連鎖工字鋼打設(shè)錨索孔設(shè)計見圖2。

圖2 21051下副巷工字鋼梁錨索孔設(shè)計

4）安裝錨桿、錨索進行結(jié)構(gòu)補償

見圖3、圖4，結(jié)構(gòu)補償：錨網(wǎng)＋鋼帶支護，錨桿間排距為600mm×600mm，錨桿型號Φ20mm×3000mm，材質(zhì)為高強左旋無縱筋螺紋鋼，每根錨桿使用2支樹脂錨固劑，要求錨桿預(yù)緊力矩不低于200N·m。錨索排距為1000mm，錨索孔孔深7500±100mm；錨索型號為Φ17.8 mm×8000mm，錨索材質(zhì)為1860鋼絞線，每根錨索孔采用1支K2335和2支Z2350樹脂藥卷。錨索托梁采用廢舊U型鋼或工字鋼加工，錨具采用鎖芯為兩半的鎖具。安裝完錨索后要對其進行張拉，錨索預(yù)緊力不低于9t。

圖3 錨桿、錨索布置

圖4 鋼帶布置

5 巷道棚索耦合支護變形監(jiān)測

21051 下副巷在施工棚索耦合支護技術(shù)后，在其巷道兩幫和頂?shù)装逶O(shè)立對應(yīng)的位移監(jiān)測點進行監(jiān)測，2d監(jiān)測一次。監(jiān)測結(jié)果表明，在巷道施工棚索耦合支護技術(shù)完成16 d后，巷道基本趨于穩(wěn)定，右?guī)妥畲笪灰屏繛?50mm，左幫最大位移量為95mm，頂板最大下沉量為115mm，最大底鼓量為60mm左右，支護效果十分明顯。變更棚索耦合支護后巷道變形監(jiān)測情況（見圖5）。

6 結(jié)語

高強穩(wěn)定棚索耦合支護技術(shù)在告成礦煤巷21051下付巷的成功應(yīng)用，不僅有效降低巷道支護成本，提高巷道掘進速度，更保障了巷道支護的穩(wěn)定。同時為該礦煤巷支護技術(shù)的改革提供了寶貴的經(jīng)驗。

圖5 巷道變形監(jiān)測