掘進巷道過陷落柱U型棚支護技術(shù)研究

王鑫

摘要：開元公司巷道過陷落柱期間，支護普遍采用U型棚作為主要支護方式，該支護方式屬于被動的受壓支護，但巷道來壓或錨索支護強度不合理時，支架的穩(wěn)定性較差，通過合理的聯(lián)合支護技術(shù)，不僅增強了U型棚的支護強度和穩(wěn)定性，還提高了巷道的安全性，取得了很好的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：過陷落柱；U型棚；聯(lián)合支護

1 引言

開元公司位于山西省晉中市壽陽縣境內(nèi)，公司所開采的井田交通十分便利，南部有石太鐵路、太舊高速公路。井田走向長約為5km，傾向長約為5.5km，井田水平面積達到27.5k㎡。現(xiàn)公司主采煤層有兩層，即3號和9號煤層，井田地質(zhì)條件簡單。礦井正常涌水量為140m3/h，最大涌水量達到220m3/h；9#煤層硬度系數(shù)f=2.3，煤質(zhì)為瘦煤、貧煤。

2 工程概況

現(xiàn)主采位于太原組上部的9#煤層，9#煤層位于K4灰?guī)r以上20m左右，煤層厚度在3.55-5.82m，平均厚度為4.93m，礦井南部存在9號煤與8號煤合并、分叉區(qū)，煤層厚度變化較大，煤層含夾石在0-4層，其夾矸巖性為泥巖、炭質(zhì)泥巖，厚度一般在0.2至4.0米之間，煤層結(jié)構(gòu)較為簡單。頂板為泥巖或砂質(zhì)泥巖，局部為中、細粒砂巖。底板為砂質(zhì)泥巖、泥巖、局部為粉砂巖或細粒砂巖。本煤層屬全分區(qū)穩(wěn)定可采煤層。

試驗巷道9713回風(fēng)巷掘進工作面地面位于石人溝村東南部（已搬遷），黃土丘陵地貌，“U”型溝谷發(fā)育，以耕地為主，局部有少量林地；井下北部為9814工作面，東鄰9#煤七采區(qū)西翼工作面，南靠9713設(shè)計工作面，西部為9804已采工作面。

據(jù)3#煤3803工作面投影資料與三維地震資料，9713回風(fēng)預(yù)計揭露194#陷落柱，長軸呈北西向，大小117m×65m。

3 支護技術(shù)探討

3.1 陷落柱對巷道影響

陷落柱內(nèi)巷道頂板充填物多為泥巖、砂巖等混合巖性，且膠結(jié)情況差，陷落柱內(nèi)巖層風(fēng)化破碎嚴重，當掘進巷道通過陷落柱時，巷道圍巖破碎，穩(wěn)定性差。同時陷落柱附近可能有隱伏小斷層、裂隙、牽引褶曲、煤層傾角變化大等地質(zhì)構(gòu)造，在支護不合理或支護強度不夠時，很可能會造成頂板冒落、滾幫等事故，嚴重危害生產(chǎn)安全。

3.2 施工工藝

當陷落柱巖性硬度f≤3時使用掘進機施工，f>3時采用炮掘施工，過陷落柱期間，采用側(cè)裝機裝矸的方式；支護采用29U型棚、錨索、W鋼帶、菱形網(wǎng)聯(lián)合支護，挖柱窩使用風(fēng)鎬施工，巖性較硬時可放小炮。

巖石較硬時，放炮后先進行敲幫問頂處理活矸危石，采用側(cè)裝機出矸，在永久支護下將能出的矸出凈，然后在永久支護下進行鋪聯(lián)網(wǎng)，兩人將帽柱抬立在合理位置，進行臨時支護，柱距不大于1米，臨時支護必須支設(shè)在實底上，底軟時必須穿鞋，過陷落柱永久支護采用鋼帶、錨索配高強度鐘形托盤、菱形網(wǎng)，29U型拱棚聯(lián)合支護。

支護布置方式：錨索、鋼帶將排距縮小至0.9米，29U型拱棚棚距也設(shè)定0.9m。其中，錨索鋼絞線規(guī)格為φ21.8mm×6200m，菱形網(wǎng)垂直巷道鋪設(shè)，頂網(wǎng)長邊對接并用14#專用聯(lián)網(wǎng)絲每隔0.1m交叉聯(lián)一道，如巷幫圍巖穩(wěn)定，不打幫錨桿不掛網(wǎng)，如巷幫圍巖破碎則在二牛背上補打一排幫錨桿，并掛一片經(jīng)緯網(wǎng)。

29U型拱棚支護要求：

1、棚腿應(yīng)支在柱窩內(nèi)，柱窩深度不小于10cm。

2、棚梁中要與巷道中心線保持一致，左右偏差不超過5cm。

3、每架棚必須接口嚴實合縫，迎山有勁，構(gòu)盤符合規(guī)定，卡纜齊全有效。

4、網(wǎng)與網(wǎng)搭接10㎝每間隔10㎝用雙股14#連網(wǎng)絲交錯連接一道，盤幫鉤頂要嚴實。棚梁與腿搭接長度不小于400mm。卡纜螺絲做防銹處理，棚嚴禁前仰后翻。

5、29U型拱棚支護緊跟掌頭。

3.3 支護效果

9713回風(fēng)巷過陷落柱支棚段，采用錨索、鋼帶、網(wǎng)及29U型棚組合支護加固技術(shù)，很好的控制了頂幫位移及活矸危石的冒落，保證了巷道圍巖的穩(wěn)定性、完整性，實踐也證明該支護方式可保證巷道的安全生產(chǎn)需要，說明該支護設(shè)計對于巷道掘進過陷落柱是安全合理的。

通過對比其他巷道29U型棚支護，錨索規(guī)格對巷道支護質(zhì)量也存在較大的影響，采用φ17.8mm×6200m配合支棚時，由于錨索承載能力較小，加之頂板破碎，導(dǎo)致圍巖變形嚴重，巷道頂?shù)装逡七M量增加，必須后期進行了整巷維護補救，但錨索支護后期維護仍困難，并有多處U型棚受壓彎曲，這說明了支U型棚必須配合合理的錨索支護才能在過陷落柱期間發(fā)揮更好的作用。

現(xiàn)場實踐表明，29U型棚支架具有一定的可縮性，在受到圍巖壓力時，可以很好的將部分側(cè)向壓力轉(zhuǎn)化成垂直壓力，將巷道兩幫的壓力傳遞至巷道底板，達到一定的減壓效果，這種復(fù)合支護方式的應(yīng)用使的過陷落柱支護效果良好，且巷道整修工程量小，緩和了礦井采掘接替緊張，還可以保證巷道安全有效，變形量小，在巷道內(nèi)不會出現(xiàn)頂板冒落的情況，且斷面形狀非常穩(wěn)定，能夠很好的滿足進風(fēng)、行人的要求。

4 結(jié)論

1、通過陷落柱的巷道，由于揭露的陷落柱內(nèi)巖石易風(fēng)化，巷道圍巖破碎，使巷道頂板難以支護。故必須采用及時支護，避免巷道頂幫圍巖長時間風(fēng)化而難以維護。

2、通過采用高強度錨索初次支護，加之采用背板、板梁背實棚的頂、幫空隙部分，充分提高頂板的整體強度，很好的控制巷道圍巖的變形破壞，保證了巷道的安全使用。

3、通過過陷落柱期間巷道支護加固，很好解決了陷落柱影響范圍內(nèi)巷道破碎圍巖的支護難題，且U型棚在支護過程中不會因受壓出現(xiàn)倒棚和棚腿內(nèi)扎等現(xiàn)象。

參考文獻：

[1]國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.

[2]李振華，徐高明，李見波.我國陷落柱突水問題的研究現(xiàn)狀與展望[J].中國礦業(yè)，2009（04）.

[3]楊德義，王赟，王輝.陷落柱的繞射波[J].石油物探，2000（04）.