煤巷交岔點支護工藝的分析與應用

邵宏川 邵 荻 尹亮亮

（鄭州宏源鄭宏煤業有限公司，河南 新密 452370）

在煤巷掘進施工過程中，交岔點的支護工藝選擇及使用過程中的維護與管理，影響著礦井采掘接續。煤巷交岔點地段處于巷道支承壓力疊加區，頂板懸漏面積大，支護斷面相應增大，造成開口處支架穩定性降低，往往是頂板事故的多發地點，交岔點支護工藝的選擇至關重要。現有煤巷交岔點支護工藝主要有U型鋼連鎖加固直接開門支護工藝、工字鋼替棚暗抬門支護工藝和U型鋼異型梁暗抬門支護工藝三種，本文對煤巷交岔點三種支護工藝進行了深入細致的研究與分析。

1 工程概況

鄭宏恒泰（新密）煤業有限公司位于新密市劉寨鎮西馬莊村，核定生產能力60萬t/a。所采煤層為二疊系二1煤層，煤層厚度0.3～16.26m，平均6.28m，為薄～特厚煤層。煤層走向60°，傾向150°，傾角12°～22°，平均14°。煤層強度f=0.2～0.3。直接頂為砂質泥巖，厚0～7.35m，平均1.9m，基本頂為中粒砂巖，厚1.03～28.52m，平均14.82m；直接底為砂質泥巖，厚0.6～7.42m，屬于典型的“三軟”[1]煤層。

2 開門口支護方式對比分析

2.1 U型鋼連鎖加固直接開門支護工藝

U型鋼連鎖加固直接開門支護工藝如圖1所示。煤巷掘進過程中需要變向開門施工時，可直接對開門位置的U型鋼棚用3道U型鋼連鎖加固，加固時開口幫1道連鎖，頂部1道連鎖，對幫1道連鎖，連鎖方式如圖2所示。連鎖加固長度不低于5m，然后即可直接開門施工。

但為了滿足鋪設軌道、巷道通風的要求，應當摘除開門幫1根或多根U型鋼腿，增加了支架的下沉量，造成巷道圍巖失穩，支架變形，直接影響通風、運料和行人的安全。

此方法施工工序比較容易掌握，但是由于開門幫U型鋼腿已摘除，無法打抬棚加固支架，應力全部集中到相鄰支架，導致開門側支架受壓變形較快，降低了支架整體穩定性，縮短了巷道維護周期，且現場維修困難，無法滿足安全生產及標準化的要求。

2.2 工字鋼替棚暗抬門支護工藝

工字鋼替棚暗抬門[2]支護工藝如圖3所示。煤巷掘進支護形式常用29kg/mU型鋼支護，巷道交岔點抬門需要改變支護形式時，設計變更為用12#工字鋼棚進行替棚支護，在靠近分支巷道一側架設三根（密集）工字鋼抬門棚，另一側巷道架設工字鋼戧棚，并用三道工字鋼連鎖加固（如圖4所示），摘除分支巷道另一側的柱腿。支架在交岔點支巷道兩側摘除柱腿后，交岔點支架結構不對稱，圍巖在雙向應力的作用下，改變了原有的應力狀態，使巷道一側壓力明顯增大，另一側壓力減小，造成巷道支架沿軸線位移，抬門棚梁與支柱錯位變形，巷道損壞報廢。

圖1 U型鋼連鎖加固直接開門支護工藝示意圖

圖2 U型鋼連鎖加固示意圖

圖3 工字鋼替棚暗抬門支護示意

圖4 工字鋼連鎖加固示意

交岔點巷道在生產使用中出現以下問題：（1）交岔點工字鋼替棚支架穩定性降低，工字鋼梁與支柱容易受壓彎曲變形，抬門棚梁翻轉、梁柱錯位，使用服務年限縮短，維修量增大；（2）交岔點的有效斷面因受抬門梁和戧棚柱腿的影響，巷道斷面減小1～3m2，直接影響軌道運輸、通風行人、管線敷設等，有效空間達不到安全生產與標準化的要求。

2.3 U型鋼異形梁暗抬門支護工藝

U型鋼異形梁[3]暗抬門支護工藝如圖5所示。

圖5 U型鋼異形梁暗抬門支護示意

例如：原主巷道支護形式為29kg/mU型鋼支護巷道，掘進施工至交岔點設計位置時，改變支護形式為異型梁配合29kg/mU型鋼腿（非開口幫）進行下扎放檔。異型梁與29kg/mU型鋼腿用三套卡纜進行連鎖加固，開口側用工字鋼棚打抬棚（或打點柱），工字鋼腿必須有一定迎山角，保持支架迎山有力，使下扎放檔支架整體受力均勻，避免支架受巷幫側壓影響。棚距應當按照抬門梁長度調整均勻，架設后的U型鋼異型梁支架總寬度不允許超過抬門梁的總寬度。每架設一架U型鋼異型梁支架，必須隨即打點柱臨時加固。U型鋼異型梁支架支護結束后，去掉臨時點柱，然后用“將軍柱”配合“垛子梁”進行抬門支護，頂空處鑲實背牢，“將軍柱”內必須填滿沙子，提高其支護強度。

抬門時將軍柱支護在靠梁齒的外側，為保證梁齒與異型梁之間的架設質量，在加工支架時必須保證焊接質量，防止脫焊造成異型梁在巷道應力的作用下發生移位變形。架設將軍柱要緊貼煤壁架設，提高支架的穩定性和抗側壓能力，同時也增加了巷道的使用空間。為進一步提高支架的支護質量，新架設的U型鋼異型梁支架與主巷道支架進行連鎖加固，形成整體支護狀態，增加了抵抗側向壓力的能力和支架結構整體的穩定性，連鎖方式如圖2所示。如果交岔點巷道壓力特別大，圍巖特別破碎，還可以采取噴漿+注漿[4]的措施進行進一步加固，提高巷道的支護強度和抗壓能力。

從圖5中可以看出，原來29kg/m的U型鋼在交岔點處，使用U型鋼異型梁暗抬門支護后，支柱的位置沒有發生變化，而分支巷道兩側的梁與柱的支架由原來的弧形變成了矩形，凈斷面和使用空間明顯增大，完全可以滿足軌道運輸、通風行人與管線敷設的要求，為礦井安全生產標準化建設打下了良好基礎。

3 應用效果

鄭宏恒泰（新密）煤業井下12采區、13采區煤巷交岔點使用U型鋼異型梁暗抬門支護工藝，并進行頂底板移近量礦壓觀測，與工字鋼替棚暗抬門支護工藝和U型鋼連鎖加固直接開門支護工藝對比具有以下優點：

（1）簡化操作流程，節省人工成本，增加支架的整體穩固性，提高支護質量與強度，改善巷道的使用條件，降低材料消耗等。

（2）提高交岔點開口處巷道的抗壓強度，延長交岔點支架的使用服務周期，交岔點整體支架的觀感得到了明顯提升，奠定了安全生產標準化基礎工作。

（3）推廣使用29kg/mU型鋼異型梁暗抬門支護工藝，能夠擴大巷道使用空間，確保礦井安全生產與經濟效益的雙豐收。