梯形棚支護裝置在巷道掘進中的應用分析

張安慎

（山西煤炭運銷集團科學技術研究有限公司，山西 太原 030006）

引言

煤礦井下巷道在掘進中常常出現斷層、陷落柱等情況，嚴重破壞了巷道煤體的穩定性，造成巷道掘進中出現頂板破碎的情況。傳統主要采用錨桿、錨索等對頂板進行支護，這種支護方式雖然對煤體起到主動支護作用，然而若頂板破碎嚴重，錨桿的錨固端就不能對破碎區域的頂板實現有效錨固。因此，四侯煤礦通過技術研究采取梯形棚支護裝置更加有效地對破碎頂板進行支護。

1 四侯煤礦3108 回風巷概況

晉能集團四侯煤業公司3108 回風巷位于礦井北部一采區，東側為3103 采空區，西側為3105 采空區，北側為礦井邊界保護煤柱，南為一采區三條大巷。

3108 回風巷設計長度為1 200 m，巷道設計斷面規格為寬×高=4.5 m×4.0 m，巷道掘進煤層為3號煤層，煤層平均厚度為3.7 m，巷道采用EBZ260型掘進機進行掘進，截止目前巷道已掘進265 m[1-2]。

根據四侯煤礦地測科提供資料顯示，3108 回風巷掘進至270 m 揭露一條正斷層F11，斷層落差為2.3 m，傾角為60°，受斷層影響巷道掘進至260 m處頂板開始出現破碎現象，當巷道掘進至265 m 處時頂板大面積破碎現象，且頂板錨桿、錨索支護失效現象嚴重，無法滿足頂板支護需求；對此，四侯煤礦通過技術研究，決定在頂板破碎區采取梯形棚支護裝置進行頂板加強支護。

2 梯形棚支護裝置支護工藝

1）梯形棚支護裝置主要由頂梁、棚腿、底座、連接件等組成。根據3108 回風巷掘進工作面的實際尺寸，將頂梁的長與寬分別設計為4.2 m×0.5 m，頂梁是將兩根槽鋼焊接而成，槽鋼的長與寬分別4.2 m×0.15 m，如圖1 所示。

圖1 3108 回風巷斷層破碎區頂板梯形鋼棚支護示意圖（單位：mm）

2）為了能夠使棚腿的承載力達到預定要求，采用寬度為0.11 m 工字鋼作為棚腿，同時在棚腿的頂、底兩端焊接兩塊長、寬分別為0.4 m×0.2 m 的長方形鋼板，且在鋼板的四個角分別施工一個半徑為10 mm 的圓孔。

3）棚腿底座采用一塊長度為0.5 m 的正方形鋼板制成，在鋼板的四個角分別施工四個圓孔，之后在鋼板中部施工一個固定座，通過螺栓將固定座與棚腿底部鋼板緊固。

4）為了確保底板的平整，對破碎頂板進行更好地支護，梯形棚安裝前需對安裝地點的浮煤進行全面清理，然后將同一架鋼棚的兩個棚腿底座與底板固定，并使用錨桿與底板固定[3]。

5）鋼棚棚腿底座與底板的固定后，使用螺栓將兩根棚腿與底座固定，棚腿安裝工藝要嚴格按照設計要求進行施工，各部件的緊固必須牢固，避免螺栓松動。

6）待棚腿底座全部安裝后，采用連接件將頂梁與棚腿頂部鋼板進行連接，頂梁的安裝必須能夠完全與頂板接觸，如頂板局部出現無法接觸時可采用混凝土對頂板進行填充。

7）根據3108 回風巷頂板破碎情況，鋼棚布置間距為2.0 m，同時為了確保鋼棚不會傾倒傷人，安裝后的鋼棚使用鋼絲進行緊固，日常生產時要安排專人對鋼棚變形情況進行觀察，發現鋼棚變形嚴重時及時處理。

3 梯形鋼棚支護裝置優點

1）成本低：與傳統的支護工藝相比，梯形棚成本成本相對較低，不僅降低了支護的投入，而且該裝置結構簡單、支護強度高、故障率低，便于安裝維護。

2）支護效果好：傳統的支護工藝主要采用粘接劑對破碎頂板進行粘連，這種方式屬于主動支護。由于粘接劑的成本比較高，且注漿完畢后還需采用相應的措施進行支護，不僅施工步驟復雜，而且支護的效果也比較差。采用矩形工字鋼棚或錨索吊棚對頂板進行支護時，由于鋼梁對頂板切頂會造成頂板更加破碎，甚至出現鋼梁斷裂的情況；梯形棚支護裝置由于與頂板接觸面積大不會對頂板切頂，而且棚腿使用強度較大的鋼板不會發生斷裂，棚腿與頂梁的夾角又會緩解頂板來壓時對支護設備的沖擊，具有較好的使用效果[4-5]。

3）使用范圍廣：梯形棚不僅能夠滿足井下地質構造復雜的巷道及硐室，還有適用于橋梁及隧道的施工，具有較廣的適用范圍。

4 實際應用效果

截止2019 年4 月23 日，3108 回風巷已掘進750 m，通過對斷層破碎區頂板采取梯形棚進行支護后，巷道在過破碎區期間頂板未發生大面積破碎、冒落現象，頂板離層量由原來的0.52 m 降低為0.13 m，頂板錨桿失效率由11%降低為3%以下，大大提高了頂板錨桿錨固效果，巷道掘進速度由原來的3.4 m/d 提高至6.9 m/d；同時該支護裝置對頂板適應性強，該裝置使用后未出現頂梁斷裂、變形等現象，降低了裝置維修成本費用。

5 結論

山西煤炭運銷集團科學技術研究有限公司針對3108 回風巷過斷層期間頂板出現破碎現象，提出了梯形鋼棚支護裝置，通過實際應用效果來看，該支護裝置解決了傳統矩形鋼棚適應能力差、應力區損壞率高、支護效果差等技術難題；該裝置具有較強的抗壓能力及承載能力，降低了垂直應力對頂板破壞作用，大大提高了頂板穩定性，保證了巷道掘進效率及施工安全，取得顯著的安全、經濟效益。