一種新型礦用防片冒材料的推廣與應用

◎彭超子

石壕煤礦目前多為二分層工作面，區域整體為單斜構造，煤巖層走向近南北向，傾向東，傾角平均10°。區內無大的斷層構造存在，但掘進施工中可能受小的斷層構造影響。采空區內受采動影響，一分層煤層頂板已破碎垮落，形成再生頂板，再生頂板膠結不實，易垮落。采空區間煤柱受采動影響，頂板巖層較破碎，且煤柱多為應力集中區，對巷道掘進施工影響較大，巷道易變形。

一、礦井施工背景

12182 上巷里段改造巷掘進及失修巷道擴修以挑頂刷幫為主，采用手鎬配合風鎬方式落渣，每次進入施工地點都要檢查巷道加固情況，隨時注意頂板與兩幫及正頭煤（渣）的情況，防止正頭煤片幫，頂幫打設木質板皮進行防護，防止掉渣傷人。施工人員必須在安全位置施工，嚴禁空頂作業，對頂板要加強支護，對空幫、碎頂處，及時打設板皮。但是二分層工作面頂板多為破碎嚴重，局部有大石頭，使用木質穿皮一方面浪費嚴重，另一方面支護強度低，易折斷，無法有效防護頂板。于是研制一種新型防片冒材料鐵穿皮。

二、一種礦用礦用防片冒材料的加工及設計

礦用鐵穿皮采用廢舊工字鋼截割而成，長×寬=1500mm×100mm，每根1500mm 工字鋼可截割成3 塊鐵穿皮。頭部截割為三角尖頭便于穿入頂板塌冒區，尾部截割一個φ50 圓孔，架棚支護后未壓死的鐵板皮可以利用倒鏈將其拉出，便于回收，重復利用。

附圖：鐵穿皮加工

附圖：鐵穿皮加工

二、現場施工方案對比分析

方案一：計劃掘進施工長度100m，地質條件復雜，巷道圍巖破碎嚴重，經常性出現片冒現象，巷道施工需打設超前木質穿皮支護。對于常規普通片冒強度，頂板松軟，木質穿皮支護強度可滿足巷幫及頂板支撐力，且能達到較好的支護效果。但對于頂板及兩側為高應力巖層、大矸石塊等，若采用木質穿皮支護，穿皮支撐壓力也相應增大，因木質穿皮支護強度低，將會在短時間內出現壓彎，斷裂等破壞現象，難以達到較好的支護效果。若100m巷道施工全部采用木質穿皮，棚距按0.65m，每棚使用8 塊，每塊板皮16 元，共計使用1230 塊，材料費約20000 萬元。

優點：質量輕便，施工簡單，針對頂幫為松軟煤層的支護效果良好。

缺點：支護成本高，支護強度低，且無法回收復用。

方案二：計劃掘進施工長度100m，地質條件復雜，巷道圍巖破碎嚴重，經常性出現片冒現象，巷道施工需打設超前鐵質穿皮支護。對于常規普通片冒強度，頂板松軟，鐵質穿皮支護強度完全可滿足巷幫及頂板支撐力，且能達到較好的支護效果。對于頂板及兩側為高應力巖層、大矸石塊等，采用鐵質穿皮支護，鐵穿皮支撐壓力也相應增大，但在短時間內不會出現壓彎，斷裂等破壞現象，支護效果較好。若100m 巷道施工全部采用鐵質穿皮，回收率按60%，棚距按0.65m，每棚使用8 塊，每塊鐵質板皮0 元，共計投入使用500 塊，材料費為0 元。

優點：零成本，施工簡單，針對各類巷道均有較好的支護效果，且可以回收復用。

缺點：質量較木質穿皮大，單人操作不便。

從以上對比分析可以看出：圍巖破碎嚴重巷道掘進擴修施工100m，采用鐵質穿皮支護巷道每米綜合費用比木質穿皮支護費用可節約20000 元，經濟效益明顯。

由此可見，傳統采用的是木質穿皮支護，雖然初期施工強度較低，但由于巷道破碎嚴重，支護強度較低，后期需要投入大量人工和材料進行巷修維護，在使用周期內預計巷修次數達三次，維修成本約為10000 元/m，且位于應力集中區，安全狀況差。

采用鐵質穿皮支護，雖然前期施工強度投入較高，但該種材料設計合理，抗壓性能好，支護強度高，后期只需投入少量人工和材料費用進行簡單維護，維護成本僅為300 元/m，就可滿足正常生產需要，支護效果好。且巷道狀況穩定的情況下可便于回收，二次利用。

根據現場施工情況證明，應用效果良好，能夠充分保證通風、運輸及行人斷面，保證機軌合一，使安全生產狀況和作業環境得到大大改善，有效地延長了巷道使用年限，解決了以往工作面貫通后修護工程量大的問題，減少了二次修護材料投入。

三、結語

根據以往經驗，采用架棚支護的巷道，過老巷及采空區期間頂板破碎嚴重，經常性出現塌冒現象，木制板皮無法滿足防片冒的情況下多采用現場附近尋找鋼制材料，浪費人力、時間、材料，同時可能會錯過最佳防護時機，造成巷道塌冒，影響施工安全（人員傷亡和設備損壞）。如果在掘進施工前備用一部分鐵穿皮，如果出現特殊塌冒情況，即可隨取隨用，也可保證支護強度，該材料本身采用廢舊工字鋼加工而成，不占材料費，同時還可以回收一部分鐵穿皮，重復利用，經濟效益明顯。