交叉索棚支護裝置在巷道掘進中的應(yīng)用

田曉強

（大同煤礦集團虎龍溝煤業(yè)公司， 山西 朔州 036000）

1 21505 巷道概況

大同煤礦集團虎龍溝煤業(yè)公司21505 巷位于井田東盤區(qū)，工作面東部為實煤區(qū)，南部與盤區(qū)東軌道大巷相接，西部鄰近81503 工作面采空區(qū)，北部鄰近塔山煤礦二盤區(qū)。

21505 巷主要擔(dān)負著81505 工作面回采期間進風(fēng)及煤炭運輸任務(wù)，巷道設(shè)計長度為1 471 m，寬度為4.2 m，高度為3.6 m，巷道掘進煤層為石炭系3 號-5 號煤層，平均厚度為12.73 m，煤層直接頂主要為高嶺質(zhì)泥巖，平均厚度1.9 m，基本頂主要以粗砂巖為主，平均厚度為17 m，施工巷道沿3 號-5 號煤層底板平行掘進，預(yù)留頂煤。

21505 巷采用綜合機械化掘進施工工藝，巷道掘進至680 m 處預(yù)計揭露一條F3 正斷層，斷層落差為1.7 m，傾角為50°。受斷層應(yīng)力影響，巷道掘進在660～700 m 范圍內(nèi)巷道頂煤預(yù)留難度大，出現(xiàn)局部破碎甚至冒漏現(xiàn)象，傳統(tǒng)錨桿、錨索支護在破碎煤頂中支護效果差，無法對頂板進行加固維護。針對這一技術(shù)難題，機掘一隊通過技術(shù)研究，決定采用交叉索棚支護裝置對斷層帶處破碎頂板進行維護[1]。

2 破碎頂板原支護設(shè)計及問題分析

2.1 巷道原頂板支護設(shè)計

21505 巷在過斷層期間初步支護設(shè)計中頂板采用錨桿、鋼帶及密集錨索吊棚的方式進行支護。

2.1.1 錨桿、鋼帶支護

1）頂板錨桿：該工作面支護采用直徑、長度分別為22 mm 與2.5 m 的左旋螺紋鋼錨桿，施工人員在每排施工5 根錨桿，錨桿間距為0.9 m，相鄰兩排間距為1.0 m，每根錨桿要配套兩支錨固劑進行錨固[2]。

2）頂板鋼帶采用“W”型高強度材質(zhì)，鋼帶的長度與寬度分別為3 m×0.3 m，每根鋼帶上施工5 個錨桿孔，相鄰兩排間距為0.8 m。

2.1.2 錨索吊棚支護

1）錨索吊棚由一根工字鋼梁與三根鋼絞線組成，工字鋼梁的長度為4.0 m，鋼絞線為5.0 m，同時在工字鋼梁上施工三個圓孔，圓孔的直徑與間距分別為30 mm×1.8 m。

2）錨索吊棚垂直安裝于巷道頂部，施工人員從距離工作面300 m 處開始安裝錨索吊棚，相鄰兩排吊棚間距為1.0 m，使用錨索、鎖具將錨索吊棚與破碎頂板緊固，如果錨索吊棚與頂板不接觸時，可以采用木板、水泥背板墊實[3]。

2.2 傳統(tǒng)支護設(shè)計缺點

2.2.1 成本高、人員數(shù)量多

由于2222 工作面巷道頂板破碎嚴(yán)重，從距離工作面300 m 開始，頂板破碎區(qū)域長度為100 m。如果使用錨索吊棚對頂板進行支護，則需安裝錨索吊棚70 架，按照每個錨索吊棚成本600 元算，共需4.2 萬元，每架錨索吊棚的長度質(zhì)量為19 kg/m，每安裝一架錨索吊棚需要6 個人同時作業(yè)，根據(jù)安裝工期，每天只能安裝5 架，這就造成人員數(shù)量多，而且安裝速度慢。

2.2.2 支護效果差

錨索吊棚起吊需使用6 m 的錨索，而2222 工作面巷道頂板的厚度為4 m 且頂板有破碎，頂板煤壁不能對錨索產(chǎn)生有效的拉力，再加上由于采動影響造成頂板巖石穩(wěn)定性差，錨索吊棚會加劇頂板向深部破碎[4]。

2.2.3 切頂嚴(yán)重

錨索吊棚采用線性支護，支護斷面比較小、柔性較低，當(dāng)巷道頂板壓力增大時，錨索吊棚對頂板不僅起不到柔性支護，還會直接對頂板產(chǎn)生剛性切頂。通過對2222 工作面的觀察，由于受錨索吊棚剛性切頂影響，兩架鋼棚間的頂板出現(xiàn)破碎嚴(yán)重、頂板下沉的情況。

3 交叉組合索棚支護裝置的設(shè)計

技術(shù)人員通過對傳統(tǒng)錨索吊棚工作原理及使用成本分析，采用新型交叉組合索棚支護裝置對工作面巷道頂板進行支護。

1）交叉索棚支護裝置主要是由2 根“JW”型鋼梁、2 根槽鋼橫梁、4 根槽鋼棚腿及5 根錨索組成，槽鋼橫梁的長為4.0 m，槽鋼棚腿的長為3.6 m，錨索的長為8 m，“JW”型鋼梁的長為5 m，寬為0.28 m，厚為0.05 m，同時在鋼梁上施工三個錨索孔，如圖1 所示，每架交叉索棚支護裝置能夠?qū)?.0 m 范圍內(nèi)的頂板進行支護[5]。

圖1 21505 巷破碎頂板交叉索棚支護裝置支護示意圖（單位：mm）

2）施工人員首先要在巷道頂板破碎區(qū)域安裝一根“JW”型鋼梁，鋼梁與巷幫的夾角要控制在55°，使用2 根錨索及鎖具將JW”型鋼梁與頂板進行緊固，在第一根鋼梁安裝完畢后才能安裝第二根剛梁，且兩根鋼梁需交叉安裝，交叉點可以使用錨索穿插后與頂板進行固定。

3）待鋼梁安裝完畢后，在鋼梁下面安裝兩架槽鋼棚，槽鋼棚頂梁要與巷道保持垂直，第一架槽鋼棚需安裝在鋼梁交叉點1 m 處，同時相鄰兩架槽鋼棚的距離要控制在2.0 m。

4）相鄰兩個交叉索棚的距離為1.0 m，按照破碎區(qū)域計算，需安裝15 架交叉索棚對頂板進行支護，為了增加支護的可靠性，還需施工人員在相鄰槽鋼棚棚腿間安裝兩套圓鋼托架，圓鋼托架的直徑與長度分別為20 mm×2.0 m。

5）當(dāng)破碎區(qū)域的所有交叉索棚安裝完畢后，需定期對交叉索棚進行檢查，發(fā)現(xiàn)頂板繼續(xù)下沉，槽鋼棚不接頂時要及時采用工字鋼與頂板墊實。

4 結(jié)語

龍虎溝礦21505 巷使用新型交叉組合索棚支護裝置后，頂板在破碎、下沉以及人員勞動強度方面取得了很好的效果。

1）與傳統(tǒng)支護工藝采用的工字鋼相比，新型支護方式采用的鋼梁重量為原來的一半，這樣能夠大大降低工作人員的勞動強度和人員數(shù)量。

2）按照破碎區(qū)域計算，需安裝15 架交叉索棚對頂板進行支護，按照每個交叉組合索棚成本500 元算，共需7.5 萬元，大大降低了支護的成本。

3）新型交叉組合索棚支護方式還具有支護長度長、柔性強的特點，利用鋼梁交叉式布置與槽鋼棚搭配，對頂板破碎嚴(yán)重的區(qū)域具有很好的支護效果。

4）槽鋼棚能夠有效緩解頂板垂直應(yīng)力與兩幫壓力，有效防止了巷道變形，不僅對頂板能夠起到柔性支護，還不會直接對頂板產(chǎn)生剛性切頂。

5）21505 巷在長度為40 m 破碎區(qū)域使用新型支護裝置后，后期一直沒有出現(xiàn)頂板破碎下沉情況，有效地將頂板及巷道兩側(cè)的變形量控制在可控范圍內(nèi)。