煤巷高强稳定性棚索耦合支护技术研究

刘清涛

（郑州煤电股份有限公司 告成煤矿，河南 登封452477）

1 矿井概况

告成煤矿位于登封市东南12km的告成镇境内，始建于1990年，1999年9月正式投产，设计生产能力900kt／a，井田面积约35km2，可采储量92.697Mt。2009年技改完成后由0.9Mt／a提高到1.5Mt／a。

2 工作面概况

21051 下副巷为新掘实体煤巷道，巷道标高－201.7m～－208.7m，矿区地表标高＋260m左右，巷道埋深约460m。该区域煤层厚度2.3～8m，平均厚度4.2m，煤层平均倾角约10°，煤层结构简单。煤层伪顶不发育，直接顶中下部为灰绿色、深灰绿色细粒砂岩，上部为断层泥及断层角砾岩；直接底为平均厚度5.1m的砂质泥岩；老底为石炭系太原群地层，结构稳定（见图1）。

图1 综合柱状

3 原支护方式及变形特征

目前，回采巷道普遍采用36U型钢棚支护，支架下净宽5552mm，净高3222mm，净断面约13.0m2。支架搭接处采用2付普通夹板卡缆，搭接长度500mm，并采用椽子背帮接顶，棚距400mm（中－中）。

采用上述支护方式后，支架在承载过程中主要存在以下变形特征：

1）支架搭接部位大量出现低阻滑移，顶梁和柱腿相对滑移量普遍达到1m以上，甚至出现两侧柱腿“亲嘴”现象。

2）巷道顶板下沉、底鼓及支架钻底严重，不仅支架顶梁下滑严重，导致拱顶压平，而且巷道底鼓量普遍较大，巷道净高普遍不足2m，局部甚至不足1.5m。

3）巷道两侧帮脚内移明显，巷道下宽由5m缩至3.5m。

4）用作U型钢支架背板的椽子大多滑脱、折断，大量软弱煤体从支架间挤出。

4 煤巷高强稳定棚索耦合支护技术

该技术核心是：采用具有高阻可缩特性的36U型钢支架（新13m2U型钢支架，净高由原断面的3222mm增加为3522mm，净宽由5552mm增加为5640mm，支架搭接长度由500mm增加为700mm，柱窝由150mm增加至400 mm）作为基本支护，利用其提供较高支护阻力，控制软弱煤体产生的塑性流变。U型钢支架搭接部位使用4付卡缆，分别为双槽夹板上、下限位卡缆和2付中部普通夹板卡缆，进一步发挥U型钢支架的高阻可缩特性，避免支架出现低阻滑移。同时，采用支护结构补偿措施，对支架承载结构的薄弱部位进行结构补偿，即通过耦合装置将U型钢支架与锚索耦合为一体，变不稳定支架结构为稳定支架结构，在提高支护结构稳定性的同时，充分发挥主动支护和被动支护各自的承载性能，大大提高支护承载结构的整体承载能力。

施工工艺过程如下：

1）架棚、设置拉杆

棚距由原来400mm调整为600mm，搭接位置采用2付双槽夹板限位卡缆和2付普通双槽夹板卡缆，其中一付中间卡缆靠近下部卡缆安装，另一付安装在距上位卡缆276mm处，要求卡缆螺母预紧力矩不低于300N·m。

架棚前先装好前探梁，做好临时支护，同时将拱形支架的顶梁挑起。然后挖400mm深柱窝，安装两侧棚腿，棚腿一定要架设在实体岩石或煤体上。

随后安装拉杆。由于支架仅有两腿与底板接触，不易稳定。因此，除了必须在支架间架设拉杆外，支架与围岩间必须背实，改善支架与围岩相互作用关系，发挥支架整体承载性能。

2）挂双层网背板

架好U型钢支架后，首先将柔性编织网与金属网用细铁丝固定在一起形成一道双层网，然后沿U型钢棚外侧（即槽口侧）均匀铺满一圈双层网，金属网采用600mm×5800mm，10＃铁丝菱形金属网。双层网搭接100mm，每隔300mm需用铁丝连网，要求网片之间连接牢靠。

3）采用7道2.6m长工字钢连锁

连锁工字钢打设锚索孔设计见图2。

图2 21051下副巷工字钢梁锚索孔设计

4）安装锚杆、锚索进行结构补偿

见图3、图4，结构补偿：锚网＋钢带支护，锚杆间排距为600mm×600mm，锚杆型号Φ20mm×3000mm，材质为高强左旋无纵筋螺纹钢，每根锚杆使用2支树脂锚固剂，要求锚杆预紧力矩不低于200N·m。锚索排距为1000mm，锚索孔孔深7500±100mm；锚索型号为Φ17.8 mm×8000mm，锚索材质为1860钢绞线，每根锚索孔采用1支K2335和2支Z2350树脂药卷。锚索托梁采用废旧U型钢或工字钢加工，锚具采用锁芯为两半的锁具。安装完锚索后要对其进行张拉，锚索预紧力不低于9t。

图3 锚杆、锚索布置

图4 钢带布置

5 巷道棚索耦合支护变形监测

21051 下副巷在施工棚索耦合支护技术后，在其巷道两帮和顶底板设立对应的位移监测点进行监测，2d监测一次。监测结果表明，在巷道施工棚索耦合支护技术完成16 d后，巷道基本趋于稳定，右帮最大位移量为150mm，左帮最大位移量为95mm，顶板最大下沉量为115mm，最大底鼓量为60mm左右，支护效果十分明显。变更棚索耦合支护后巷道变形监测情况（见图5）。

6 结语

高强稳定棚索耦合支护技术在告成矿煤巷21051下付巷的成功应用，不仅有效降低巷道支护成本，提高巷道掘进速度，更保障了巷道支护的稳定。同时为该矿煤巷支护技术的改革提供了宝贵的经验。

图5 巷道变形监测