梁北煤矿沿空掘巷支护优化方案

邱克　梁超　贺跃勇

摘要：本文介绍了梁北煤矿沿空掘进技术的优化方案，以及应采取的措施。

关键词：煤矿；掘进技术

1 沿空掘巷概况

梁北煤矿11131风、机巷均为沿空掘进，设计永久支护方式为工字钢对棚+锚索联合支护。掘进期间巷道顶板压力及棚腿侧压较大，特别是上帮，煤体憋出和棚腿变形现象非常严重，两帮位移量在500～1500mm左右，巷道顶底板位移量在400～800mm左右，对11131风、机巷的正常掘进和后期回采造成了巨大影响。初期采用蹬腿及更换上下帮工字钢棚腿的方式进行修棚后，很快又出现棚腿变形、扭斜脱口现象，特别是在煤层较薄、棚腿柱窝为矸石底区域，棚腿变形速度较快、变形量也较大，无法保证巷道的通风及运输要求。

2 加固方案确定

采用新型可伸缩性U36型钢棚腿代替原工字钢对棚棚腿。其优点在于工艺简单，容易操作，施工进度和工程量较更换工字钢对棚棚腿基本没有变化，增加柱腿支护强度，另外棚腿具有很大的可缩性，可以有效的抵抗巷道叠加应力，从而限制围岩及煤体产生的变形损坏，均匀分布载荷，达到稳定巷道的目的。

3 棚腿加工及施工工艺

可伸缩性U₃₆型钢棚腿每棚采用两根3.5m长U₃₆型钢棚腿配合4套高强度卡缆及中30mm高强螺栓扣合在一起，顶部及底部为限位卡缆，中间两道为平口卡缆，上部焊接10mm厚钢板及25c槽钢作为卡槽，底部焊接200×200mm、10mm厚钢板作为柱盘，加工工艺及材料使用较工字钢对棚棚腿无明显区别。

施工期间，现场将2根加工好的U36型钢棚腿按照要求扣合在一起，棚腿搭接长度3.0～3.2m，外露300～500mm，整根棚腿长度3.8～4.0m（矸底时可使用3.8m，煤底时使用4.0m），上帮棚腿扎角66°，1m垂线下端水平距离按照450mm执行，将此可伸缩性U₃₆型钢棚腿代替原12#工字钢对棚棚腿，站好棚腿后使用两道筋巴力将棚腿连锁，防止棚腿受压侧向位移。

4 应用效果分析

对11131风巷上帮使用可伸缩性U₃₈型钢棚腿后，使用十字布点法和喷漆标示法对巷道进行位移观测，经过近4个月的测量观察，巷道上帮受侧压变形最大位移量76mm，顶板最大位移量50mm，巷道顶底板和上帮的煤体变形位移量都趋于稳定，巷道位移变形速度明显减小也趋于稳定，很好地控制了巷道的变形，达到了预期效果。

5 创新点及工程效益分析

5.1 创新点

（1）增加了支护强度，与12#32字钢对棚棚腿相比，可伸缩性U₃₆型钢棚腿能够承受更大顶压和侧压。

（2）可伸缩性U₃₆型钢棚腿具有让压性，棚腿承受压力过大时具有可缩性，减少了压力过大造成的棚腿弯曲变形，同时还可以根据施工现场的具体情况适当调整棚腿长度，减少了一定的开挖柱窝量。

（3）使用可伸缩性U₃₆型钢棚腿，避免了二次及反复修棚，减少了巷修工程量。

5.2 工程效益

5.2.1 节省了支护材料费用。在巷道压力较大的地点，使用12#工字钢对棚棚腿修棚后，工字钢棚腿几乎全部发生弯曲变形，取直后复用率不足50%，其余只能加工成锚索托梁等进行使用，材料二次复用浪费率较高。使用可伸缩性U₃₆型钢棚腿修棚后，目前尚未发现有变形现象，后期复用率预计可达到90%以上。11131风巷目前上帮需修棚约900棚，加上使用可伸缩性U₃₆型钢棚腿避免的二次及多次反复修棚，仅11131风巷预计可节省支护材料费用超过100万元。

5.2.2 节省人工成本。使用可伸缩性U₃₆型钢棚腿后，避免了二次及后期多次修棚，在保证矿井正常生产的情况下，节约了大量劳动力和劳动成本。在巷道压力较大的地点，后期平均按照减少1.5次修棚进行计算，仅11131风巷可节省劳动力成本超过30万元。

5.2.3 减少了巷道修复对矿井正常生产的影响时间，杜绝了冒顶、片帮风险。

6 推广应用

在11131风巷采用可伸缩性U₃₈型钢棚腿修棚后效果显著，有效地控制了巷道的变形和破坏，保证了11131风巷的正常掘进，同时从根本上减少了生产过程中巷道维护和返修的费用，降低了生产成本，避免了巷道的反复维修恶性循环，提高了巷道的服务年限。

经实践证明，在深部应力集中巷道采用可伸缩性U36型钢棚腿加固支护效果十分显著，工艺简单，适用性强，强度高而且具有可缩性，在煤矿巷道支护中有很好的推广使用价值。为此，梁北煤矿在11131机巷、21011机巷掘进及修复过程中推广应用了可伸缩性U₃₆型钢棚腿，同样取得了较为明显的效果。