柔性背顶材料在三软回采巷道支护中的应用

高宝安 李守广 张 旺

（枣庄大兴矿业有限责任公司，山东 枣庄 277319）

1 概况

枣庄大兴矿业有限责任公司采用立井开拓，-406m水平、-613m辅助水平上、下山联合开采。矿井主采煤层为2、3煤层，2煤层平均厚度2.17m，3煤层平均厚度4.79m。2煤层伪顶为泥岩，厚度为0.9～1.2m；直接顶为中砂岩，厚度为5.9～20.9m；底板为泥岩，平均厚度为7.1m。3煤层顶板即为2煤层底板，伪顶为泥岩，平均厚度为0.42～1.7m；直接顶为细砂岩，平均厚度为2.4m；底板岩性多为泥岩，平均厚度为1.7m，个别为炭质泥岩及细砂岩。煤层倾角一般在25～30°。2煤层和3煤层及顶板具有弱冲击性，为低瓦斯矿井。矿井井田构造复杂，井田内断层较发育，岩石结构松软，抗压强度低，具有可塑性、膨胀性、崩解性等特征，是典型的“三软”煤层。

2 巷道原支护方式及破坏特征

回采巷道一般选用架棚支护，巷道断面为梯形，采用11#工字钢，上净宽2.30m，下净宽3.10m，（扎角为0.2m/m），净高2.0m，棚距800mm，若围岩破碎或过断层时棚距改为600mm。顶、帮用木枇配合钢筋网、高强塑料网支护，顶部6块木枇，两帮各使用4块木批，枇子均匀布置，间距400mm，并接实背牢，木枇规格为（长×宽×厚）1000mm×100mm×50mm。

由于巷道受“三软”及采煤工作面采动影响，围岩破碎区压力特别大，“煤炮”多，迎头煤质松软、易折帮，巷道两帮压力大。从迎头向后20m两帮开始出现鼓起、顶板下坠、底板鼓起，棚梁、棚腿在木枇未折断前受围岩挤压，连续多棚不同程度弯曲变形，甚至造成棚梁崩“牙壳”，棚腿受挤压弯曲或出现棚腿“倒扎角”，顶部或帮部木枇从中间折断，棚梁之间顶板出现坠兜，棚腿之间帮部突起，巷道局部受压严重段高度不足1.60m，宽度不足2.0m。

3 支护方案的确定和实施

（1）针对“三软”煤层地质特点，从支护结构、围岩特性等方面分析回采巷道破坏机理，找到问题的本质，采取“疏顺导滞”的方法，让其释放有度。为达到代替木枇在架棚巷道接顶、腰帮的面积及强度，采用主井提升机退役的2根Φ34-18×7钢丝绳，中间焊3个40t溜子链环，加工成1200mm×120mm×33mm H型柔性长形材料，代替原巷道支护木枇，如图1。左右对称的钢丝绳1，两钢丝绳1之间使用三个圆环2相连，三个圆环2处于两钢丝绳1的两端及中部，椭圆环2与钢丝绳1之间采用焊接方式相连，钢丝绳1的两端进行熔焊处理。

图1 H型柔性支护长形材料

（2）将H型柔性长形材料串过棚梁、棚腿，再将前后棚衔接的H型长形材料的两端用Φ12铁丝并列捆扎，长形材料中部与钢筋网捆扎，工字钢棚的周围就支护好了，如图2。

图2 H型柔性支护长形材料

（3）当巷道来压时，利用H型长形材料柔韧性的特点，将顶部、帮部压力自然、有度地释放，从而减小了棚梁、棚腿的压力，消除了棚梁崩“牙壳”、棚腿弯曲、木枇折断等现象；如果顶部、帮部积聚的压力大、时间长，棚与棚之间形成了坠兜和“鼓肚”，现场采取先打临时支护，再剪开钢筋网和高强塑料网，将碎煤、碎矸有序地放出，然后再将双网连接、H型长形材料调整均匀，恢复原支护。

4 H型长形柔性支护材料加工

（1）每年主井提升机退役Φ34-18×7的钢丝绳1300m，每4年退役Φ38的箕斗密封钢丝绳4400m。根据架棚巷道800mm的棚距，用割枪将钢丝绳割成每根1200mm，要求在割绳过程中速度放慢，将绳两端就地熔焊，保证钢丝绳两端不“炸头”，保持原捻状，再将2根1200mm钢丝绳平行放置，中间用3个40t溜子链环焊接。为确保链环与钢丝绳焊接不损伤钢丝表面，并保证焊接强度，安排专业电焊工操作，选用型号NBC-250二氧化碳气体保护焊机，根据技术要求，在室内无风环境下焊接，焊接电流在200A以下。

（2）H型长形柔性支护材料的优点：

① 修旧利废，降低成本，节约木材，绿色环保；

② 消除了棚梁崩“牙壳”的危险，消除了木枇折断戳人的危险；

③ 消除了巷道木支护，提高了防灭火安全系数；

④ 提高支护强度，两端可用铁丝扎接，增加了工字钢棚之间支护的安全系数；

⑤ 钢丝绳柔韧性好，能有效地控制顶板和帮部压力的释放，化解了工字钢棚梁、棚腿承载的集中压力，减少了巷道返修；

⑥ 使用中能达到不折断、不变形、好回收、再使用的效果。

5 效益分析

（1）增加了支护强度，H型柔性支护材料两端用Φ12#铁丝扎接，增加了工字钢棚之间的整体性和安全性。

（2）利用退役的钢丝绳，加工2374个H型柔性支护材料，按H型柔性支护材料回收再用3次计算，可节约735000元木材投入费用。