煤巷交岔点支护工艺的分析与应用

邵宏川 邵 荻 尹亮亮

（郑州宏源郑宏煤业有限公司，河南 新密 452370）

在煤巷掘进施工过程中，交岔点的支护工艺选择及使用过程中的维护与管理，影响着矿井采掘接续。煤巷交岔点地段处于巷道支承压力叠加区，顶板悬漏面积大，支护断面相应增大，造成开口处支架稳定性降低，往往是顶板事故的多发地点，交岔点支护工艺的选择至关重要。现有煤巷交岔点支护工艺主要有U型钢连锁加固直接开门支护工艺、工字钢替棚暗抬门支护工艺和U型钢异型梁暗抬门支护工艺三种，本文对煤巷交岔点三种支护工艺进行了深入细致的研究与分析。

1 工程概况

郑宏恒泰（新密）煤业有限公司位于新密市刘寨镇西马庄村，核定生产能力60万t/a。所采煤层为二叠系二1煤层，煤层厚度0.3～16.26m，平均6.28m，为薄～特厚煤层。煤层走向60°，倾向150°，倾角12°～22°，平均14°。煤层强度f=0.2～0.3。直接顶为砂质泥岩，厚0～7.35m，平均1.9m，基本顶为中粒砂岩，厚1.03～28.52m，平均14.82m；直接底为砂质泥岩，厚0.6～7.42m，属于典型的“三软”[1]煤层。

2 开门口支护方式对比分析

2.1 U型钢连锁加固直接开门支护工艺

U型钢连锁加固直接开门支护工艺如图1所示。煤巷掘进过程中需要变向开门施工时，可直接对开门位置的U型钢棚用3道U型钢连锁加固，加固时开口帮1道连锁，顶部1道连锁，对帮1道连锁，连锁方式如图2所示。连锁加固长度不低于5m，然后即可直接开门施工。

但为了满足铺设轨道、巷道通风的要求，应当摘除开门帮1根或多根U型钢腿，增加了支架的下沉量，造成巷道围岩失稳，支架变形，直接影响通风、运料和行人的安全。

此方法施工工序比较容易掌握，但是由于开门帮U型钢腿已摘除，无法打抬棚加固支架，应力全部集中到相邻支架，导致开门侧支架受压变形较快，降低了支架整体稳定性，缩短了巷道维护周期，且现场维修困难，无法满足安全生产及标准化的要求。

2.2 工字钢替棚暗抬门支护工艺

工字钢替棚暗抬门[2]支护工艺如图3所示。煤巷掘进支护形式常用29kg/mU型钢支护，巷道交岔点抬门需要改变支护形式时，设计变更为用12#工字钢棚进行替棚支护，在靠近分支巷道一侧架设三根（密集）工字钢抬门棚，另一侧巷道架设工字钢戗棚，并用三道工字钢连锁加固（如图4所示），摘除分支巷道另一侧的柱腿。支架在交岔点支巷道两侧摘除柱腿后，交岔点支架结构不对称，围岩在双向应力的作用下，改变了原有的应力状态，使巷道一侧压力明显增大，另一侧压力减小，造成巷道支架沿轴线位移，抬门棚梁与支柱错位变形，巷道损坏报废。

图1 U型钢连锁加固直接开门支护工艺示意图

图2 U型钢连锁加固示意图

图3 工字钢替棚暗抬门支护示意

图4 工字钢连锁加固示意

交岔点巷道在生产使用中出现以下问题：（1）交岔点工字钢替棚支架稳定性降低，工字钢梁与支柱容易受压弯曲变形，抬门棚梁翻转、梁柱错位，使用服务年限缩短，维修量增大；（2）交岔点的有效断面因受抬门梁和戗棚柱腿的影响，巷道断面减小1～3m2，直接影响轨道运输、通风行人、管线敷设等，有效空间达不到安全生产与标准化的要求。

2.3 U型钢异形梁暗抬门支护工艺

U型钢异形梁[3]暗抬门支护工艺如图5所示。

图5 U型钢异形梁暗抬门支护示意

例如：原主巷道支护形式为29kg/mU型钢支护巷道，掘进施工至交岔点设计位置时，改变支护形式为异型梁配合29kg/mU型钢腿（非开口帮）进行下扎放档。异型梁与29kg/mU型钢腿用三套卡缆进行连锁加固，开口侧用工字钢棚打抬棚（或打点柱），工字钢腿必须有一定迎山角，保持支架迎山有力，使下扎放档支架整体受力均匀，避免支架受巷帮侧压影响。棚距应当按照抬门梁长度调整均匀，架设后的U型钢异型梁支架总宽度不允许超过抬门梁的总宽度。每架设一架U型钢异型梁支架，必须随即打点柱临时加固。U型钢异型梁支架支护结束后，去掉临时点柱，然后用“将军柱”配合“垛子梁”进行抬门支护，顶空处镶实背牢，“将军柱”内必须填满沙子，提高其支护强度。

抬门时将军柱支护在靠梁齿的外侧，为保证梁齿与异型梁之间的架设质量，在加工支架时必须保证焊接质量，防止脱焊造成异型梁在巷道应力的作用下发生移位变形。架设将军柱要紧贴煤壁架设，提高支架的稳定性和抗侧压能力，同时也增加了巷道的使用空间。为进一步提高支架的支护质量，新架设的U型钢异型梁支架与主巷道支架进行连锁加固，形成整体支护状态，增加了抵抗侧向压力的能力和支架结构整体的稳定性，连锁方式如图2所示。如果交岔点巷道压力特别大，围岩特别破碎，还可以采取喷浆+注浆[4]的措施进行进一步加固，提高巷道的支护强度和抗压能力。

从图5中可以看出，原来29kg/m的U型钢在交岔点处，使用U型钢异型梁暗抬门支护后，支柱的位置没有发生变化，而分支巷道两侧的梁与柱的支架由原来的弧形变成了矩形，净断面和使用空间明显增大，完全可以满足轨道运输、通风行人与管线敷设的要求，为矿井安全生产标准化建设打下了良好基础。

3 应用效果

郑宏恒泰（新密）煤业井下12采区、13采区煤巷交岔点使用U型钢异型梁暗抬门支护工艺，并进行顶底板移近量矿压观测，与工字钢替棚暗抬门支护工艺和U型钢连锁加固直接开门支护工艺对比具有以下优点：

（1）简化操作流程，节省人工成本，增加支架的整体稳固性，提高支护质量与强度，改善巷道的使用条件，降低材料消耗等。

（2）提高交岔点开口处巷道的抗压强度，延长交岔点支架的使用服务周期，交岔点整体支架的观感得到了明显提升，奠定了安全生产标准化基础工作。

（3）推广使用29kg/mU型钢异型梁暗抬门支护工艺，能够扩大巷道使用空间，确保矿井安全生产与经济效益的双丰收。