梯形棚支护装置在巷道掘进中的应用分析

张安慎

（山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司，山西 太原 030006）

引言

煤矿井下巷道在掘进中常常出现断层、陷落柱等情况，严重破坏了巷道煤体的稳定性，造成巷道掘进中出现顶板破碎的情况。传统主要采用锚杆、锚索等对顶板进行支护，这种支护方式虽然对煤体起到主动支护作用，然而若顶板破碎严重，锚杆的锚固端就不能对破碎区域的顶板实现有效锚固。因此，四侯煤矿通过技术研究采取梯形棚支护装置更加有效地对破碎顶板进行支护。

1 四侯煤矿3108 回风巷概况

晋能集团四侯煤业公司3108 回风巷位于矿井北部一采区，东侧为3103 采空区，西侧为3105 采空区，北侧为矿井边界保护煤柱，南为一采区三条大巷。

3108 回风巷设计长度为1 200 m，巷道设计断面规格为宽×高=4.5 m×4.0 m，巷道掘进煤层为3号煤层，煤层平均厚度为3.7 m，巷道采用EBZ260型掘进机进行掘进，截止目前巷道已掘进265 m[1-2]。

根据四侯煤矿地测科提供资料显示，3108 回风巷掘进至270 m 揭露一条正断层F11，断层落差为2.3 m，倾角为60°，受断层影响巷道掘进至260 m处顶板开始出现破碎现象，当巷道掘进至265 m 处时顶板大面积破碎现象，且顶板锚杆、锚索支护失效现象严重，无法满足顶板支护需求；对此，四侯煤矿通过技术研究，决定在顶板破碎区采取梯形棚支护装置进行顶板加强支护。

2 梯形棚支护装置支护工艺

1）梯形棚支护装置主要由顶梁、棚腿、底座、连接件等组成。根据3108 回风巷掘进工作面的实际尺寸，将顶梁的长与宽分别设计为4.2 m×0.5 m，顶梁是将两根槽钢焊接而成，槽钢的长与宽分别4.2 m×0.15 m，如图1 所示。

图1 3108 回风巷断层破碎区顶板梯形钢棚支护示意图（单位：mm）

2）为了能够使棚腿的承载力达到预定要求，采用宽度为0.11 m 工字钢作为棚腿，同时在棚腿的顶、底两端焊接两块长、宽分别为0.4 m×0.2 m 的长方形钢板，且在钢板的四个角分别施工一个半径为10 mm 的圆孔。

3）棚腿底座采用一块长度为0.5 m 的正方形钢板制成，在钢板的四个角分别施工四个圆孔，之后在钢板中部施工一个固定座，通过螺栓将固定座与棚腿底部钢板紧固。

4）为了确保底板的平整，对破碎顶板进行更好地支护，梯形棚安装前需对安装地点的浮煤进行全面清理，然后将同一架钢棚的两个棚腿底座与底板固定，并使用锚杆与底板固定[3]。

5）钢棚棚腿底座与底板的固定后，使用螺栓将两根棚腿与底座固定，棚腿安装工艺要严格按照设计要求进行施工，各部件的紧固必须牢固，避免螺栓松动。

6）待棚腿底座全部安装后，采用连接件将顶梁与棚腿顶部钢板进行连接，顶梁的安装必须能够完全与顶板接触，如顶板局部出现无法接触时可采用混凝土对顶板进行填充。

7）根据3108 回风巷顶板破碎情况，钢棚布置间距为2.0 m，同时为了确保钢棚不会倾倒伤人，安装后的钢棚使用钢丝进行紧固，日常生产时要安排专人对钢棚变形情况进行观察，发现钢棚变形严重时及时处理。

3 梯形钢棚支护装置优点

1）成本低：与传统的支护工艺相比，梯形棚成本成本相对较低，不仅降低了支护的投入，而且该装置结构简单、支护强度高、故障率低，便于安装维护。

2）支护效果好：传统的支护工艺主要采用粘接剂对破碎顶板进行粘连，这种方式属于主动支护。由于粘接剂的成本比较高，且注浆完毕后还需采用相应的措施进行支护，不仅施工步骤复杂，而且支护的效果也比较差。采用矩形工字钢棚或锚索吊棚对顶板进行支护时，由于钢梁对顶板切顶会造成顶板更加破碎，甚至出现钢梁断裂的情况；梯形棚支护装置由于与顶板接触面积大不会对顶板切顶，而且棚腿使用强度较大的钢板不会发生断裂，棚腿与顶梁的夹角又会缓解顶板来压时对支护设备的冲击，具有较好的使用效果[4-5]。

3）使用范围广：梯形棚不仅能够满足井下地质构造复杂的巷道及硐室，还有适用于桥梁及隧道的施工，具有较广的适用范围。

4 实际应用效果

截止2019 年4 月23 日，3108 回风巷已掘进750 m，通过对断层破碎区顶板采取梯形棚进行支护后，巷道在过破碎区期间顶板未发生大面积破碎、冒落现象，顶板离层量由原来的0.52 m 降低为0.13 m，顶板锚杆失效率由11%降低为3%以下，大大提高了顶板锚杆锚固效果，巷道掘进速度由原来的3.4 m/d 提高至6.9 m/d；同时该支护装置对顶板适应性强，该装置使用后未出现顶梁断裂、变形等现象，降低了装置维修成本费用。

5 结论

山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司针对3108 回风巷过断层期间顶板出现破碎现象，提出了梯形钢棚支护装置，通过实际应用效果来看，该支护装置解决了传统矩形钢棚适应能力差、应力区损坏率高、支护效果差等技术难题；该装置具有较强的抗压能力及承载能力，降低了垂直应力对顶板破坏作用，大大提高了顶板稳定性，保证了巷道掘进效率及施工安全，取得显著的安全、经济效益。