U型钢巷道交岔点支护的研究与应用

郑军伟等

摘要：煤矿井下交岔点处巷道跨度较大，压力一般较为集中，尤其是被动支护的架棚巷道交岔点处受矿压的影响更大，棚子易变形，维修频率高，维修起来也比较困难，往往交岔点处于通风、运输等重要位置，一旦安全管理不到位发生漏冒等事故，会严重影响正常安全生产。如何解决U型钢巷道交岔点处的支护问题，提高交岔点处的支护强度就显得非常重要。

关键词：U型钢 交岔点 支护手段

1 概述

平煤股份三矿多年来受周边煤矿、四周采空区、采动及矿压等综合影响较大，伴随着矿井的日益延深，现施工巷道及现有巷道的压力日益显现较为明显，矿压已成为制约我们正常安全生产及运输的主要问题之一。过去采用较多的支护形式主要是金梯支护，断面一般在8m2左右，随着综采综掘工作面及悬移支架工作面的广泛推广，现要求施工的开掘工作面断面大、支护强度高，以满足运输和綜采综掘的需要。为了减少矿压给安全生产带来的影响，减少巷修量，努力实现一次成巷，必须改变当前的支护形式，尤其是在己15、己16-17煤层施工过程中，由于采区范围小，交岔点较多，巷道压力更为显著，底鼓严重，过去的在用巷道和现施工的巷道已不能采用过去的支护形式和设计断面来进行施工，在不能采用锚网支护的前提下，就要采取更高强度的支护手段，所以，U型钢支护就成为首选的支护对象，对U型钢巷道交岔点处的支护研究和应用推广就显得尤为重要。

2 施工设计方案

具体实施方案是在施工的U型钢巷道交岔点处，对主巷U型钢支护段在交岔点处的数架U型钢进行改进，即在主巷与分巷交汇处，分巷口采用36U型钢与11#工字钢联合抬棚，主巷交汇处U型钢进行改进，根据设计方案进行特殊加工。将交汇处的几节去掉对U型钢顶梁进行改进，以便和分巷U型钢抬棚合理搭接，同时根据围岩压力情况采取补打卸压孔的方法释放压力，并通过材料力学受力分析采取补打锚索的方法防止交岔点与抬棚搭接的顶梁中间受力过大出现压弯变形现象，以此达到延缓U型钢的可缩量和减少巷道变形量的目的，以满足正常安全生产的需要。

2.1 实验工作面概况

实验工作面U型钢巷道交岔点布置在己16-17煤层中，己16-17煤层平均厚度3.8m，属复杂结构，煤层倾角平均130。直接顶为泥岩，普氏系数f=3-4，厚度平均3.8m，基本顶为己15煤和细-中粒砂岩，厚度为4.68m，直接底为砂泥岩，厚度平均为2.8m。交岔点支护形式为36U型钢支护和采用36U型钢特殊抬棚支护形式以及加打钻孔卸压方法进行支护，主巷与分巷断面均为3.8×3.0m（宽×高）。

2.2 实验工作面施工参数设计及技术要求

2.2.1 交岔点处U型钢支护参数设计

①主巷支架型号：36U型钢，对原来正常支护巷道U型钢进行改进，由原来四节改为三节，其中一节顶梁采用直梁，一端与顶梁相连，一端直接担在U型钢抬棚上。在插梁中间（在地面加工U型钢顶梁时按设计好的锚索位置对顶梁进行开孔，U型钢顶梁即作为锚索盘使用）与抬棚梁方向800mm处分别打设两根直径17.8mm，长9m的锚索两根。见附图一，交岔点处剖面示意图。

②分巷双抬棚：采用36U型钢顶梁上配11#工字钢。对原来正常支护巷道的U型钢进行改进，由原来四节改为三节，即两腿两梁改为两腿一梁，在顶梁槽内用长3.2m的矿用11#工字钢与顶梁进行焊接，11#工字钢两端分别用两根工字钢短节与U型钢梁进行焊接，使36U型钢支架与11#工字钢抬棚梁形成高强度的抬棚。见附图二，交岔点处断面示意图。

2.2.2 卸压孔参数设计及施工

在交岔点前、后两侧1m处施工卸压孔，孔径75mm，孔间排距0.2m，孔深10m，垂直于巷帮凿孔。巷帮每侧布置5个孔，在巷道底板0.5m处为卸压孔位置，间距0.2m，随工作面掘进持续打卸压孔。见附图三，卸压孔一帮布置平面示意图。

3 施工方案确定

3.1 交岔点处U型钢支护施工方法

①交岔点施工必须架设双暗抬棚，更换特殊插梁时，必须将原棚子的正下方打上牢固的点柱托住原棚子，然后用镐锹挖出改线侧腿子，人工将原棚子拆除落下。

②架设36U型钢双暗抬棚时，必须首先在每根插梁下打牢点柱，并将相邻支架亦同时进行加固，然后挖柱窝，摘腿。应摘一架立一架，抬棚腿上梁时必须将抬棚两端架平，然后将插梁逐根落下，背牢刹实帮顶，打紧撑子。

施工工艺：对原棚子进行联锁加固—原棚子下方打点柱—挖柱窝—立腿—上梁—打点柱—回原棚子—更换抬棚—挖柱窝—摘腿—立新腿—上抬棚梁—落新棚子—刹帮背顶。

3.2 卸压孔原理和施工方法研究

3.2.1 交岔点卸压的目的

交岔点是指矿井中巷道交会、分岔、变向处的一段巷道，其担负着矿井运输、通风、行人、排水、管线铺设等重任，但因其附近巷道两侧支承压力和顶板卸载区的相互影响，围岩碎胀变形松动圈较大，应力集中，支架受力严重，巷道变形快，频繁的扩修影响矿井安全生产。因此根据现有支护形式和矿井实际情况，采用钻孔卸压法以达到卸压和限制围岩变形的目的。

3.2.2 卸压孔卸压原理及参数选择

钻孔卸压法可局部改变巷道附近应力分布，从而使巷道处于低压区。钻孔卸压的效果主要取决于孔径、孔距、孔深等参数。一般情况下，钻孔直径150-350mm，孔壁之间留下宽度约为200-350mm，孔深根据具体情况一般为6-10m；在支承压力的作用下孔壁间的小煤柱受到破坏，从而使巷道边缘的高应力带向煤体深部移动一段距离，其长度大约等于孔深。一般认为钻孔深度不应小于巷道宽度，钻孔之间的小煤柱的宽度与钻孔直径的比值为0.8-1.0时最好（耿献文《矿山压力测控技术》中国矿业大学出版社）。

根据我矿压力情况，我们在实验工作面的交岔点处做了三组钻孔（每组5个钻孔）参数进行实验，分别为，第一组：孔径150mm，孔距90mm，孔深10m；第二组：孔径150mm，孔距150mm，孔深10m；第三组：孔径75mm，孔距200mm，孔深10m。卸压孔观测记录略。

根据近3个月的现场实测数据可知，第三组钻孔处巷道变形量最小，相对来说效果比较好，因此，卸压孔参数选择为孔径75mm，孔距200mm，孔深10m，对其它交岔点进行打钻卸压。

4 交岔点架棚施工安全技术措施

①支架要先试组装，接头部分要划上标记，架棚时可提高工作效率，确保架棚质量。

②人工装运，架棚时必须戴手套，口号要一致，动作协调，搞好安全工作。

③巷道毛断面掘出后，首先敲帮问顶，然后按中心，腰线检查周边加以修整，使毛断面符合要求后，准备好架棚工具，按已标号支架进行架设。

④顶帮护好后，按中心线、腰线、棚距、挖好柱窝立柱，上梁、架棚子。

⑤放好工作台，人工上梁，按划好的接头重合尺寸，每边先上一个卡子，按标准找正，调整好棚子，直到符合要求，确保质量。

⑥找正棚子后，上好全部卡缆（紧固件）开始背帮背顶，帮顶与棚子之间必须背牢背严，顶帮铺设钢笆网，网与支架之间必须按规定穿入大板，不得有空隙。

⑦架设双暗抬棚时，必须首先在每根插梁下打牢点柱，并将相邻支架亦同时进行加固，然后挖柱窝，摘腿。应摘一架立一架，抬棚腿上梁时必须将抬棚两端架平，然后将插梁逐根落下，背牢刹实帮顶，打紧撑子。

5 应用效果

①U型钢巷道在交岔点的支护问题上采用特殊的设计和处理，由于支架本身具有可缩性，经处理后强度增加一个等级，抗压能力达到设计要求，使用上满足安全生产需要。

②通过实验，在交岔点前、后两侧1m处施工卸压孔，排距2m，孔深10m，垂直于巷帮凿孔，前后两侧卸压孔长度100m，延缓了巷道的变形量，压力分解及释放更为平衡、缓慢，延长了巷道使用期限。

③施工过的巷道服务年限延长，较以往架棚巷道交岔点处采用工字钢支护在使用寿命提高近2倍，进而大大减少维修周期，节约了大量的人工和维修成本。

④交岔点处断面大，维修周期缩短后，矿井运输及通风系统更为顺畅，满足和保证了采区正常生产。

参考文献：

[1]董方庭，姚玉煌.第2版.井巷设计与施工.徐州：中国矿业大学出版社，1994.

[2]崔云龙，简明建井工程手册（上、下册）.北京：煤炭工業出版社，2003.

[3]邓文芳，黄德发等.矿井建设技术与管理.徐州：中国矿业大学出版社，1998.

[4]翁家杰，井巷特殊施工.北京：煤炭工业出版社，1991.

[5]东兆星，吴士良.井巷工程.徐州：中国矿业大学出版社，2004.

[6]耿献文，矿山压力测控技术.徐州：中国矿业大学出版社，2002.

作者简介：郑军伟（1977-），男，本科，助理工程师，河南平顶山市郏县人，现在平顶山天安煤业三矿有限责任公司从事矿山开采工作。