复杂条件下交叉点的台棚支护技术探讨
2014-11-28吴培益
摘要：高应力、大采深台棚支护一直是制约林西矿改变生产模式、推行综采施工的一个重要环节，经过不断摸索探究，找到了一条适合林西复杂条件下交叉点的施工方法，为衰老矿井在复杂条件下交叉点的支护方面提供了借鉴。
关键词：复杂条件；交叉点；台棚支护技术；综采施工；林西矿；生产模式
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）34-0136-02
1 概述
林西矿是一个百年老矿，2006～2007年实施政策性破产重组，成立唐山开滦林西矿业有限公司。矿井原设计能力230万吨/年，核定生产能力125万吨/年。最大采深已达到-850m（11水平），后期采场主要集中在深部高应力强侧压区域，为保证生存和发展，公司改变了生产模式，由过去炮改为综采，而大跨度的台棚施工正是制约林西改变生产模式，推行综采施工的一个重要的施工因素，经过不断摸索，找到了一条适合林西矿复杂条件下交叉点施工方法。
2 煤层的地质条件
林西矿的可采煤层为7#煤、8#煤、9#煤、11#煤和12#煤，共5层煤，各煤层地质条件复杂，煤层顶底岩性结构及单向抗压强度不一样，如表1所示。
从表1中可以看出各煤层顶底岩性及抗压强度不同，应根据各煤层实际情况对台棚支护施工进行优化。
3 优化台棚支护设计
第一，根据台棚周围四邻状况，台棚位置选择布置在顶板岩性硬度系数相对较高、顶板完整、稳定性强、受力小的减压区或低应力区。
第二，开门巷道优先布置与台棚方向一致或正交，如果很难避开开门斜交施工问题，斜交角度尽量减小。
第三，台棚避开冒高区域或受冒高波及区域。
第四，优化台棚支护参数：（1）林西矿的7#煤、8#煤、9#煤、11#煤层顶板较完整，称之第一类条件。为满足综采、综掘施工工艺要求，台棚净断面通常设计为：4.5m×2.6m（宽×高），切眼台棚净断面为：6m×2.6m（宽×高）。台棚优先考虑采用锚网、锚索支护，顶锚杆采用Φ22mm×2400mm左旋高强顶锚杆配合Φ18mm×3400mm（Φ18mm×2600mm）顶钢架进行施工，间排距0.8m，7#煤、11#煤层局部区域考虑间排距0.6m，台棚四角及巷中应力集中区域采取锚索补强支护，锚索规格为Φ17.5mm×7500mm；（2）林西矿的12#煤层顶板较破碎，称之第二类条件。设计综合考虑锚网索+拱形台棚联合支护形式，即先棚拱形棚，然后在棚档采取锚网、锚索联合支护。顶锚杆采用Φ22mm×2400mm左旋高强顶锚杆配合Φ18mm×3400mm（Φ18mm×2600mm）顶钢架，间排距0.8m，台棚四角及巷中应力集中区域采取锚索补强支护，锚索规格为Φ17.5mm×7500mm；（3）服务时间短或不可避免受采动压力多次影响的台棚，称之第三类条件。设计综合考虑重复套修台棚托改方法；（4）深部高应力区域、服务时间长或悠久服务年限的交叉点台棚，称之第四类条件。首先采用14m2（或18m2）大断面拱形棚套修施工，然后采用托改台棚配合顶部罗克休等固化技术的
方法。
4 各类台棚的施工实践
第一，第一类顶板较完整，需要满足综采、综掘施工工艺要求。具有代表性的是十东区域9#煤层顺槽开门台棚，净断面为4.5m×2.6m（宽×高）。顶锚杆采用Φ22mm×2400mm左旋高强顶锚杆配合，间排距0.8m，同时配合Φ18mm×3400mm搭接Φ12mm×1200mm顶钢架进行施工，台棚四角及巷中应力集中区域采取锚索补强支护，锚索规格为Φ17.5mm×7500mm；切眼上口台棚净断面为6m×2.6m（宽×高）。间排距0.6m，顶锚杆采用Φ22mm×2400mm左旋高强顶锚杆配合，间排距0.8m，同时配合Φ18mm×3400mm搭接Φ12mm×1200mm顶钢架进行施工，台棚四角及巷中应力集中区域采取锚索补强支护，锚索规格为Φ17.5mm×7500mm，锚索排距3m，间距2m。通过锚网索支护技术实践，观测顶板离层值台棚范围最大离层均在临界值之内，取得了良好的支护效果，如表2所示：
第二，第二类台棚是顶板相对破碎，顶板单向抗压强度在30MPa以下。具有代表性的是1800采区的12煤层切眼下口台棚，在预定台棚范围超前3～5m采用锚网拱形棚联合支护。施工采用10.4m2拱棚与锚网联合支护技术，断面规格为4.5×2.6m（宽×高），初始棚距0.8m，梁腿搭接400mm，每侧使用两套卡缆，首先支护架棚0.8m棚距的棚子，在两架棚子空档中间加打锚杆，直至施工至台棚的护口棚子位置，然后改东西10.4m2台棚。施工台棚范围顶锚杆布置方式：每联打6根锚杆，锚杆间、排距0.8m，顶锚杆每根使用3个树脂药卷，采用2.6m钢架搭接使用。
第三，第三类台棚为服务时间较短的区段重复套修台棚采用套修托改方法组织施工；沿台棚插梁方向超前5m如意高挺新套棚子500～600mm，挺至台棚范围后平套施工，要求开门一侧棚梁略高于另一侧，确保台棚的质量和巷道开门不出现压头现象。
第四，第四类台棚为服务时间较长或永久服务年限的台棚，采用套修托改台棚配合罗克休固化技术的方法施工。具有代表意义是1820皮带巷机头台棚的施工，1820主运输皮带巷总工程量770m，2001年实现了贯通并安装了800mm的皮带，同年投入了使用，它的投入使用结束了该矿十一水平大巷矿车运煤的历史，为进一步皮带化流水线运输打下了一个坚实的基础；随着该矿17、18区域运输煤量的增加，2007年用1m皮带替换800mm皮带，为进一步提升1820主运输皮带的能力，原1m皮带已经满足不了主运输能力的要求，需要更换运输强度和能力均达到要求的1m可伸缩式皮带。施工时由台棚以东20m起头，由东往西套修14m2拱形棚，断面规格为：4.8m×3.3m，棚距0.6m，跨胶带运输机施工中采用特制铁过桥上架设临时性短腿，套过台棚范围3m后，托改14m2拱形台棚，插梁使用10根5m和10根3.8m 29U支撑钢搭接使用，每两根支撑钢搭接成一根使用，中间搭接1.6m，搭接处采用5套卡缆卡牢均匀布置，台棚净宽4.8m。并要求所有插梁开口朝下，东西方向搁置，均匀摆布。第二道工序是在台棚上方2m高度范围采用罗克修固化技术，通过近一年十字观测，顶板最大下沉量为15mm，两帮相对移近量为25mm，达到了永久支护的目的。
5 结语
通过对林西矿复杂条件下台棚支护研究探索，得出如下结论：（1）深部高应力区优先考虑锚网索台棚支护技术；（2）顶板相对完整的7#煤、8#煤、9#煤、11#煤层切眼上下口可采用锚网、锚索支护，开门台棚在此基础上架设拱形台棚联合支护；（3）受动压影响顶板破碎、服务时间短的区段台棚可重复套修，然后在套修的新棚子下托改台棚；（4）服务时间较长或永久服务年限的台棚，采用套修托改台棚配合罗克休固化技术的方法施工；（5）为衰老矿井复杂条件下台棚施工提供借鉴。
作者简介：吴培益（1973-），男，安徽人，唐山开滦林西矿业公司安全管理部采煤工程师，研究方向：井工煤矿安全技术。endprint
摘要：高应力、大采深台棚支护一直是制约林西矿改变生产模式、推行综采施工的一个重要环节，经过不断摸索探究，找到了一条适合林西复杂条件下交叉点的施工方法，为衰老矿井在复杂条件下交叉点的支护方面提供了借鉴。
关键词：复杂条件；交叉点；台棚支护技术；综采施工；林西矿；生产模式
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）34-0136-02
1 概述
林西矿是一个百年老矿，2006～2007年实施政策性破产重组，成立唐山开滦林西矿业有限公司。矿井原设计能力230万吨/年，核定生产能力125万吨/年。最大采深已达到-850m（11水平），后期采场主要集中在深部高应力强侧压区域，为保证生存和发展，公司改变了生产模式，由过去炮改为综采，而大跨度的台棚施工正是制约林西改变生产模式，推行综采施工的一个重要的施工因素，经过不断摸索，找到了一条适合林西矿复杂条件下交叉点施工方法。
2 煤层的地质条件
林西矿的可采煤层为7#煤、8#煤、9#煤、11#煤和12#煤，共5层煤，各煤层地质条件复杂，煤层顶底岩性结构及单向抗压强度不一样，如表1所示。
从表1中可以看出各煤层顶底岩性及抗压强度不同，应根据各煤层实际情况对台棚支护施工进行优化。
3 优化台棚支护设计
第一，根据台棚周围四邻状况，台棚位置选择布置在顶板岩性硬度系数相对较高、顶板完整、稳定性强、受力小的减压区或低应力区。
第二，开门巷道优先布置与台棚方向一致或正交，如果很难避开开门斜交施工问题，斜交角度尽量减小。
第三，台棚避开冒高区域或受冒高波及区域。
第四，优化台棚支护参数：（1）林西矿的7#煤、8#煤、9#煤、11#煤层顶板较完整，称之第一类条件。为满足综采、综掘施工工艺要求，台棚净断面通常设计为：4.5m×2.6m（宽×高），切眼台棚净断面为：6m×2.6m（宽×高）。台棚优先考虑采用锚网、锚索支护，顶锚杆采用Φ22mm×2400mm左旋高强顶锚杆配合Φ18mm×3400mm（Φ18mm×2600mm）顶钢架进行施工，间排距0.8m，7#煤、11#煤层局部区域考虑间排距0.6m，台棚四角及巷中应力集中区域采取锚索补强支护，锚索规格为Φ17.5mm×7500mm；（2）林西矿的12#煤层顶板较破碎，称之第二类条件。设计综合考虑锚网索+拱形台棚联合支护形式，即先棚拱形棚，然后在棚档采取锚网、锚索联合支护。顶锚杆采用Φ22mm×2400mm左旋高强顶锚杆配合Φ18mm×3400mm（Φ18mm×2600mm）顶钢架，间排距0.8m，台棚四角及巷中应力集中区域采取锚索补强支护，锚索规格为Φ17.5mm×7500mm；（3）服务时间短或不可避免受采动压力多次影响的台棚，称之第三类条件。设计综合考虑重复套修台棚托改方法；（4）深部高应力区域、服务时间长或悠久服务年限的交叉点台棚，称之第四类条件。首先采用14m2（或18m2）大断面拱形棚套修施工，然后采用托改台棚配合顶部罗克休等固化技术的
方法。
4 各类台棚的施工实践
第一，第一类顶板较完整，需要满足综采、综掘施工工艺要求。具有代表性的是十东区域9#煤层顺槽开门台棚，净断面为4.5m×2.6m（宽×高）。顶锚杆采用Φ22mm×2400mm左旋高强顶锚杆配合，间排距0.8m，同时配合Φ18mm×3400mm搭接Φ12mm×1200mm顶钢架进行施工，台棚四角及巷中应力集中区域采取锚索补强支护，锚索规格为Φ17.5mm×7500mm；切眼上口台棚净断面为6m×2.6m（宽×高）。间排距0.6m，顶锚杆采用Φ22mm×2400mm左旋高强顶锚杆配合，间排距0.8m，同时配合Φ18mm×3400mm搭接Φ12mm×1200mm顶钢架进行施工，台棚四角及巷中应力集中区域采取锚索补强支护，锚索规格为Φ17.5mm×7500mm，锚索排距3m，间距2m。通过锚网索支护技术实践，观测顶板离层值台棚范围最大离层均在临界值之内，取得了良好的支护效果，如表2所示：
第二，第二类台棚是顶板相对破碎，顶板单向抗压强度在30MPa以下。具有代表性的是1800采区的12煤层切眼下口台棚，在预定台棚范围超前3～5m采用锚网拱形棚联合支护。施工采用10.4m2拱棚与锚网联合支护技术，断面规格为4.5×2.6m（宽×高），初始棚距0.8m，梁腿搭接400mm，每侧使用两套卡缆，首先支护架棚0.8m棚距的棚子，在两架棚子空档中间加打锚杆，直至施工至台棚的护口棚子位置，然后改东西10.4m2台棚。施工台棚范围顶锚杆布置方式：每联打6根锚杆，锚杆间、排距0.8m，顶锚杆每根使用3个树脂药卷，采用2.6m钢架搭接使用。
第三，第三类台棚为服务时间较短的区段重复套修台棚采用套修托改方法组织施工；沿台棚插梁方向超前5m如意高挺新套棚子500～600mm，挺至台棚范围后平套施工，要求开门一侧棚梁略高于另一侧，确保台棚的质量和巷道开门不出现压头现象。
第四，第四类台棚为服务时间较长或永久服务年限的台棚，采用套修托改台棚配合罗克休固化技术的方法施工。具有代表意义是1820皮带巷机头台棚的施工，1820主运输皮带巷总工程量770m，2001年实现了贯通并安装了800mm的皮带，同年投入了使用，它的投入使用结束了该矿十一水平大巷矿车运煤的历史，为进一步皮带化流水线运输打下了一个坚实的基础；随着该矿17、18区域运输煤量的增加，2007年用1m皮带替换800mm皮带，为进一步提升1820主运输皮带的能力，原1m皮带已经满足不了主运输能力的要求，需要更换运输强度和能力均达到要求的1m可伸缩式皮带。施工时由台棚以东20m起头，由东往西套修14m2拱形棚，断面规格为：4.8m×3.3m，棚距0.6m，跨胶带运输机施工中采用特制铁过桥上架设临时性短腿，套过台棚范围3m后，托改14m2拱形台棚，插梁使用10根5m和10根3.8m 29U支撑钢搭接使用，每两根支撑钢搭接成一根使用，中间搭接1.6m，搭接处采用5套卡缆卡牢均匀布置，台棚净宽4.8m。并要求所有插梁开口朝下，东西方向搁置，均匀摆布。第二道工序是在台棚上方2m高度范围采用罗克修固化技术，通过近一年十字观测，顶板最大下沉量为15mm，两帮相对移近量为25mm，达到了永久支护的目的。
5 结语
通过对林西矿复杂条件下台棚支护研究探索，得出如下结论：（1）深部高应力区优先考虑锚网索台棚支护技术；（2）顶板相对完整的7#煤、8#煤、9#煤、11#煤层切眼上下口可采用锚网、锚索支护，开门台棚在此基础上架设拱形台棚联合支护；（3）受动压影响顶板破碎、服务时间短的区段台棚可重复套修，然后在套修的新棚子下托改台棚；（4）服务时间较长或永久服务年限的台棚，采用套修托改台棚配合罗克休固化技术的方法施工；（5）为衰老矿井复杂条件下台棚施工提供借鉴。
作者简介：吴培益（1973-），男，安徽人，唐山开滦林西矿业公司安全管理部采煤工程师，研究方向：井工煤矿安全技术。endprint
摘要：高应力、大采深台棚支护一直是制约林西矿改变生产模式、推行综采施工的一个重要环节，经过不断摸索探究，找到了一条适合林西复杂条件下交叉点的施工方法，为衰老矿井在复杂条件下交叉点的支护方面提供了借鉴。
关键词：复杂条件；交叉点；台棚支护技术；综采施工；林西矿；生产模式
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）34-0136-02
1 概述
林西矿是一个百年老矿，2006～2007年实施政策性破产重组，成立唐山开滦林西矿业有限公司。矿井原设计能力230万吨/年，核定生产能力125万吨/年。最大采深已达到-850m（11水平），后期采场主要集中在深部高应力强侧压区域，为保证生存和发展，公司改变了生产模式，由过去炮改为综采，而大跨度的台棚施工正是制约林西改变生产模式，推行综采施工的一个重要的施工因素，经过不断摸索，找到了一条适合林西矿复杂条件下交叉点施工方法。
2 煤层的地质条件
林西矿的可采煤层为7#煤、8#煤、9#煤、11#煤和12#煤，共5层煤，各煤层地质条件复杂，煤层顶底岩性结构及单向抗压强度不一样，如表1所示。
从表1中可以看出各煤层顶底岩性及抗压强度不同，应根据各煤层实际情况对台棚支护施工进行优化。
3 优化台棚支护设计
第一，根据台棚周围四邻状况，台棚位置选择布置在顶板岩性硬度系数相对较高、顶板完整、稳定性强、受力小的减压区或低应力区。
第二，开门巷道优先布置与台棚方向一致或正交，如果很难避开开门斜交施工问题，斜交角度尽量减小。
第三，台棚避开冒高区域或受冒高波及区域。
第四，优化台棚支护参数：（1）林西矿的7#煤、8#煤、9#煤、11#煤层顶板较完整，称之第一类条件。为满足综采、综掘施工工艺要求，台棚净断面通常设计为：4.5m×2.6m（宽×高），切眼台棚净断面为：6m×2.6m（宽×高）。台棚优先考虑采用锚网、锚索支护，顶锚杆采用Φ22mm×2400mm左旋高强顶锚杆配合Φ18mm×3400mm（Φ18mm×2600mm）顶钢架进行施工，间排距0.8m，7#煤、11#煤层局部区域考虑间排距0.6m，台棚四角及巷中应力集中区域采取锚索补强支护，锚索规格为Φ17.5mm×7500mm；（2）林西矿的12#煤层顶板较破碎，称之第二类条件。设计综合考虑锚网索+拱形台棚联合支护形式，即先棚拱形棚，然后在棚档采取锚网、锚索联合支护。顶锚杆采用Φ22mm×2400mm左旋高强顶锚杆配合Φ18mm×3400mm（Φ18mm×2600mm）顶钢架，间排距0.8m，台棚四角及巷中应力集中区域采取锚索补强支护，锚索规格为Φ17.5mm×7500mm；（3）服务时间短或不可避免受采动压力多次影响的台棚，称之第三类条件。设计综合考虑重复套修台棚托改方法；（4）深部高应力区域、服务时间长或悠久服务年限的交叉点台棚，称之第四类条件。首先采用14m2（或18m2）大断面拱形棚套修施工，然后采用托改台棚配合顶部罗克休等固化技术的
方法。
4 各类台棚的施工实践
第一，第一类顶板较完整，需要满足综采、综掘施工工艺要求。具有代表性的是十东区域9#煤层顺槽开门台棚，净断面为4.5m×2.6m（宽×高）。顶锚杆采用Φ22mm×2400mm左旋高强顶锚杆配合，间排距0.8m，同时配合Φ18mm×3400mm搭接Φ12mm×1200mm顶钢架进行施工，台棚四角及巷中应力集中区域采取锚索补强支护，锚索规格为Φ17.5mm×7500mm；切眼上口台棚净断面为6m×2.6m（宽×高）。间排距0.6m，顶锚杆采用Φ22mm×2400mm左旋高强顶锚杆配合，间排距0.8m，同时配合Φ18mm×3400mm搭接Φ12mm×1200mm顶钢架进行施工，台棚四角及巷中应力集中区域采取锚索补强支护，锚索规格为Φ17.5mm×7500mm，锚索排距3m，间距2m。通过锚网索支护技术实践，观测顶板离层值台棚范围最大离层均在临界值之内，取得了良好的支护效果，如表2所示：
第二，第二类台棚是顶板相对破碎，顶板单向抗压强度在30MPa以下。具有代表性的是1800采区的12煤层切眼下口台棚，在预定台棚范围超前3～5m采用锚网拱形棚联合支护。施工采用10.4m2拱棚与锚网联合支护技术，断面规格为4.5×2.6m（宽×高），初始棚距0.8m，梁腿搭接400mm，每侧使用两套卡缆，首先支护架棚0.8m棚距的棚子，在两架棚子空档中间加打锚杆，直至施工至台棚的护口棚子位置，然后改东西10.4m2台棚。施工台棚范围顶锚杆布置方式：每联打6根锚杆，锚杆间、排距0.8m，顶锚杆每根使用3个树脂药卷，采用2.6m钢架搭接使用。
第三，第三类台棚为服务时间较短的区段重复套修台棚采用套修托改方法组织施工；沿台棚插梁方向超前5m如意高挺新套棚子500～600mm，挺至台棚范围后平套施工，要求开门一侧棚梁略高于另一侧，确保台棚的质量和巷道开门不出现压头现象。
第四，第四类台棚为服务时间较长或永久服务年限的台棚，采用套修托改台棚配合罗克休固化技术的方法施工。具有代表意义是1820皮带巷机头台棚的施工，1820主运输皮带巷总工程量770m，2001年实现了贯通并安装了800mm的皮带，同年投入了使用，它的投入使用结束了该矿十一水平大巷矿车运煤的历史，为进一步皮带化流水线运输打下了一个坚实的基础；随着该矿17、18区域运输煤量的增加，2007年用1m皮带替换800mm皮带，为进一步提升1820主运输皮带的能力，原1m皮带已经满足不了主运输能力的要求，需要更换运输强度和能力均达到要求的1m可伸缩式皮带。施工时由台棚以东20m起头，由东往西套修14m2拱形棚，断面规格为：4.8m×3.3m，棚距0.6m，跨胶带运输机施工中采用特制铁过桥上架设临时性短腿，套过台棚范围3m后，托改14m2拱形台棚，插梁使用10根5m和10根3.8m 29U支撑钢搭接使用，每两根支撑钢搭接成一根使用，中间搭接1.6m，搭接处采用5套卡缆卡牢均匀布置，台棚净宽4.8m。并要求所有插梁开口朝下，东西方向搁置，均匀摆布。第二道工序是在台棚上方2m高度范围采用罗克修固化技术，通过近一年十字观测，顶板最大下沉量为15mm，两帮相对移近量为25mm，达到了永久支护的目的。
5 结语
通过对林西矿复杂条件下台棚支护研究探索，得出如下结论：（1）深部高应力区优先考虑锚网索台棚支护技术；（2）顶板相对完整的7#煤、8#煤、9#煤、11#煤层切眼上下口可采用锚网、锚索支护，开门台棚在此基础上架设拱形台棚联合支护；（3）受动压影响顶板破碎、服务时间短的区段台棚可重复套修，然后在套修的新棚子下托改台棚；（4）服务时间较长或永久服务年限的台棚，采用套修托改台棚配合罗克休固化技术的方法施工；（5）为衰老矿井复杂条件下台棚施工提供借鉴。
作者简介：吴培益（1973-），男，安徽人，唐山开滦林西矿业公司安全管理部采煤工程师，研究方向：井工煤矿安全技术。endprint
