双梁钢棚支护在顺槽超前应力区中应用

刘 超

（长春兴煤业有限公司，山西 大同 037101）

工作面回采期间受多重集中应力作用下，工作面超前应力区顺槽围岩出现破坏现象，破坏了巷道顶板承载梁结构，降低了顶板整体稳定性，很容易出现顶板破碎、冒漏现象；传统破碎围岩主要采用锚杆（索）、钢带、金属网联合支护，而巷道围岩在应力作用下产生围岩裂隙，导致围岩内形成松动圈，松动圈内岩体成破碎状，锚杆（索）在围岩松动圈内锚固效果差，锚杆（索）预应力无法传递至稳定岩体内，降低了围岩支护应力承载梁稳定性，达不到预期支护效果；本文以长春兴煤矿602工作面为研究对象，对工作面回采期间应力区顺槽采取合理有效的支护技术。

1 概述

长春兴煤业有限公司602工作面位于井田南盘区西翼，工作面东西走向布置，工作面北部为未采区，南部为601采空区，西部为井田边界，东部为南盘区大巷。

602 工作面设计走向长度为2066m，倾向长度为230m，工作面回采煤层为22#层，平均厚度为9.5m，工作面煤层赋存稳定，工作面煤层坡度较小，总体上回风顺槽高于运输顺槽一侧两巷高差约2～16m，工作面平均坡度-2°。煤层顶底板岩性如表1所示。

表1 602工作面回采的22#层顶底板岩性表

602 工作面采用综合机械化回采工艺，截止2021年11月13日工作面已回采至750m处。

2 工作面回采技术难题

2.1 工作面地质现状

602工作面在回采过程中预计揭露7条正断层，一条陷落柱，断层平均落差为0.9m，平均倾角为57°，最大断层位于612m 处，落差为1.3m，对工作面回采影响长度为28m，其它断层对工作面回采影响不大；工作面回采至745m 处位于回风顺槽侧揭露一条X1 陷落柱，陷落柱成椭圆状，陷落柱长轴长为47m，断轴长29m，长轴与回风顺槽近似水平，602回风顺槽在掘进过程中已揭露X1 断层。陷落柱腔体岩体主要以不规则的泥岩为主。

2.2 工作面回采现状

602工作面揭露陷落柱后工作面围岩破碎严重，位于回风顺槽侧煤壁片帮严重，602回风顺槽在构造应力以及回采应力等集中应力作用下，出现顶板下沉、破碎，底板鼓起现象；当工作面回采至750m 处时位于回风顺槽侧巷帮出现垮落，导致工作面顶板断裂，出现跨度，同时受集中应力影响工作面超前20m 范围内底板出现严重底鼓现象，通过现场观察发现，受集中应力影响回采顺槽顶板下沉量达0.37m，底鼓量达0.45m，两帮收敛量达0.54m。

2.3 顺槽围岩破碎机理

通过现场对顺槽围岩观察发现，602回风顺槽围岩出现严重变形现象主要原因体现在以下几方面：

（1）集中应力影响：602 工作面在过陷落柱期间在工作面前方20m 范围内形成集中应力区，该集中应力对工作面煤体以及回风顺槽产生剪切破坏作用，对回风顺槽围岩产生二次破坏作用，破坏了围岩稳定性，导致顺槽围岩内产生裂隙区，降低了原巷道永久支护效果，导致围岩破碎、收敛等变形现象。

（2）支护效果差：602 工作面回采期间对顺槽30m范围内主要采用单体液压支柱支护，每排布置三根单体柱，单体柱采用一梁一柱支护方式，顶梁采用长度为0.5m“π”型梁，单体柱支护间距为1.5m，排距1.0m，受顺槽顶板变形影响，单体柱支护断面小、支护强度低，单体柱出现变形、卸压现象，达不到预期支护效果。

3 应力区双梁钢棚支护应用

为了提高602工作面应力区围岩支护效果，决定对602 回风顺槽应力区支护进行优化提出了双梁钢棚支护。

3.1 双梁钢棚支护结构

（1）双梁钢棚主要棚腿、双梁、底座、卡缆、连接杆等部分组成，如图1 所示，棚腿长度为3.3m，采用11#工字钢梁制成，棚腿底端安装一块连接板，连接板长度为0.2m，宽度为0.15m，厚度为8mm，连接板四个角各焊制一个直径为25mm卡缆固定孔。

图1 602回风顺槽双梁钢棚支护结构及支护平面示意图（单位：mm）

（2）棚腿两侧各焊接一组直径为30mm连接杆杆固定圆环，两组圆环布置间距为0.5m，在棚腿底端采用螺栓安装一个底座，底座采用长度及宽度为0.4m 拱形钢板制成。

（3）双顶梁主要由纵梁和横梁焊制而成，纵梁及横梁全部采用11#工字钢制成，其中纵梁长度为4.5m，横梁长度为0.5m，在纵梁上焊接三块连接板，在横梁中部焊接一块连接板，连接板规格为长×宽=0.2m×0.15m，连接板四个角各焊制一个直径为25mm卡缆固定孔。

3.2 双梁钢棚支护方式

（1）双梁钢棚架设在602 回风顺槽超前应力区内，第一架钢棚架设在距工作面5.0m 处，相邻两架钢棚布置排距为1.5m，当工作面回采煤壁距钢棚间距不足2.0m 时及时回撤钢棚前移，钢棚回撤后采用单体柱进行临时支护，单体柱采用“三柱一梁”支护方式。

（2）双梁钢棚架设顺序为：底座→棚腿→顶梁→连接杆；棚腿与顶梁之间采用卡缆进行固定，固定必须牢固可靠，每架钢棚安装三根棚腿，棚腿必须垂直顶梁布置。

3.3 实际应用效果

（1）围岩变形控制效果：602 回风顺槽应力区采取双梁钢棚支护后，对巷道每隔10m 安装一套围岩变形监测仪，包括一套YH-300型顶板离层仪和一台两帮监测器，通过现场观察发现，双梁钢棚支护后5d范围内围岩变形量较大，在5～8d 范围变形量逐渐减小，在8d 后顶板趋于稳定，顶板最大下沉量为0.14m，两帮最大收敛量为0.21m，局部出现底鼓现象，最大底鼓量为0.27m。

（2）支护变形情况：602 回风顺槽应力区采取双梁钢棚支护后，钢棚变形现象明显降低，工作面在过集中应力区期间共计架设32架，严重变形钢棚1架，修复可利用钢棚4架，其它27架钢棚未出现变形现象，与传统单体柱相比，应力区临时支护维修费用减少了40.3万元。

4 结语

（1）与传统矩形钢棚相比，双梁钢棚支护截面积大，采用“一棚三腿”支护方式，支护强度高，能够适用于大应力围岩中，而且钢棚可修复二次利用，降低了支护成本费用。

（2）回风顺槽应力区采用双梁钢棚支护后，减少了临时支护数量，降低了劳动支护强度，同时增加了顺槽人员流动及物料运输空间。

（3）双梁钢棚支护可应用于不同断面的大应力采掘巷道中，而且还可应用于桥梁、隧道等领域中，实用性好，应用领域广。