特殊U型钢棚交岔点开口支护技术的应用

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摘要：通过对U型钢巷道交岔点开口综合支护技术的探索，能

有效解决巷道抗压能力低、支架变形快、不易维护等问题，并且给通风管理、运料管理、行人等方面均创造了良好的条件，有较好的推广应用价值。本文主要就特殊U型钢棚交岔点开口支护技术的应用进行探讨，并作出总结。

关键词：特殊U型钢 开口支护技术

1 项目立项背景

随着煤矿开采深度的增加，受地质构造和生产条件的影响，九矿的开口及变向巷道逐渐增加、矿山压力越来越大，而且伴随着水患，因此对巷道支护要求越来越高。通过对U型钢巷道交岔点开口综合支护技术的探索，有效解决了抗压能力低、支架变形快、不易维护等问题，并且给通风管理、运料管理、行人等方面均创造了良好的条件，有较好的推广应用价值。日前，九矿施工的准备巷道（煤巷掘进工作面）及回采巷道（切眼除外）中有至少90%的U型钢支架，巷道开口及变向部分占5%，将U型钢开口设置在十字口或丁字口处。目前采用的U型钢支架支护的承压状态和使用寿命一般不长，而工字钢支架的支护情况略好一些，而且U型钢支护在技术上仍存在难以克服的问题，如近几年U型钢支护主要利用矿用工字钢对开口U型钢巷道顶梁进行联锁加固，再通过U型钢棚双向开口的设计来处理巷道交岔点（十字口支护），这种设计在施工时极易因顶板控制不严而使顶煤冒落，导致支架变形，进行设备维护时也不利于设备装卸。鉴于此，笔者广泛查阅工程资料，参照U型钢支架的支护特点，从技术层面对U型钢支护巷道交岔点的设计进行了理论研究和实践探讨。

2 技术方案的论证

近两年，九矿巷道使用的型钢支护多为29U和36U的，巷道丁字口处通过矿用工字钢对开口位置U型钢梁进行联锁加固，即直接沿用U型钢开口的设计来处理巷道丁字口开口。加固时开口帮2道抬梁，对帮1道抬梁，可以采用简单的操作工序直接在开口处施工；目前对于U型钢交岔点开口设计在技术处理上仍没有较大突破，加之地质构造复杂多变，交岔点U型钢支架受压下沉量较大，因此而加重支架变形程度，不利于开展后期维护工作，诸多问题频频出现，不利于实现建设现代化矿井的目标。如果开口角度为60-90度，就能在U型钢开口处进行施工，参照施工设计图采用小圈帮并棚转弦施工，将大大降低施工难度。如果开口角度达不到60度，就不能进行小圈帮并棚转弦施工，而是改用矿用工字钢穿棚开口施工设计，但是一般情况下开口断面小，矿用工钢支架受压后容易加快其变形程度，给运输和设备维护带来较大困难。巷道开后主要用于原料运输，开口角度取决于转弦半径（要满足轨道铺设），因此，目前常采用小角度开口的设计进行巷道开口施工。

3 开口技术方案的确定

根据施工设计，在U型钢巷道施工进行至开口处，必须快速转换成特殊U型钢支架支护，特殊U型钢支架施工到位后，应该在开口中心及对帮分别联锁2道和1道抬棚梁；再通过打锚索用托板加固法加固交岔点特殊U型钢支架；下一步要参照架棚工艺设计，将40m和35m的矿用工钢双抬棚架设在打锚索托板（开口帮）处，为避免矿用工字钢双抬棚受到侧压导致支架变形，不利于行人和运输，所以要求矿用工字钢双抬棚必须贴紧反戗齿。图1和图2为10.5m2和9.01m2U型钢开口梁设计。

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4 应用情况分析

架设好特殊U型钢支架以后，要尽快对其进加固，笔者每周都会勘察了支架情况，全面记录了相关数据，发现对支架进行加固后便不再出现支架变形的问题，观察结果表明，可以采用锚索加固法加固特殊U型钢支架。

对图3所示的U型钢开口设计方案进行长期经过长期观察论证后，发现该设计方案能够大大提高支架的抗压能力，支架整体承压状态安全可靠，符合质量标准化要求。原来的U型钢四抬棚支护现在可改用六抬棚支护，提高支护强度。另外，该设计方案针对原有的扩修交岔点断面大且高于原交岔点巷道的技术难题，仍未实现对弯梁的加工，因此，还需要继续探究特殊U型钢支架十字口施工办法。

5 效益分析

5.1 经济效益 由于原U型钢支护巷道开口处支护强度和抗压力都比较弱，会加速支架变形，不利于设备维护。据近些年U型钢支护丁字口施工方案的研究，发现U型钢支架自身具备可缩的优点，但就目前施工技术而言，开口处每隔半年就要扩修维护；按每项返修工程850元/m来算，每个长约6m的丁字口所需维修费用为5100元，每个U型钢支护丁字头全年的维修费用高达10200元。结合目前特殊U型钢支架的观察数据，可将原维护期限由半年一次延长至一年一次，这样每个丁字口一年可节省5000元的维修费，全年总的维修费用可节省至少20万元。由此可见，特殊U型钢支护丁字口设计将带来巨大的利润收益。

5.2 安全效益 原U型钢支架开口施工采用矿工字钢上抬棚梁直接开口的设计方案，但考虑到煤料运输需求和支架受压情况，要将2条U型钢腿或开口帮1摘除，以降低支架抗压能力，减缓支架变形程度；此外，由于很难将戗棚支护设置在开口帮处，侧压将大大破坏对开口支护的稳定状态。而特殊U型钢支架设计无需摘除钢腿，就加大了支架的抗压能力，结构稳固不易变形，相较于U型钢支架设计来说更为安全可靠。

参考文献：

[1]胡艳峰，谢文兵，赵晨光，荆升国.U型钢可缩性支架壁后充填应力分散技术研究[J].煤炭工程，2007（07）.

[2]尤春安.U型钢可缩性支架的稳定性分析[J].岩石力学与工程学报，2002（11）.

[3]尤春安.U型钢可缩性支架的缩动分析[J].煤炭学报，1994（03）.

作者简介：姚显君（1986-），男，河南光山人，鹤煤公司九矿掘一队党支部书记，助理工程师。