柔性背頂材料在三軟回采巷道支護中的應用

高寶安 李守廣 張 旺

（棗莊大興礦業有限責任公司，山東 棗莊 277319）

1 概況

棗莊大興礦業有限責任公司采用立井開拓，-406m水平、-613m輔助水平上、下山聯合開采。礦井主采煤層為2、3煤層，2煤層平均厚度2.17m，3煤層平均厚度4.79m。2煤層偽頂為泥巖，厚度為0.9～1.2m；直接頂為中砂巖，厚度為5.9～20.9m；底板為泥巖，平均厚度為7.1m。3煤層頂板即為2煤層底板，偽頂為泥巖，平均厚度為0.42～1.7m；直接頂為細砂巖，平均厚度為2.4m；底板巖性多為泥巖，平均厚度為1.7m，個別為炭質泥巖及細砂巖。煤層傾角一般在25～30°。2煤層和3煤層及頂板具有弱沖擊性，為低瓦斯礦井。礦井井田構造復雜，井田內斷層較發育，巖石結構松軟，抗壓強度低，具有可塑性、膨脹性、崩解性等特征，是典型的“三軟”煤層。

2 巷道原支護方式及破壞特征

回采巷道一般選用架棚支護，巷道斷面為梯形，采用11#工字鋼，上凈寬2.30m，下凈寬3.10m，（扎角為0.2m/m），凈高2.0m，棚距800mm，若圍巖破碎或過斷層時棚距改為600mm。頂、幫用木枇配合鋼筋網、高強塑料網支護，頂部6塊木枇，兩幫各使用4塊木批，枇子均勻布置，間距400mm，并接實背牢，木枇規格為（長×寬×厚）1000mm×100mm×50mm。

由于巷道受“三軟”及采煤工作面采動影響，圍巖破碎區壓力特別大，“煤炮”多，迎頭煤質松軟、易折幫，巷道兩幫壓力大。從迎頭向后20m兩幫開始出現鼓起、頂板下墜、底板鼓起，棚梁、棚腿在木枇未折斷前受圍巖擠壓，連續多棚不同程度彎曲變形，甚至造成棚梁崩“牙殼”，棚腿受擠壓彎曲或出現棚腿“倒扎角”，頂部或幫部木枇從中間折斷，棚梁之間頂板出現墜兜，棚腿之間幫部突起，巷道局部受壓嚴重段高度不足1.60m，寬度不足2.0m。

3 支護方案的確定和實施

（1）針對“三軟”煤層地質特點，從支護結構、圍巖特性等方面分析回采巷道破壞機理，找到問題的本質，采取“疏順導滯”的方法，讓其釋放有度。為達到代替木枇在架棚巷道接頂、腰幫的面積及強度，采用主井提升機退役的2根Φ34-18×7鋼絲繩，中間焊3個40t溜子鏈環，加工成1200mm×120mm×33mm H型柔性長形材料，代替原巷道支護木枇，如圖1。左右對稱的鋼絲繩1，兩鋼絲繩1之間使用三個圓環2相連，三個圓環2處于兩鋼絲繩1的兩端及中部，橢圓環2與鋼絲繩1之間采用焊接方式相連，鋼絲繩1的兩端進行熔焊處理。

圖1 H型柔性支護長形材料

（2）將H型柔性長形材料串過棚梁、棚腿，再將前后棚銜接的H型長形材料的兩端用Φ12鐵絲并列捆扎，長形材料中部與鋼筋網捆扎，工字鋼棚的周圍就支護好了，如圖2。

圖2 H型柔性支護長形材料

（3）當巷道來壓時，利用H型長形材料柔韌性的特點，將頂部、幫部壓力自然、有度地釋放，從而減小了棚梁、棚腿的壓力，消除了棚梁崩“牙殼”、棚腿彎曲、木枇折斷等現象；如果頂部、幫部積聚的壓力大、時間長，棚與棚之間形成了墜兜和“鼓肚”，現場采取先打臨時支護，再剪開鋼筋網和高強塑料網，將碎煤、碎矸有序地放出，然后再將雙網連接、H型長形材料調整均勻，恢復原支護。

4 H型長形柔性支護材料加工

（1）每年主井提升機退役Φ34-18×7的鋼絲繩1300m，每4年退役Φ38的箕斗密封鋼絲繩4400m。根據架棚巷道800mm的棚距，用割槍將鋼絲繩割成每根1200mm，要求在割繩過程中速度放慢，將繩兩端就地熔焊，保證鋼絲繩兩端不“炸頭”，保持原捻狀，再將2根1200mm鋼絲繩平行放置，中間用3個40t溜子鏈環焊接。為確保鏈環與鋼絲繩焊接不損傷鋼絲表面，并保證焊接強度，安排專業電焊工操作，選用型號NBC-250二氧化碳氣體保護焊機，根據技術要求，在室內無風環境下焊接，焊接電流在200A以下。

（2）H型長形柔性支護材料的優點：

① 修舊利廢，降低成本，節約木材，綠色環保；

② 消除了棚梁崩“牙殼”的危險，消除了木枇折斷戳人的危險；

③ 消除了巷道木支護，提高了防滅火安全系數；

④ 提高支護強度，兩端可用鐵絲扎接，增加了工字鋼棚之間支護的安全系數；

⑤ 鋼絲繩柔韌性好，能有效地控制頂板和幫部壓力的釋放，化解了工字鋼棚梁、棚腿承載的集中壓力，減少了巷道返修；

⑥ 使用中能達到不折斷、不變形、好回收、再使用的效果。

5 效益分析

（1）增加了支護強度，H型柔性支護材料兩端用Φ12#鐵絲扎接，增加了工字鋼棚之間的整體性和安全性。

（2）利用退役的鋼絲繩，加工2374個H型柔性支護材料，按H型柔性支護材料回收再用3次計算，可節約735000元木材投入費用。