一種新型礦用防片冒材料的推廣與應(yīng)用

◎彭超子

石壕煤礦目前多為二分層工作面，區(qū)域整體為單斜構(gòu)造，煤巖層走向近南北向，傾向東，傾角平均10°。區(qū)內(nèi)無大的斷層構(gòu)造存在，但掘進(jìn)施工中可能受小的斷層構(gòu)造影響。采空區(qū)內(nèi)受采動影響，一分層煤層頂板已破碎垮落，形成再生頂板，再生頂板膠結(jié)不實(shí)，易垮落。采空區(qū)間煤柱受采動影響，頂板巖層較破碎，且煤柱多為應(yīng)力集中區(qū)，對巷道掘進(jìn)施工影響較大，巷道易變形。

一、礦井施工背景

12182 上巷里段改造巷掘進(jìn)及失修巷道擴(kuò)修以挑頂刷幫為主，采用手鎬配合風(fēng)鎬方式落渣，每次進(jìn)入施工地點(diǎn)都要檢查巷道加固情況，隨時注意頂板與兩幫及正頭煤（渣）的情況，防止正頭煤片幫，頂幫打設(shè)木質(zhì)板皮進(jìn)行防護(hù)，防止掉渣傷人。施工人員必須在安全位置施工，嚴(yán)禁空頂作業(yè)，對頂板要加強(qiáng)支護(hù)，對空幫、碎頂處，及時打設(shè)板皮。但是二分層工作面頂板多為破碎嚴(yán)重，局部有大石頭，使用木質(zhì)穿皮一方面浪費(fèi)嚴(yán)重，另一方面支護(hù)強(qiáng)度低，易折斷，無法有效防護(hù)頂板。于是研制一種新型防片冒材料鐵穿皮。

二、一種礦用礦用防片冒材料的加工及設(shè)計

礦用鐵穿皮采用廢舊工字鋼截割而成，長×寬=1500mm×100mm，每根1500mm 工字鋼可截割成3 塊鐵穿皮。頭部截割為三角尖頭便于穿入頂板塌冒區(qū)，尾部截割一個φ50 圓孔，架棚支護(hù)后未壓死的鐵板皮可以利用倒鏈將其拉出，便于回收，重復(fù)利用。

附圖：鐵穿皮加工

附圖：鐵穿皮加工

二、現(xiàn)場施工方案對比分析

方案一：計劃掘進(jìn)施工長度100m，地質(zhì)條件復(fù)雜，巷道圍巖破碎嚴(yán)重，經(jīng)常性出現(xiàn)片冒現(xiàn)象，巷道施工需打設(shè)超前木質(zhì)穿皮支護(hù)。對于常規(guī)普通片冒強(qiáng)度，頂板松軟，木質(zhì)穿皮支護(hù)強(qiáng)度可滿足巷幫及頂板支撐力，且能達(dá)到較好的支護(hù)效果。但對于頂板及兩側(cè)為高應(yīng)力巖層、大矸石塊等，若采用木質(zhì)穿皮支護(hù)，穿皮支撐壓力也相應(yīng)增大，因木質(zhì)穿皮支護(hù)強(qiáng)度低，將會在短時間內(nèi)出現(xiàn)壓彎，斷裂等破壞現(xiàn)象，難以達(dá)到較好的支護(hù)效果。若100m巷道施工全部采用木質(zhì)穿皮，棚距按0.65m，每棚使用8 塊，每塊板皮16 元，共計使用1230 塊，材料費(fèi)約20000 萬元。

優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕便，施工簡單，針對頂幫為松軟煤層的支護(hù)效果良好。

缺點(diǎn)：支護(hù)成本高，支護(hù)強(qiáng)度低，且無法回收復(fù)用。

方案二：計劃掘進(jìn)施工長度100m，地質(zhì)條件復(fù)雜，巷道圍巖破碎嚴(yán)重，經(jīng)常性出現(xiàn)片冒現(xiàn)象，巷道施工需打設(shè)超前鐵質(zhì)穿皮支護(hù)。對于常規(guī)普通片冒強(qiáng)度，頂板松軟，鐵質(zhì)穿皮支護(hù)強(qiáng)度完全可滿足巷幫及頂板支撐力，且能達(dá)到較好的支護(hù)效果。對于頂板及兩側(cè)為高應(yīng)力巖層、大矸石塊等，采用鐵質(zhì)穿皮支護(hù)，鐵穿皮支撐壓力也相應(yīng)增大，但在短時間內(nèi)不會出現(xiàn)壓彎，斷裂等破壞現(xiàn)象，支護(hù)效果較好。若100m 巷道施工全部采用鐵質(zhì)穿皮，回收率按60%，棚距按0.65m，每棚使用8 塊，每塊鐵質(zhì)板皮0 元，共計投入使用500 塊，材料費(fèi)為0 元。

優(yōu)點(diǎn)：零成本，施工簡單，針對各類巷道均有較好的支護(hù)效果，且可以回收復(fù)用。

缺點(diǎn)：質(zhì)量較木質(zhì)穿皮大，單人操作不便。

從以上對比分析可以看出：圍巖破碎嚴(yán)重巷道掘進(jìn)擴(kuò)修施工100m，采用鐵質(zhì)穿皮支護(hù)巷道每米綜合費(fèi)用比木質(zhì)穿皮支護(hù)費(fèi)用可節(jié)約20000 元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

由此可見，傳統(tǒng)采用的是木質(zhì)穿皮支護(hù)，雖然初期施工強(qiáng)度較低，但由于巷道破碎嚴(yán)重，支護(hù)強(qiáng)度較低，后期需要投入大量人工和材料進(jìn)行巷修維護(hù)，在使用周期內(nèi)預(yù)計巷修次數(shù)達(dá)三次，維修成本約為10000 元/m，且位于應(yīng)力集中區(qū)，安全狀況差。

采用鐵質(zhì)穿皮支護(hù)，雖然前期施工強(qiáng)度投入較高，但該種材料設(shè)計合理，抗壓性能好，支護(hù)強(qiáng)度高，后期只需投入少量人工和材料費(fèi)用進(jìn)行簡單維護(hù)，維護(hù)成本僅為300 元/m，就可滿足正常生產(chǎn)需要，支護(hù)效果好。且巷道狀況穩(wěn)定的情況下可便于回收，二次利用。

根據(jù)現(xiàn)場施工情況證明，應(yīng)用效果良好，能夠充分保證通風(fēng)、運(yùn)輸及行人斷面，保證機(jī)軌合一，使安全生產(chǎn)狀況和作業(yè)環(huán)境得到大大改善，有效地延長了巷道使用年限，解決了以往工作面貫通后修護(hù)工程量大的問題，減少了二次修護(hù)材料投入。

三、結(jié)語

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，采用架棚支護(hù)的巷道，過老巷及采空區(qū)期間頂板破碎嚴(yán)重，經(jīng)常性出現(xiàn)塌冒現(xiàn)象，木制板皮無法滿足防片冒的情況下多采用現(xiàn)場附近尋找鋼制材料，浪費(fèi)人力、時間、材料，同時可能會錯過最佳防護(hù)時機(jī)，造成巷道塌冒，影響施工安全（人員傷亡和設(shè)備損壞）。如果在掘進(jìn)施工前備用一部分鐵穿皮，如果出現(xiàn)特殊塌冒情況，即可隨取隨用，也可保證支護(hù)強(qiáng)度，該材料本身采用廢舊工字鋼加工而成，不占材料費(fèi)，同時還可以回收一部分鐵穿皮，重復(fù)利用，經(jīng)濟(jì)效益明顯。