U型钢可缩性梯型棚支架在复杂巷道中的应用研究

摘 要：为解决在高应力集中区域巷道采用传统36U型钢支架支护所导致的棚腿不抗压，棚腿及上下帮变形严重，需重复进行扩帮换腿作业等问题，对原36U型钢进行优化改造，利用36U型钢封闭式焊接做梁，废旧36U型钢为腿，提高了支架的整体性和稳定性的同时，节约了巷道支护成本。

关键词：工作面;支护;36U型钢;高应力;优化

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.21.244

0 引言

目前，随着矿井开采的逐步延伸，巷道压力越来越大，巷道矿压显现越来越强烈，巷道变形难以控制。针对巷道不同的地质条件，采取合理的支护方式是保证巷道围岩稳定的主要措施之一。河南某矿12220工作面采深接近520m，上覆岩层为巨厚砾岩层，其上下巷处于高应力区域，就有中等冲击危险性，面对这一难题，该工作面巷道支护问题是工作面开采所面临的主要难题。12220工作面上下巷利用传统支架棚支护时，支护钢材成本高且支护效果不好。因此，为保证井下安全生产，防止此区域发生事故，对传统支护方式的优化，提高支架的整体性和稳定性是十分必要的。

1 工作面概况

12220工作面上下巷位于西二采区西翼，平均采深近520m。走向长度1010m，倾斜长200m，煤层倾角8°～12°。煤层顶板为泥岩、砂质泥岩、细砂岩互层，厚度37m～42m，并且存在平均厚度为70m的砂砾岩层;煤层直接底为煤矸互叠层，灰黑色易碎 ，具有光滑镜面 ，偶有炭化植物化石碎片。断面为拱形，巷道上净宽4700mm，下净宽5800mm，净高3000mm。

2 传统支护方式的缺点

某矿12220工作面原采用的扩修巷道方式为36U型钢封闭式焊接做梁，36U型钢为腿进行替棚，经过现场支护效果分析存在以下缺点。

（1）利用传统支架棚支护时，支护钢材成本高、运输费用大;

（2）由于巷道压力大，棚腿不抗压，棚腿及上下帮变形严重，需重复进行扩帮换腿作业。在受到顶压和侧压严重时容易造成支架侧翻、支架腿歪斜和梁腿错位、脱节，继而发生支架推垮型冒顶;

（3）由于巷道处于冲击危险区域，当巷道发生冲击地压时，棚梁支架不能有效伸缩。卡具、螺丝等可能会瞬间受压断裂或绷开，从而造成巷道内人员伤亡。

3 优化设计方案及优点分析

原扩修巷道方式为36U型钢封闭式焊接做梁，36U型钢为腿进行替棚，优化改良后的替棚方式为36U型钢封闭式焊接做梁，废旧36U型钢为腿（采用两截U型钢配合U型卡制成），该方式可以在一定程度上使压力得以缓解，起到较好的防冲作用，同时不需要重复进行扩帮换腿作业，新型U型钢支架加工示意图如图1所示。新加工设计的U型钢棚梁是拉直、修复的废旧棚梁，起到了修旧利废作用，节约了成本;提高了支架的整体性和稳定性，使支架在较大的顶压、侧压和底鼓作用下，不会发生梁体翻转、扭斜梁腿脱接等现象，支护效果更可靠。当巷道内发生冲击地压时，支架腿能有效伸缩，达到缓冲目的，不易发生错位和断裂、绷开，可以保持支架棚梁的支撑状态，从而不会发生支架垮落和冒顶现象。

4 应用效果分析

12220工作面上下巷共采用新扩修方式312m，新型U型钢使用后，型钢的整体强度及抗侧向压力能力相对传统型钢明显提高，回采中对巷道破碎区域的维修次数大大减少，工作面巷道的变形速度变缓慢，对冲击地压防治起到了明显效果。

（1）在原支护方案下，工作面回采期间巷道受动压影响较大，巷道变形严重，采用新型型钢后，新型支架具有一定的让压效果，巷道变形速度得到一定缓冲，变形得到一定的控制，有利于工作面的回采的安全系数;（2）新型型钢的初撑力较高，具有一定的可缩性，当围岩作用于该支架上的应力达到一个范围后，梯形支架会发生缩动，致使围岩作用力下降，避免支架发生扭曲、剪短等破坏;（3）通过现场观测测试，该支架对巷道顶底板围岩应力重新分布的影响较低，更换新型支架后，工作面围岩变形得到有效控制，巷道维修量减小，工人的劳动强度降低;（4）在原支付方案下进行巷道修护作业时，每米巷道扩帮维护费用为0.23万元，采用新型支护后，巷道维修不需要进行扩帮，从而仅材料费用每米就节省0.23万元，大大提高了矿井的经济效益。

5 结论

经过可缩性U型钢梯形棚在12220工作面的实践应用效果得出，该支架大大提高了棚梁抗侧压能力和整体支护强度。截止到现在，该新型支护方式已经在矿井每个高应力工作面进行推广适应，是矿井保证巷道围岩稳定性，保障安全生产的重要措施，同时，减少了巷道维修工程量，降低的工人的劳动强度。

作者简介：曲凯（1980-），男，河南南阳人，现任平煤集团平煤一矿掘进队技术副队长。