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[摘 要]通过对许疃煤矿7226机巷在高应力破碎顶板掘进过程中遇到的支护难题进行研究，结合现场生产实际，提出了三心拱U型钢棚支护措施，通过现场支护效果监测验证，该项支护措施能够在满足安全的前提下，取得良好的经济效益，能够在同类地质条件下推广应用。
[关键词]高应力 三心拱U型钢棚 安全 经济效益
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0244-01
1、工程概况
许疃煤矿核定生产能力为3.50Mt/a。矿井划分两个水平，第一水平标高-500m，第二水平标高-800m。矿井主采32、71、72、82煤层。目前矿井生产采区为33采区、82采区、82下采区、83采区，三条综采线生产。
7226综采工作面位于82采区上山右翼第三阶段，西北为7224工作面（正在回采），西南到大巷保安煤柱，北至-410m防水煤柱，东南临7228工作面（未准备），上覆7126、7128工作面（已回采）。
该工作面地面标高+25.45～+26.09m，工作面回采标高-417～-485m，72煤层属二迭系下统下石盒子组。煤厚1.90～5.85m，平均2.63m。该工作面72煤层距上覆7126、7128采空区0～18m，平均9m左右，与下部82煤层层间距12.52～20.35m，平均16.43m。
该煤层赋存稳定，内生裂隙发育，煤层结构复杂，煤层伪顶为泥岩，厚度为0～0.55m，平均为0.16m，基本顶为细砂岩，厚度为0～16.8m，平均为8.98m，直接底为泥岩，厚度为0～3.26m，平均为1.95m，基本底为细砂岩，厚度为6.15～17.83m，平均为12.66m。
2、围岩受力情况分析
根据7226综采工作面地质资料，7226机巷地表标高约+26m，机巷标高约-480m则7226机巷埋深约506m，若上覆岩层平均密度按2700kg/m3考虑，且不考虑构造及采动影响，则理论上7226机巷围岩所处垂直应力水平约13.66Mpa。
由于7226综采工作面上覆7126、7128综采工作面已回采，工作面距7126、7128采空区0～18m，平均9m左右，工作面的回采不仅在回采空间周围煤体上造成应力集中，还会向底板深部传递，在底板岩层一定范围内重新分布应力。已有研究结果表明，工作面回采后在底板内形成的支承压力往往数倍于原岩应力，假设应力集中系数为2.0，则垂直应力峰值将达到27.32Mpa。
根据许疃煤矿提供的地质资料显示，7226综采工作面机巷基本顶为细砂岩，但是受上覆煤层采动影响，顶板已比较破碎，裂隙发育，同时该段巷道预计正常涌水量为2m3/h，最大涌水量为5m3/h，局部具有滑面，岩体自身强度较低围岩强度较低。
3、支护方案及支护参数
综合考虑72煤层赋存特点、围岩特性及71与72煤层层间距等因素，7226综采工作面机巷采用三心拱U型钢棚支护。巷道设计净尺寸净宽×净高=4800×3300mm。
（1）临时支护
①选用长度不小于4m的3根11#工字钢作为金属前探梁。
②金属前探梁固定点不少于3处，每两个固定点之间应间隔一棚，两端固定点处的前探梁要余出不少于100mm的长度；倾斜巷道每根前探梁应配有防滑钩；每根工字钢等距离布置。
③护山网：选用合格的Φ6mm的包塑钢丝绳编制，网孔规格为100mm×100mm。要全断面覆盖迎头端面。
④抗头梁：选用Φ17.8 L=3600mm的锚索加工而成，固定点不少于2处，用1.0m长的螺纹锚杆固定，距底板不超过1m。
⑤超前背帮板：每帮超前背帮板间距不大于500mm，最上一块距顶梁（或頂板）不大于300mm，最下一块距底板不大于1.0m。背帮板选用长1500mm、宽200mm、厚50mm的木板。
（2）永久支护
三心拱支架由29U型钢加工而成，梁腿间搭茬长度为500mm，搭茬处用两副U形卡缆卡紧，卡缆螺母扭矩不小于300N·m。棚距为600mm。棚腿扎角10°。采用钢筋网背板及双抗网腰帮背顶。
棚体端正、正规有劲、不得淋肩、调斜、迎退山，不得架设等劲棚。不得出现“三空”（空顶、空帮、空肩窝）现象。腿窝深度300mm，底板为煤或软岩时必须穿“木鞋”（长×宽×厚=300× 200×50mm）。
木背板与巷道坡度、方向一致，木背板之间间距不大于150mm，规格为长×宽×厚=900× 100×30mm的木背板，木背板、联板与巷道坡度、方向一致。
注塑网全断面铺设，搭茬处不少于100mm，每隔150mm用14#铁丝双股扎接牢固。
4、矿压监测
（1）测点布置
在同一横断面同时观测其两帮和顶底的变形。两帮测点都是用铁丝在钢支撑上拧设大小合适的铁环。用钢卷尺直接测量支撑顶底的可伸缩的支撑钢柱的伸缩部分的尺寸。
（2）观测工具
观测所用的工具为JSS30A型数显收敛计和钢卷尺，数显收敛计的测量精度可以达到0.01mm，为精确测量提供了保障。
（3）观测方法
测站布置完毕后，由专人在固定的时间下井，实地测量各测站两帮和顶底的距离，并填写观测记录。
5、效果分析
（1）根据矿压监测结果分析可知，稳定变形阶段7226机巷两帮日移近1.00mm左右，顶底日移近1.60mm左右，对于一体服务年限仅两年左右的煤巷来说，这样的变形速度是允许的。因此选择的支护方案及支护参数是合理的。
（2）三心拱U型钢棚相比传统的半圆拱型U型钢棚，巷道高度降低了进290mm，巷道掘进断面减小了0.95㎡，每节U型钢支架耗用钢材总长度减少了0.339m。
巷道掘进期间因掘进断面减小，每米巷道都会因破落矸石量减少、运输成本降低而产生400元的效益；另外每米巷道耗用U型钢量减少了0.339m，而且其他附属支护材料（如朱芭片、卡揽、双抗布等）也随之减少，因而每米巷道可以节约成本300元。7226工作面回采期间，超前压力管理过程中，因巷道断面减小，每米巷道的维护成本可降低500元以上。对于设计长度为1870m的7226机巷而言，可产生的经济效益为223.2万元。
6、结束语
通过对许疃煤矿7226机巷在高应力破碎顶板下巷道施工过程中遇到的支护问题进行研究，综合考虑72煤层赋存特点、围岩特性及71与72煤层层间距等因素，提出了三心拱形U型钢棚支护方式，从现场的支护效果来看，该支护方案在有效控制围岩在合理范围内变形的前提下，取得了理想的支护效果，提高了掘进速度，同时收到了巨大地经济效益。实践证明，7226机巷支护技术所选用的支护形式和设计参数是合理的，在同类地质条件下能够推广运用。
作者简介：王辉（1982～），男，安徽淮北市人，2005年毕业于山东科技大学。现任淮北矿业（集团）有限责任公司许疃煤矿安检处综合主管兼党支部书记。
[关键词]高应力 三心拱U型钢棚 安全 经济效益
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0244-01
1、工程概况
许疃煤矿核定生产能力为3.50Mt/a。矿井划分两个水平，第一水平标高-500m，第二水平标高-800m。矿井主采32、71、72、82煤层。目前矿井生产采区为33采区、82采区、82下采区、83采区，三条综采线生产。
7226综采工作面位于82采区上山右翼第三阶段，西北为7224工作面（正在回采），西南到大巷保安煤柱，北至-410m防水煤柱，东南临7228工作面（未准备），上覆7126、7128工作面（已回采）。
该工作面地面标高+25.45～+26.09m，工作面回采标高-417～-485m，72煤层属二迭系下统下石盒子组。煤厚1.90～5.85m，平均2.63m。该工作面72煤层距上覆7126、7128采空区0～18m，平均9m左右，与下部82煤层层间距12.52～20.35m，平均16.43m。
该煤层赋存稳定，内生裂隙发育，煤层结构复杂，煤层伪顶为泥岩，厚度为0～0.55m，平均为0.16m，基本顶为细砂岩，厚度为0～16.8m，平均为8.98m，直接底为泥岩，厚度为0～3.26m，平均为1.95m，基本底为细砂岩，厚度为6.15～17.83m，平均为12.66m。
2、围岩受力情况分析
根据7226综采工作面地质资料，7226机巷地表标高约+26m，机巷标高约-480m则7226机巷埋深约506m，若上覆岩层平均密度按2700kg/m3考虑，且不考虑构造及采动影响，则理论上7226机巷围岩所处垂直应力水平约13.66Mpa。
由于7226综采工作面上覆7126、7128综采工作面已回采，工作面距7126、7128采空区0～18m，平均9m左右，工作面的回采不仅在回采空间周围煤体上造成应力集中，还会向底板深部传递，在底板岩层一定范围内重新分布应力。已有研究结果表明，工作面回采后在底板内形成的支承压力往往数倍于原岩应力，假设应力集中系数为2.0，则垂直应力峰值将达到27.32Mpa。
根据许疃煤矿提供的地质资料显示，7226综采工作面机巷基本顶为细砂岩，但是受上覆煤层采动影响，顶板已比较破碎，裂隙发育，同时该段巷道预计正常涌水量为2m3/h，最大涌水量为5m3/h，局部具有滑面，岩体自身强度较低围岩强度较低。
3、支护方案及支护参数
综合考虑72煤层赋存特点、围岩特性及71与72煤层层间距等因素，7226综采工作面机巷采用三心拱U型钢棚支护。巷道设计净尺寸净宽×净高=4800×3300mm。
（1）临时支护
①选用长度不小于4m的3根11#工字钢作为金属前探梁。
②金属前探梁固定点不少于3处，每两个固定点之间应间隔一棚，两端固定点处的前探梁要余出不少于100mm的长度；倾斜巷道每根前探梁应配有防滑钩；每根工字钢等距离布置。
③护山网：选用合格的Φ6mm的包塑钢丝绳编制，网孔规格为100mm×100mm。要全断面覆盖迎头端面。
④抗头梁：选用Φ17.8 L=3600mm的锚索加工而成，固定点不少于2处，用1.0m长的螺纹锚杆固定，距底板不超过1m。
⑤超前背帮板：每帮超前背帮板间距不大于500mm，最上一块距顶梁（或頂板）不大于300mm，最下一块距底板不大于1.0m。背帮板选用长1500mm、宽200mm、厚50mm的木板。
（2）永久支护
三心拱支架由29U型钢加工而成，梁腿间搭茬长度为500mm，搭茬处用两副U形卡缆卡紧，卡缆螺母扭矩不小于300N·m。棚距为600mm。棚腿扎角10°。采用钢筋网背板及双抗网腰帮背顶。
棚体端正、正规有劲、不得淋肩、调斜、迎退山，不得架设等劲棚。不得出现“三空”（空顶、空帮、空肩窝）现象。腿窝深度300mm，底板为煤或软岩时必须穿“木鞋”（长×宽×厚=300× 200×50mm）。
木背板与巷道坡度、方向一致，木背板之间间距不大于150mm，规格为长×宽×厚=900× 100×30mm的木背板，木背板、联板与巷道坡度、方向一致。
注塑网全断面铺设，搭茬处不少于100mm，每隔150mm用14#铁丝双股扎接牢固。
4、矿压监测
（1）测点布置
在同一横断面同时观测其两帮和顶底的变形。两帮测点都是用铁丝在钢支撑上拧设大小合适的铁环。用钢卷尺直接测量支撑顶底的可伸缩的支撑钢柱的伸缩部分的尺寸。
（2）观测工具
观测所用的工具为JSS30A型数显收敛计和钢卷尺，数显收敛计的测量精度可以达到0.01mm，为精确测量提供了保障。
（3）观测方法
测站布置完毕后，由专人在固定的时间下井，实地测量各测站两帮和顶底的距离，并填写观测记录。
5、效果分析
（1）根据矿压监测结果分析可知，稳定变形阶段7226机巷两帮日移近1.00mm左右，顶底日移近1.60mm左右，对于一体服务年限仅两年左右的煤巷来说，这样的变形速度是允许的。因此选择的支护方案及支护参数是合理的。
（2）三心拱U型钢棚相比传统的半圆拱型U型钢棚，巷道高度降低了进290mm，巷道掘进断面减小了0.95㎡，每节U型钢支架耗用钢材总长度减少了0.339m。
巷道掘进期间因掘进断面减小，每米巷道都会因破落矸石量减少、运输成本降低而产生400元的效益；另外每米巷道耗用U型钢量减少了0.339m，而且其他附属支护材料（如朱芭片、卡揽、双抗布等）也随之减少，因而每米巷道可以节约成本300元。7226工作面回采期间，超前压力管理过程中，因巷道断面减小，每米巷道的维护成本可降低500元以上。对于设计长度为1870m的7226机巷而言，可产生的经济效益为223.2万元。
6、结束语
通过对许疃煤矿7226机巷在高应力破碎顶板下巷道施工过程中遇到的支护问题进行研究，综合考虑72煤层赋存特点、围岩特性及71与72煤层层间距等因素，提出了三心拱形U型钢棚支护方式，从现场的支护效果来看，该支护方案在有效控制围岩在合理范围内变形的前提下，取得了理想的支护效果，提高了掘进速度，同时收到了巨大地经济效益。实践证明，7226机巷支护技术所选用的支护形式和设计参数是合理的，在同类地质条件下能够推广运用。
作者简介：王辉（1982～），男，安徽淮北市人，2005年毕业于山东科技大学。现任淮北矿业（集团）有限责任公司许疃煤矿安检处综合主管兼党支部书记。