[矿井区段皮带运煤石门应用U型可缩支架的体会] 矿井石门
时间：2019-05-02 03:27:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】采区区段运煤石门巷道因受采动压力影响，巷道支护和维修是一个难题。文章通过在田坝煤矿二号井下四采区上区段皮带运煤石门中使用U型钢支架的情况进行总结，确认采用U型钢可缩支架加喷浆支护在区段石门中能有效承受围岩压力，加之木背板更换方便，维护成本低，在同等条件的巷道中具有良好的支护效果和利用价值。
【关键词】煤矿；皮带石门；U型钢支护；应用
0.矿井概况
田坝煤矿二号井设计开采滇东煤田羊场向斜东北端的五、六、七井田深部煤层，开拓方式为主斜井、副立井联合开拓，分+1500、+1300米两个水平开采，设计生产能力为60万吨/年。矿井于1990年9月移交生产，2007年核定年生产能力为33万吨，属煤与瓦斯突出矿井。
矿井煤系地层属上二叠统宣威煤组，可采煤层4～12层，煤层总厚3.8～12米，煤层倾角30～80度。区域内水文地质较为简单，无强含水层，主要水源为断层水和顶板裂隙水，近几年主要生产采区分别为（+1300米水平）下一采区、下二采区及下四采区，采区内围岩以泥岩及粉砂质泥岩为主，易于风化，断层多、岩体局部破碎，遇水容易膨胀，矿压显现较为明显。
1.区段皮带石门地质及生产技术条件
田坝煤矿二号井设计每个采区分三个区段生产，一个区段布置石门两条，即一条回风石门，一条运煤石门。矿井投产后区段运煤石门先使用溜子，经过几年的生产使用，使用溜子运煤存在设备占用数量多，岗位用人多，生产效率不高等问题，为可解决这些矛盾，提高运输能力，经过分析研究，设计时将下水平（+1300m水平）四采区上区段运煤石门规划为安装皮带。
下四采区皮带石门设计从Ｋ2+1煤层位置开口，垂直煤层走向方向施工，掘进到区段煤仓位置（K21煤层底板位置），巷道全长260米，坡度3°（参见图1），计划安装带宽为800 mm的吊挂皮带。
根据地质资料，整条石门巷道围岩为灰～浅灰色细碎屑岩为主，夹多层灰白色泥岩，岩石软分层多，含煤20余层（其中可采煤层8层），泥岩及炭质泥岩遇水极易膨胀。石门位置距地表垂深达到450米，加之K2+1煤层至K18煤层位置区间为采面工作面生产区域，受采动影响，巷道压力一般较大。
图1 下四采区上区段皮带石门位置及地质剖面示意图
2.巷道支护形式与参数选择
2.1支护的可行性分析
二号井自1990年移交生产以来，一直面临着巷道支护方式和手段的巨大难题。矿井移交时，区段运煤石门多为木支护，受压后巷道大量失修，支护效果差，给矿井的生产带来了很大的困难。投入生产后，根据矿井构造复杂、地质条件差的实际，在井巷施工中积极改革了支护工艺，淘汰了木支护，推行了梯形金属支架、锚喷支护和砌碹支护，支护效果得到了一定的好转，相对减少了巷道维修量，收到了一定的效果。但随着时间的推移、采场环境和地质条件的变化，特别是进入下水平生产，石门中安装皮带时巷道压力问题和支护矛盾更加突出。
分析区段运煤石门的压力特点，目前使用的几种支护方式各有利弊，砌碹支护在受压时易损坏，后期维护时运料很困难，不能作为石门主要支护；梯形金属支架支护受压后容易变形，造成巷道维修量大、生产环境差、生产成本高，影响矿井生产；锚喷支护适应性广，但在反复受压的地段易导至喷层脱落，造成围岩进一步风化掉落，使支护失效，不便于巷道维修；U型钢可缩性支架最大优点是当围岩作用于支架上的压力达到一定值时，支架会产生屈服缩动，缩动的结果使围岩作用于支架上的压力下降，从而避免了围岩的压力大于支架的承载力而导致支架的破坏，适应松软围岩的载荷和变形，断面利用率高，能保证巷道的正常使用，加之支架架设和回拆方便，巷道维修量小，经济效益明显，因此选择U型钢可缩性支架在区段运煤石门进行支护理论上可行。
2.2巷道断面及支架设计
2.2.1巷道支护断面设计
考虑到巷道围岩软分层较多、巷道承受采动压力，为满足安装设备需要及运输安全，巷道设计为直墙半圆拱断面， 巷道净宽2.7m，净高2.7m，支架棚距0.7m，中间搭接部份为350mm，抱箍间距200 mm；背板为木背板，背板间距200mm（花背）；支架架设20～30 m后，对巷道全断面喷浆一次，砂浆标号为150#，喷浆厚度为10 mm。（如图2）
图2 可缩支架支护断面示意图
2.2.2支架设计
根据巷道支护需要，设计支架用25号U型钢制做，梁腿设计成三心拱型，梁长2496mm，半径1300mm，腿长2738mm，圆弧部份半径1560mm，组合后支架净宽2.7m，净高2.9m，中间搭接部份为350mm，抱箍每个搭接头两个。（如图3）
图3 可缩支架规格尺寸示意图
2.3施工方法
由于石门岩石硬软不一，部份地点岩石破碎，巷道压力较大，为了有效地对巷道卸压，提高支护效果，并根据防止煤与瓦斯突出的需要，设计施工时采用二次支护，即施工时用放炮掘进，人工架料的方式把巷道先架上梯形金属支架，形成巷道临时支护，巷道贯通后，再按顺序对巷道进行挑刷，完成可缩支架永久支护。可缩支架支护时，帮顶采用木背板进行花背，每施工20～30m进行一次喷浆，使木背板表面形成水泥保护层，防止木背板腐坏，也有利于将支架壁后的破碎矸石胶结成整体，实现对巷道围岩的全面加固，增加巷道整体支护强度。
永久支护主要工序为：①安全检查、准备→ ②施工点前后支架加固 → ③拆除施工点临时支架→ ④挑顶→⑤临时过顶支护→ ⑥出渣→⑦刷两帮→ ⑧架可缩支架→⑨巷道喷浆（架设20～30m支架喷浆一次）。
3.巷道支护效果分析及施工要点
3.1巷道支护效果分析
3.1.1二号井下四采区上区段皮带运煤石门采用U型钢可缩性支架支护，并对巷道进行了喷浆后后，从2005年4月第一块24201#采煤工作面投入生产，至2011年底已回采完毕8块工作面。六年多的使用过程中，巷道承受了多次的矿压显现，但总体巷道变形量不大，满足了安全生产的使用要求。
3.1.2架好的支架再对其进行了喷浆后后，巷道围岩与支架、背板及形成了共同支撑体，有效地防止了大气对围岩和木背板的进一步风化，弥补了木背板易腐坏的弱点，增大了支护体整体支护能力，减少了巷道维护工作量。
3.1.3巷道采用U型钢可缩性支架支护，出现局部木背板断折时，更换方便，检修灵活，不影响正常生产，巷道的整体成本同比采用梯形金属支架或砌碹支护时低。
3.2施工要点
为使可缩支架充分发挥支护效果，施工应考虑如下因素：
（1）必须按规定的中腰线施工，抱箍螺栓必须上紧，确保支架初始阻力和工作阻力。
（2）背板须背紧背牢，背板必须过疆，压力大、围岩破碎地段采用密背，充填必须密实，使支护均衡受力，提高支撑能力。
（3）施工一段后应进行喷浆一次，防止巷道围岩风化脱落，或背板过早腐朽，造成支架后面空顶空帮，支架失去支承能力。
（4）喷浆前应对支架抱箍及螺栓进行检查，发现松动的要及时进行补强上紧，保证支架工作阻力，确保支护效果。
（5）喷浆采用湿喷，砂浆标号不低于150#，配料搅拌均匀；喷浆厚度不得小于10mm，喷层均匀、全面覆盖。
（6）加强巷道积水处理，防止遇水膨胀的岩层变形，造成巷道底鼓，巷道失稳。
4.结语
在矿井区段运煤巷道应用U型钢可缩性支架支护能有效承受围岩压力，木背板弹性好，更换方便，架好支架再进行喷浆后，可在木背板表面形成了一层保护层，阻止木背板的风化腐蚀的速度，也改善了支架的受力状况，可把围岩的压力均匀分配到U型钢支架，提高了支架承载能力，能较好地控制巷道围岩。可缩支架的耐压性、木背板的弹性，加上喷浆层的保护性和胶结性，应用在围岩结构复杂、采动压力大、以至于因多种原因不便于对巷道进行检修的巷道中，适用性强，能起到良好的支护效果。
【参考文献】
［１］煤矿安全规程，煤炭工业出版社.
