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[摘 要]通过对金黄庄煤矿后一采区二中车场（-717m）石门揭煤过程中遇到的支护技术难题进行研究，结合现场实际情况，采用了“超前撞楔+ U型钢+ 锚网+喷浆 ”复合支护措施，取得较大的安全效益和经济效益，为今后的石门揭煤工作提供了宝贵的技术经验。
[关键词]石门揭煤 复合支护 安全 经济
中图分类号：TD713.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）28-0281-01
0、前言
石门揭煤过程中，随着掘进工作面不断接进煤层，集中应力区的作用越来越明显。在井巷实际施工过程中呈现顶板破碎，煤岩离层严重等现象。造成顶板支护困难，巷道成形差，工程进度缓慢，并且冒漏顶及大量的瓦斯涌出时有发生，严重时还可能造成垮棚及煤与瓦斯突出，给巷道施工带来安全威胁。
在以往的揭煤穿层巷道的托顶煤施工期间，通常采取2种支护方案：锚网喷支护或者U型钢支护。采用单一的锚网喷支护，由于锚杆长度的限制，支护厚度不能达到足够的、稳定的范围，支护后不长时间内就会因为巷道的整体收缩而造成断面不足、支护失效。采用单一的U型钢支护则会因为支护强度的不足 ，尤其是在高地应力地区托顶煤施工中 ，U型钢在支护后不久会发生强烈变形、扭曲甚至断裂，从而造成支护失效。造成巷道1次或多次返修，严重影响矿井的安全生产。
金黄庄煤矿安全生产技术部门经过多次技术研讨分析，结合现场生产实际，提出了“超前撞楔+ U型钢+ 锚网+喷浆 ”支护措施，通过锚网支护使围岩及时形成稳定的支护承载圈，实现主动承载 ，并保证支护围岩体的稳定性和整体性；通过U型钢支护对外围的锚网支护体再次支护、加固 ，调整外围锚网支护的应力重新分布，使U型钢支护体上的受力均匀分布 ，控制围岩进一步变形，用喷浆支护封闭围岩，增强U型钢整体性、连接性、稳定性从而提高U型钢的受力强度。该支护手段可以有效地控制围岩变形和煤层脱落及冒顶事故的发生。在金黄庄首采区3个区段石门揭煤的掘进施工中进行了试验应用 ，取得了良好的支护效果。
1、工程概况
金黄庄煤矿后一采区第二中部车场（-717m）石门，巷道断面为半圆拱，采用锚网喷支护，巷道断面规格为B×H =4.0m×3.5m，墙高1.5m。在石门至B2煤层法距23m、10m对B2煤层进行探查，煤层赋存正常，倾角为8～19°，平均11.4°，煤层厚度为2.5m，煤层鉴定指标表明有一定突出危险性。
为保证安全揭穿B2煤层，已实施完毕区域防突治理措施。揭煤工作面施工至距B2煤层顶板法距7.0m处停头，区域防突措施采用“顶板抽采巷”施工穿层钻孔预抽煤层瓦斯，预抽区域内瓦斯抽采率达48.56%，符合《煤与瓦斯突出防治规定》，且区域措施效果检验指标均小于临界值。
2、支护方案及支护参数
支护方案；采用“超前撞楔+ U型钢+ 锚网+喷浆 ”支护替代原有的锚网喷支护。
支护参数：
（1）打撞楔：采用 ￠18 ×2000mm的全螺纹钢锚杆或2000mm长度废旧钢钎，作为撞楔。撞楔由后面第一架正规U型钢棚向前方打设，将前方煤体超前封实，撞楔打入巷顶、帮不得少于1m，撞楔之间排列间距0.2m。
掘进工作面顶部易发生抽冒，顶部轮廓线以上施工超前锚杆3-4根，采用￠18 ×2000mm的全螺纹钢锚杆，树脂药卷端头锚固700mm，锚杆间距3m。锚杆向工作面斜上方打设，将前方煤体超前封实，外露长度不大于50mm。
（2）架棚： U型钢规格为净宽 4200×净高 3200mm的成型 U25型钢 ，棚距为600mm。三段搭接，搭接长度为400mm，每个搭接点用两副卡缆固定，每个卡缆配直径16mm的螺丝两个，平、弹垫各2个，卡缆中～中为250mm；之后用钢筋网将帮顶背严背实至有劲。相邻钢筋网间必须采用12#铁丝绑扎牢固，且间距200mm。棚腿生根要到实底，腿窝200mm。架设好两架U型棚后，必须及时上紧拉杆，采用880mm×60mm×8mm（长×宽×厚）扁铁拉条，配合卡缆固定钢棚，每个卡缆配直径16mm的螺丝4个，平、弹垫各2个；将棚子连接成整体。
（3）锚网喷：为防止顶板煤脱落和片帮现象，U型钢后铺设金属网片 ，网片采用网格为 100 ×200mm的 6mm钢筋网及菱形网配合在一起的复合网，网全铺 ，每钩必联 ，网片后采用板皮、塘材背帮、顶并背紧背牢。然后在 U型钢空隙间、在网片表面沿巷道轮廓全断面打锚杆并预紧 ，所用锚杆采用 ￠18 ×2000mm的全螺纹钢锚杆 ，树脂药卷端头锚固 ，锚杆间排距为 700 ×700mm ，矩形布置 ，每架 U型钢空隙间打 1排锚杆，实现锚网与 U型钢双重支护 ，最后喷射混凝土与 U型钢表面平 ，砼标号为 C20号。
为保证 U型钢支护强度，防止 U型钢发生变形 ，在 U型钢棚腿下部紧接底板处打锚杆 ，用锚杆加U型卡紧压U型钢棚腿，。
3、施工工艺
揭煤段穿越B2煤托煤施工时其施工方法采用短段掘支单行作业方式，逐架进行，最大控顶距为700mm ，采用前探梁进行临时支护。施工工序为：交接班→开工准备→按要求打出掘进炮眼打设超前锚杆临时支护顶板和迎头装药连线放炮→敲帮问顶找掉活矸→找出巷道规格→用前探梁挑起U型钢梁并用板皮背顶做好顶部临时支护→找出柱窝位置、挖出柱窝→竖棚腿、上卡子，固定U型钢→按要求找正U型钢位置、上拉杆→铺网并联网→背帮顶固定牢固U型钢→在U型钢架棚间沿巷道轮廓全断面打锚杆并预紧→打设顶超前撞楔、喷射砼与U型钢表面平→打底角锚杆固定好U型钢腿→打帮超前撞楔。
4、效果分析
（1）通过锚网支护，首先对揭煤围岩实施主动承载，在锚网支护的作用下，在巷道围岩四周首先形成一个主动承载圈，有效控制了围岩的深度变形，使巷道围岩基本趋于稳定。在此基础上，通过U型钢支护实现被动承压，进一步控制围岩的过度变形。同时U型钢支护也是外围锚网支护变形到一定程度时促使围岩应力重新分布的直接使力体，使围岩应力作用到U型钢四周的力相对均匀，不至于因支护体的某一部位因过度受力而导致支护体失效。
（2）该支护方案在施工中采用了先U型钢后锚杆的施工顺序，在支护原理上又实现了先锚杆后U型钢的支护顺序。这种新的施工思路和支护思路在施工中有效的保证了巷道成形，防止了片帮、冒顶事故的发生，方便了锚杆施工的顺利进行和保证了锚杆支护效果，在实际支护中又能使锚杆的主动支护及时得以实现，实现主动支护和让压支护的目的。
（3）喷浆支护在该支护结构中不仅仅是封闭、补强的作用，其更主要的作用是增加了U型钢相互之间的连接，起到了“撑杆”的作用，使所有U型钢形成了一个整体支护结构，从而也防止了U型钢因受力不均而造成的扭曲变形现象。
5、应用效果
（1）通过应用后的巷道变形情况观测，巷道至今无明显的变形，，能够满足巷道的使用要求。实践证明，该支护技术在中厚煤层的托顶煤施工中具有较好的支护效果，能够满足揭煤巷道的穿层施工支护要求。
（2）同等条件下该支护技术较之于以往采用的U型钢支护相比，其1次性支护费用有所增加，但要达到满足使用要求，其整体费用明显降低。采用该技术支护后的巷道基本不用维修，而采用其它支护方式要想满足使用必须维修2次甚至更多，这势必增加了整体的施工费用。该支护1次性施工总费用为2800元/ m左右，而单一的U型钢支护1次施工费用在2100元/ m左右，年返修1次需增加施工费用1800元/ m左右，综合计算每米巷道年节省施工费用为1100元/ m。按年应用巷道300m计算，年创经济效益可达33万元。
作者简介
孙峰（1975～），男，山东省泰安市人，2009年7月毕业于山东科技大学，助理工程师。现在安徽金黄庄矿业有限公司生产技术部负责技术管理工作。
[关键词]石门揭煤 复合支护 安全 经济
中图分类号：TD713.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）28-0281-01
0、前言
石门揭煤过程中，随着掘进工作面不断接进煤层，集中应力区的作用越来越明显。在井巷实际施工过程中呈现顶板破碎，煤岩离层严重等现象。造成顶板支护困难，巷道成形差，工程进度缓慢，并且冒漏顶及大量的瓦斯涌出时有发生，严重时还可能造成垮棚及煤与瓦斯突出，给巷道施工带来安全威胁。
在以往的揭煤穿层巷道的托顶煤施工期间，通常采取2种支护方案：锚网喷支护或者U型钢支护。采用单一的锚网喷支护，由于锚杆长度的限制，支护厚度不能达到足够的、稳定的范围，支护后不长时间内就会因为巷道的整体收缩而造成断面不足、支护失效。采用单一的U型钢支护则会因为支护强度的不足 ，尤其是在高地应力地区托顶煤施工中 ，U型钢在支护后不久会发生强烈变形、扭曲甚至断裂，从而造成支护失效。造成巷道1次或多次返修，严重影响矿井的安全生产。
金黄庄煤矿安全生产技术部门经过多次技术研讨分析，结合现场生产实际，提出了“超前撞楔+ U型钢+ 锚网+喷浆 ”支护措施，通过锚网支护使围岩及时形成稳定的支护承载圈，实现主动承载 ，并保证支护围岩体的稳定性和整体性；通过U型钢支护对外围的锚网支护体再次支护、加固 ，调整外围锚网支护的应力重新分布，使U型钢支护体上的受力均匀分布 ，控制围岩进一步变形，用喷浆支护封闭围岩，增强U型钢整体性、连接性、稳定性从而提高U型钢的受力强度。该支护手段可以有效地控制围岩变形和煤层脱落及冒顶事故的发生。在金黄庄首采区3个区段石门揭煤的掘进施工中进行了试验应用 ，取得了良好的支护效果。
1、工程概况
金黄庄煤矿后一采区第二中部车场（-717m）石门，巷道断面为半圆拱，采用锚网喷支护，巷道断面规格为B×H =4.0m×3.5m，墙高1.5m。在石门至B2煤层法距23m、10m对B2煤层进行探查，煤层赋存正常，倾角为8～19°，平均11.4°，煤层厚度为2.5m，煤层鉴定指标表明有一定突出危险性。
为保证安全揭穿B2煤层，已实施完毕区域防突治理措施。揭煤工作面施工至距B2煤层顶板法距7.0m处停头，区域防突措施采用“顶板抽采巷”施工穿层钻孔预抽煤层瓦斯，预抽区域内瓦斯抽采率达48.56%，符合《煤与瓦斯突出防治规定》，且区域措施效果检验指标均小于临界值。
2、支护方案及支护参数
支护方案；采用“超前撞楔+ U型钢+ 锚网+喷浆 ”支护替代原有的锚网喷支护。
支护参数：
（1）打撞楔：采用 ￠18 ×2000mm的全螺纹钢锚杆或2000mm长度废旧钢钎，作为撞楔。撞楔由后面第一架正规U型钢棚向前方打设，将前方煤体超前封实，撞楔打入巷顶、帮不得少于1m，撞楔之间排列间距0.2m。
掘进工作面顶部易发生抽冒，顶部轮廓线以上施工超前锚杆3-4根，采用￠18 ×2000mm的全螺纹钢锚杆，树脂药卷端头锚固700mm，锚杆间距3m。锚杆向工作面斜上方打设，将前方煤体超前封实，外露长度不大于50mm。
（2）架棚： U型钢规格为净宽 4200×净高 3200mm的成型 U25型钢 ，棚距为600mm。三段搭接，搭接长度为400mm，每个搭接点用两副卡缆固定，每个卡缆配直径16mm的螺丝两个，平、弹垫各2个，卡缆中～中为250mm；之后用钢筋网将帮顶背严背实至有劲。相邻钢筋网间必须采用12#铁丝绑扎牢固，且间距200mm。棚腿生根要到实底，腿窝200mm。架设好两架U型棚后，必须及时上紧拉杆，采用880mm×60mm×8mm（长×宽×厚）扁铁拉条，配合卡缆固定钢棚，每个卡缆配直径16mm的螺丝4个，平、弹垫各2个；将棚子连接成整体。
（3）锚网喷：为防止顶板煤脱落和片帮现象，U型钢后铺设金属网片 ，网片采用网格为 100 ×200mm的 6mm钢筋网及菱形网配合在一起的复合网，网全铺 ，每钩必联 ，网片后采用板皮、塘材背帮、顶并背紧背牢。然后在 U型钢空隙间、在网片表面沿巷道轮廓全断面打锚杆并预紧 ，所用锚杆采用 ￠18 ×2000mm的全螺纹钢锚杆 ，树脂药卷端头锚固 ，锚杆间排距为 700 ×700mm ，矩形布置 ，每架 U型钢空隙间打 1排锚杆，实现锚网与 U型钢双重支护 ，最后喷射混凝土与 U型钢表面平 ，砼标号为 C20号。
为保证 U型钢支护强度，防止 U型钢发生变形 ，在 U型钢棚腿下部紧接底板处打锚杆 ，用锚杆加U型卡紧压U型钢棚腿，。
3、施工工艺
揭煤段穿越B2煤托煤施工时其施工方法采用短段掘支单行作业方式，逐架进行，最大控顶距为700mm ，采用前探梁进行临时支护。施工工序为：交接班→开工准备→按要求打出掘进炮眼打设超前锚杆临时支护顶板和迎头装药连线放炮→敲帮问顶找掉活矸→找出巷道规格→用前探梁挑起U型钢梁并用板皮背顶做好顶部临时支护→找出柱窝位置、挖出柱窝→竖棚腿、上卡子，固定U型钢→按要求找正U型钢位置、上拉杆→铺网并联网→背帮顶固定牢固U型钢→在U型钢架棚间沿巷道轮廓全断面打锚杆并预紧→打设顶超前撞楔、喷射砼与U型钢表面平→打底角锚杆固定好U型钢腿→打帮超前撞楔。
4、效果分析
（1）通过锚网支护，首先对揭煤围岩实施主动承载，在锚网支护的作用下，在巷道围岩四周首先形成一个主动承载圈，有效控制了围岩的深度变形，使巷道围岩基本趋于稳定。在此基础上，通过U型钢支护实现被动承压，进一步控制围岩的过度变形。同时U型钢支护也是外围锚网支护变形到一定程度时促使围岩应力重新分布的直接使力体，使围岩应力作用到U型钢四周的力相对均匀，不至于因支护体的某一部位因过度受力而导致支护体失效。
（2）该支护方案在施工中采用了先U型钢后锚杆的施工顺序，在支护原理上又实现了先锚杆后U型钢的支护顺序。这种新的施工思路和支护思路在施工中有效的保证了巷道成形，防止了片帮、冒顶事故的发生，方便了锚杆施工的顺利进行和保证了锚杆支护效果，在实际支护中又能使锚杆的主动支护及时得以实现，实现主动支护和让压支护的目的。
（3）喷浆支护在该支护结构中不仅仅是封闭、补强的作用，其更主要的作用是增加了U型钢相互之间的连接，起到了“撑杆”的作用，使所有U型钢形成了一个整体支护结构，从而也防止了U型钢因受力不均而造成的扭曲变形现象。
5、应用效果
（1）通过应用后的巷道变形情况观测，巷道至今无明显的变形，，能够满足巷道的使用要求。实践证明，该支护技术在中厚煤层的托顶煤施工中具有较好的支护效果，能够满足揭煤巷道的穿层施工支护要求。
（2）同等条件下该支护技术较之于以往采用的U型钢支护相比，其1次性支护费用有所增加，但要达到满足使用要求，其整体费用明显降低。采用该技术支护后的巷道基本不用维修，而采用其它支护方式要想满足使用必须维修2次甚至更多，这势必增加了整体的施工费用。该支护1次性施工总费用为2800元/ m左右，而单一的U型钢支护1次施工费用在2100元/ m左右，年返修1次需增加施工费用1800元/ m左右，综合计算每米巷道年节省施工费用为1100元/ m。按年应用巷道300m计算，年创经济效益可达33万元。
作者简介
孙峰（1975～），男，山东省泰安市人，2009年7月毕业于山东科技大学，助理工程师。现在安徽金黄庄矿业有限公司生产技术部负责技术管理工作。