工作面顶板破碎段架棚支护技术应用

发表时间：2020-04-02T05:33:01.465Z 来源：《防护工程》2019年22期 作者： 陶磊

[导读] 目前随着矿井开采深度的不断加深，地质因素已成为影响矿井“高产高效”的第一要素。淮河能源控股集团煤业公司张集煤矿 安徽淮南 232001

摘要：目前随着矿井开采深度的不断加深，地质因素已成为影响矿井“高产高效”的第一要素。特别是极为常见的顶板破碎问题，对安全及效率影响极大。煤矿生产中遇到的主要技术难题是顶板的控制管理，因为过顶板破碎带时，很容易发生冒顶事故，给安全生产带来严重威胁。结合我矿某工作面刷扩期间遇到的顶板破碎带问题，提出了新的架棚支护技术，取得良好的效果。 关键词：工作面；顶板破碎；架棚支护；技术

长期以来，在传统工作面刷扩施工中，顶板破碎段的帮顶管理、架头处冒顶片帮的处理及工作面架棚的安全管理都是施工中的难点，为此，我们在工作面刷扩施工时经过不断设计、实践，最终探索出了工作面顶板破碎段的架棚支护技术。不仅提高了顶板破碎段刷扩的施工效率，同时降低了顶板管理的安全风险。 1 概况

淮河能源控股集团张集煤矿某工作面走向长度1155m，倾斜长度215m，该面地质构造较复杂，轨顺揭露断层3条；运顺揭露断层6条；面内发育3条三维断层，总计12条。利用无线电波透视CT探测技术对本面进行了坑透，探测出4个地质异常区，都为断层影响区，其中对回采有影响的是1#、2#、3#地质异常区：1#坑透异常区，断层影响区，巷道揭露F1611A78断层，落差1.5-3.5m，区域内实测场强图低值异常，吸收系数图高值异常。异常区为构造发育，影响程度H<1/2煤厚，对回采影响较小；2#坑透异常区，断层影响区，轨顺揭露断层

F1611A12，运顺揭露断层F1611A76，落差1.4-1.7m，面内发育的两个三维地震断层F S614、FS615，落差1.0-3.0m，异常区为构造发育，区域内实测场强图较低值异常，吸收系数图高值异常。异常区为构造发育，影响程度H<1/2煤厚，对回采影响较大；3#坑透异常区，断层影响区，两巷道揭露多条断层，落差0.7-5.7m，区域内实测场强图低值异常，吸收系数图高值异常。 2 问题来源

当工作面顶板条件较差时，就需要对顶板进行架棚支护。多数工作面都存在架头前1～２m范围内的顶板较破碎，而靠近煤壁侧的1～２m的顶板较完好的现象。此时传统的工作面架4.5m或以上长度的工字钢棚就显得费时费力，不仅造成材料上的浪费，人工搬运长材时还存在安全隐患，

在传统的工作面拆除通道上出口抹角架棚施工中，长度约为8～9m的工字钢大棚的架设是制约安全生产的关键，搬运过程中必须多人同时进行，施工中效率较低且容易发生挤手碰脚的安全威胁，给施工带来较大的安全隐患。 3 架棚支护新工艺

3.1 工作面顶板破碎段架棚支护新工艺

架棚支护方案采用L=3m工字钢替代L=4.5m的11#矿用工字钢梁架棚。工字钢棚梁一端与架头搭接200mm～300mm，另一端支设单体棚腿，DZ-25/28型单体作腿棚，挖棚腿柱窝，之后用锚索固定在顶板上，每根工字钢梁不少于2根锚索。锚索规格为Φ22×6300mm。每2架假设5根工字钢梁，每棚距为700mm，误差为±100mm。工字钢棚架设完成后，在煤壁侧采用锚网支护加固顶板，钢带平行于工字钢梁。

图2 17246轨顺抹角架棚示意图 3 效果检验

3.1工作面顶板破碎段的架棚支护新工艺 3.1.1解放劳动力

根据以往经验，工作面架棚每茬至少需要5人（长工字钢较重，需要多人搬运及托举），现在每茬3～4人即可完成施工，较大程度解放了劳动力。

3.1.2提高了生产率

以往的工作面刷扩架棚，4.5m工字钢棚每茬每小班最多架2根，这还得建立在顶板不是非常破碎的情况下。采用新工艺之后，每茬每小班最多能架3根工字钢梁，使劳动效率大约提高25%。 3.1.3方便工作面内的运输

4.5m长的工字钢梁由于质量较重，人工搬运存在安全隐患，大多数采用工作面链板机打运。而3m长的工字钢梁质量不超过80kg，极大程度上方便了人工搬运，提高了运输效率。 3.1.4节省了材料费用

以每根工字钢节省长度1.5m计算，约节省费用160元，一个工作面最多可节省6.4万元工字钢材料费用。 3.2 轨顺上出口抹角架棚支护新工艺 3.2.1 提高副井的生产率

传统的抹角工字钢长度超过了副井打运材料的尺寸限制，必须按照下长材的方法进行打运，不仅效率较低，还影响了其他材料的运输。而使用新工艺之后，工字钢可用副井正常打运，不仅打运效率高，而且不会影响其他物料的运输。 3.2.2 方便了轨顺提料斜巷的打运

斜巷打运长材时，长度越长，车辆掉道的风险越大，给斜巷运输带来较大的安全风险。而使用短工字钢能够大大降低斜巷运输的风险。

3.2.3 方便人工搬运

传统的抹角架棚工字钢可达9m以上，人工搬运时需占用较多的劳动力，还存在挤手碰脚的安全隐患，尤其在顶板架棚时，更需要多人托举，安全隐患较大，使用短工字钢时，单个工字钢质量不超过120kg，能够极大程度上降低人工搬运及托举时的安全隐患。 4 效益分析

由于在施工中采用L=3m的11#矿用工字钢替代4.5m工字钢棚，在工字钢棚架设完成后，在煤壁侧顶板较好处采用锚网支护，提高了工作面顶板架棚施工的效率，加快了工作面面内运输的速度，解放了劳动生产力，同时也降低了生产成本，节省了材料费用，每个工作面最多可节省费用6.4万元工字钢材料费。

而在新的抹角架棚施工工艺中，采用的工字钢长度不大于4.5m，避免了使用副井打运长材的过程，提高了副井的生产力，同时在面内进行斜巷打运及人工搬运时也大大提高了工作效率，节省了劳动力，降低了安全风险。