仇振泉 骆振奎 张经龙

（1.济宁能源发展集团有限公司，山东 济宁 272000；2.汶上义桥煤矿有限责任公司，山东 汶上 272500）

基于中等冲击地压危险的掘进巷道采用强抗变形和护表能力的主动支护方式以外，还应当采用受冲击后仍有安全空间的加强支护方式的要求，汶上义桥煤矿有限责任公司通过在中等冲击地压危险的掘进巷道内架设U25 型钢棚，经过实践观测，相较于未架设钢棚加强支护的巷道，架棚区段顶板离层量显著减小，顶部围岩得到了有效控制。

1 概况

3301 工作面胶带顺槽设计沿煤层底板托顶煤掘进，煤层倾角8°～18°，平均13°。开采煤层为3 煤层，煤层厚度3.7～4.6 m，平均4.2 m。经鉴定3煤层具有弱冲击倾向性，3 煤层顶板具有强冲击倾向性，3 煤层底板无冲击倾向性。3301 工作面胶带顺槽掘进期间受断层、巷道拐角等影响的区域为中等冲击危险区域，其他区域为弱冲击危险区域。

1.1 巷道断面

巷道规格为矩形，净宽度4300 mm，净高度3500 mm，净断面15.05 m2；荒宽4500 mm，荒高3600 mm，荒断面16.2 m2。煤层厚度不大于4 m 时，沿煤层顶、底板掘进；煤层厚度大于4 m 时，沿煤层底板托顶煤掘进。

1.2 支设设计

3301 工作面胶带顺槽支护设计采用中等以上安全系数，锚杆选用Φ22 mm、长2400 mm、屈服强度500 MPa 的MSGLW-500/Φ22 mm×2400 mm 型无纵肋螺纹钢。每根锚杆按顺序分别安设托盘、平垫、让压控件、平垫、减摩垫圈和螺母，加长锚固，锚固力100 kN，预紧力矩200 N·m，锚杆间、排距1000 mm×1000 mm。锚杆配合W 钢护板增加护表强度，顶帮W 形钢护板短边均平行于巷道中心线，W 形钢护板规格为5 mm×280 mm×450 mm。

顶部采用锚索+T 形钢带加强支护，T 形钢带 规 格140 mm×20 mm×3800 mm， 锚 索 规 格Φ21.8×6500 mm，型号SKP21.8-1×19/1860 MPa，延展率大于5%，锚索间排距1700 mm×2000 mm，紧跟迎头横向布置。锚杆、锚索支护如图1。

图1 锚杆、锚索支护示意图（单位：mm）

1.3 围岩监测

采用“十字布点”围岩变形观测和顶板离层观测两种形式对围岩进行监测。

顶板离层仪距工作面100 m 范围内的（断层、围岩破碎带150 m）每天测读一次；距迎头大于100 m 后（断层、围岩破碎带150 m），每七天测读一次；顶板离层仪总下沉量大于30 mm 时，每三天观测一次；总下沉量大于50 mm 时，每天观测一次，经分析后采取措施。

2 架设U25 型钢棚施工方案

中等冲击地压危险的厚煤层沿底托顶煤掘进区段，棚距5000 mm（误差±200 mm），沿顶底板掘进区段，棚距10 m（误差±200 mm）。棚梁、棚腿均采用25U 型钢加工，棚梁长度为4500 mm，上部棚腿长为2500 mm，下部棚腿长2700 mm。上棚腿上部焊接钢制U 型卡座，下棚腿底部焊制钢板作为底座，上下棚腿搭接不小于600 mm（即可缩空间）。当巷道应力达到一定强度，棚梁沿棚腿产生相对滑移，棚梁下缩从而缓和顶部压力，且能保证巷道留有一定安全空间。

2.1 架棚施工工艺

2.1.1 架棚流程

施工棚梁→架设棚腿→用手拉葫芦将上部棚腿吊起，使上部棚腿卡紧棚梁→人工竖起下部棚腿，使上下棚腿重合→用限位卡缆将上下棚腿紧实→调整棚腿位置，并结实棚梁→垫木托盘紧实棚腿→施工固定锚杆。

2.1.2 架棚施工工艺

（1）架棚前对顶板原支护锚杆、锚索、金属网等重新检查，对于锈蚀的金属网重新敷设一层金属网，与原网子连接好，联网间距不大于200 mm。不合格的锚杆、锚索重新补打。

（2）施工棚梁：根据中线、棚距先上棚梁，并在U 型钢棚梁孔内施工锚索。

（3）棚腿施工：上下棚腿根据巷道高度使用U 型钢限位卡缆连在一起。人工竖起棚腿，上部棚腿顶部U 型钢托盘卡住棚梁，棚腿固定位置在棚梁U 型钢托盘外侧。禁止人员在下方逗留或通过。

（4）调整棚腿的角度及尺寸必须达到设计要求后施工帮部锚杆，固定棚腿，使棚腿与棚梁牙口接口严密，棚腿固定锚杆里外均备帮帽。

2.2 架棚技术要求

（1）棚腿与棚梁之间夹角为90°。

（2）用木托盘、方木等将棚梁与巷道顶部结合密实。

（3）每架棚必须垂直于巷道中心线，无外扭、无迈步现象，棚梁左右两头距离≤50 mm。

（4）中线至任何一帮距离，误差≤100 mm。（5）棚梁与棚腿接口要严密合缝。

（6）两侧棚腿载到实底，并在下方垫木托盘缓压。

（7）棚梁接口错位＜5 mm，离合＜5 mm。

（8）每个棚腿搭接位置用2 个U 型钢限位卡缆固定，U 型钢限位卡缆间距为100 mm，每个限位卡缆螺母预紧力矩不小于200 N·m，限位卡缆中心距为300 mm。卡缆两侧各使用一道双股14#铁丝进行防崩固定，铁丝两端必须拉紧固定在锚网的十字花上，两端不低于3 扣。螺母丝头缠绕不低于2圈14#铁丝并拧紧进行防崩固定。

（9）棚腿采用Φ22 mm×2400 mm 的等强螺纹钢锚杆固定，两帮固定棚腿的锚杆分别打设在距底板1000 mm 和距顶板1300 mm 位置处，沿棚腿两边配合钢板固定，允许偏差±150 mm。棚梁中心预留锚索孔，采用Φ21.8 mm×5000 mm 的锚索固定，每排3 根，间距1800 mm。`

（10）钢棚所有固定螺栓全部上油防护。U25钢棚设计示意图如图2。

图2 U25 钢棚设计示意图

2.3 施工安全技术措施

（1）在施工区域前后20 m 外拉线警戒，警戒牌距底板1～1.5 m，严禁无关人员进入施工区域。经安全负责人同意，且确认安全后方可通行。架设棚梁时，在未固定牢固前，严禁任何人员从棚梁下方通行或逗留。

（2）架棚施工前对棚腿处风筒采取可靠的防护措施，严禁拆除风筒，确保迎头正常通风。

（3）架棚前，将带式输送机停电闭锁挂牌，严禁皮带运行期间在皮带里侧架棚施工。跨越皮带处设置过桥。

（4）严禁棚腿架设在浮煤矸上，棚腿立于巷道实底上。

（5）人工竖棚腿时，不少于2 人共同操作，扶好棚腿，稳抬稳放。

（6）梁腿接口处不吻合时，应调整梁腿倾斜度和方向，严禁在缝口处打入木楔。

（7）架棚时，必须由班长或副班长协调指挥，抬棚、扶棚人员相互配合，防止棚子倾倒砸人。

（8）拆除棚腿时，要安排专人观察棚腿歪斜情况，人员要选择合理站位，防止棚腿歪倒伤人。放倒棚腿时，要观察棚腿歪倒方向，保证歪倒方向上无人员、无其他设备等。

（9）顶梁不能直接接顶时，必须使用方木、木板、木楔等对钢棚进行接顶。接顶道木、木板等要均匀布置，确保钢梁整体受力均匀。接顶后必须使用不小于双股14#铁丝将其进行连接固定。

（10）在有淋水的地点架棚时，要在金属网上方铺设旧风筒布等，将淋水引导至帮部，减少对钢棚的影响。

（11）所有固定棚腿和棚梁的锚杆、锚索必须使用14#铁丝进行防崩固定，铁丝在锚杆丝头或锚杆帽、锚索头上缠绕不低于2 圈并拧紧，铁丝两端必须拉紧固定在锚网的十字花上，两端不低于3 扣。

3 应用效果分析

通过中等冲击危险区域沿底托顶煤架棚区段和弱冲击危险区域沿底托顶煤未架棚区段，选取两段地质条件相近、标高相近的两条巷道，对掘后10 d范围内的顶板离层和顶部变形观察对比分析，架棚区段围岩变形得到了较好的控制。

（1）通过现场观察，相较于未架棚区段，架棚区段顶部W 形钢护板变形较轻，网兜及托盘内陷数量大约是未架棚区段的35%。架棚对分散顶部应力、抵抗围岩变形、提高顶部整体性有重要作用。

（2）经过现场4 组顶板离层仪数值分析，相较于未架棚区段，架棚区段顶板下沉速度平缓。未架棚段在第7 d 下沉量变化趋缓，而架棚区段在第4 d 下沉量变化趋缓，掘后10 d 内架棚段顶板下沉量是未架棚段下沉量的42.5%。掘后10 d 内平均顶板离层分析图如图3。

图3 掘后10 d 内平均顶板离层分析图

（3）经过现场4 组“十字布点”围岩变形观测分析，未架棚段顶板最大移近量为45 mm，架棚段顶板最大移近量为23 mm。经分析棚梁与锚杆+W 型钢带、锚索+T 型钢带相互作用增加护表能力，有效抑制了顶板浅表围岩变形。

（4）在该区段顶部每间隔15 m 施工钻孔，探测顶板深部围岩离层情况，钻孔深6500 mm。经钻孔探查分析，掘后10 d 范围内，顶部深部围岩均未发生离层，顶部变形和下沉均是浅表围岩离层。

（5）锚索+棚梁形成主动护表承载，棚梁+棚腿形成被动护表承压，主动支护和被动支护相结合，浅表围岩离层、滑动得到有效抑制，避免围岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏，使围岩处于受压状态，顶板的完整性和整体强度得到保持，浅表围岩成为承载的主体，充分调动深部围岩的承载能力，改善围岩深部的应力状态分布，使更深层和更大范围的岩体共同承载，从而避免深部围岩离层。

4 结论

汶上义桥煤矿有限责任公司通过在冲击地压危险区域巷道架设U25 型钢棚，钢棚具备的主被动支护能力，给围岩提供反向压应力，与锚杆+W 形钢护板、锚索+T 形钢带形成的压应力区组合成骨架网状结构，主动支护顶部围岩，被动承载顶部围岩下沉，由抑制浅表围岩变形反作用加固深部围岩，保持顶板的完整性，提高了安全系数，该方案得到了广泛应用和推广。