一种新型矿用防片冒材料的推广与应用

◎彭超子

石壕煤矿目前多为二分层工作面，区域整体为单斜构造，煤岩层走向近南北向，倾向东，倾角平均10°。区内无大的断层构造存在，但掘进施工中可能受小的断层构造影响。采空区内受采动影响，一分层煤层顶板已破碎垮落，形成再生顶板，再生顶板胶结不实，易垮落。采空区间煤柱受采动影响，顶板岩层较破碎，且煤柱多为应力集中区，对巷道掘进施工影响较大，巷道易变形。

一、矿井施工背景

12182 上巷里段改造巷掘进及失修巷道扩修以挑顶刷帮为主，采用手镐配合风镐方式落渣，每次进入施工地点都要检查巷道加固情况，随时注意顶板与两帮及正头煤（渣）的情况，防止正头煤片帮，顶帮打设木质板皮进行防护，防止掉渣伤人。施工人员必须在安全位置施工，严禁空顶作业，对顶板要加强支护，对空帮、碎顶处，及时打设板皮。但是二分层工作面顶板多为破碎严重，局部有大石头，使用木质穿皮一方面浪费严重，另一方面支护强度低，易折断，无法有效防护顶板。于是研制一种新型防片冒材料铁穿皮。

二、一种矿用矿用防片冒材料的加工及设计

矿用铁穿皮采用废旧工字钢截割而成，长×宽=1500mm×100mm，每根1500mm 工字钢可截割成3 块铁穿皮。头部截割为三角尖头便于穿入顶板塌冒区，尾部截割一个φ50 圆孔，架棚支护后未压死的铁板皮可以利用倒链将其拉出，便于回收，重复利用。

附图：铁穿皮加工

附图：铁穿皮加工

二、现场施工方案对比分析

方案一：计划掘进施工长度100m，地质条件复杂，巷道围岩破碎严重，经常性出现片冒现象，巷道施工需打设超前木质穿皮支护。对于常规普通片冒强度，顶板松软，木质穿皮支护强度可满足巷帮及顶板支撑力，且能达到较好的支护效果。但对于顶板及两侧为高应力岩层、大矸石块等，若采用木质穿皮支护，穿皮支撑压力也相应增大，因木质穿皮支护强度低，将会在短时间内出现压弯，断裂等破坏现象，难以达到较好的支护效果。若100m巷道施工全部采用木质穿皮，棚距按0.65m，每棚使用8 块，每块板皮16 元，共计使用1230 块，材料费约20000 万元。

优点：质量轻便，施工简单，针对顶帮为松软煤层的支护效果良好。

缺点：支护成本高，支护强度低，且无法回收复用。

方案二：计划掘进施工长度100m，地质条件复杂，巷道围岩破碎严重，经常性出现片冒现象，巷道施工需打设超前铁质穿皮支护。对于常规普通片冒强度，顶板松软，铁质穿皮支护强度完全可满足巷帮及顶板支撑力，且能达到较好的支护效果。对于顶板及两侧为高应力岩层、大矸石块等，采用铁质穿皮支护，铁穿皮支撑压力也相应增大，但在短时间内不会出现压弯，断裂等破坏现象，支护效果较好。若100m 巷道施工全部采用铁质穿皮，回收率按60%，棚距按0.65m，每棚使用8 块，每块铁质板皮0 元，共计投入使用500 块，材料费为0 元。

优点：零成本，施工简单，针对各类巷道均有较好的支护效果，且可以回收复用。

缺点：质量较木质穿皮大，单人操作不便。

从以上对比分析可以看出：围岩破碎严重巷道掘进扩修施工100m，采用铁质穿皮支护巷道每米综合费用比木质穿皮支护费用可节约20000 元，经济效益明显。

由此可见，传统采用的是木质穿皮支护，虽然初期施工强度较低，但由于巷道破碎严重，支护强度较低，后期需要投入大量人工和材料进行巷修维护，在使用周期内预计巷修次数达三次，维修成本约为10000 元/m，且位于应力集中区，安全状况差。

采用铁质穿皮支护，虽然前期施工强度投入较高，但该种材料设计合理，抗压性能好，支护强度高，后期只需投入少量人工和材料费用进行简单维护，维护成本仅为300 元/m，就可满足正常生产需要，支护效果好。且巷道状况稳定的情况下可便于回收，二次利用。

根据现场施工情况证明，应用效果良好，能够充分保证通风、运输及行人断面，保证机轨合一，使安全生产状况和作业环境得到大大改善，有效地延长了巷道使用年限，解决了以往工作面贯通后修护工程量大的问题，减少了二次修护材料投入。

三、结语

根据以往经验，采用架棚支护的巷道，过老巷及采空区期间顶板破碎严重，经常性出现塌冒现象，木制板皮无法满足防片冒的情况下多采用现场附近寻找钢制材料，浪费人力、时间、材料，同时可能会错过最佳防护时机，造成巷道塌冒，影响施工安全（人员伤亡和设备损坏）。如果在掘进施工前备用一部分铁穿皮，如果出现特殊塌冒情况，即可随取随用，也可保证支护强度，该材料本身采用废旧工字钢加工而成，不占材料费，同时还可以回收一部分铁穿皮，重复利用，经济效益明显。