【文章內(nèi)容簡介】 用工字鋼梯形支架及 U2 U29 拱性可伸縮支架，由于底板松軟，支架往往插底，因此，采用這幾種支架均未出現(xiàn)嚴(yán)重變形現(xiàn)象，巷道在服務(wù)期間均能保證足夠的穩(wěn)定性。但是，在材料道中采用 U2 U29 拱性可伸縮支架，由于圍巖變形量大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 U2 U29 拱性支架的可縮量，加之 U 型鋼拱形支架不能抑制嚴(yán)重的底鼓，因此，松軟圍巖的材料道中使用 U2 U29 拱性可伸縮支架的效果不佳，支架的變形折損也相當(dāng)嚴(yán)重，巷道臥底量大，維護(hù)困難。 U29 方環(huán)形支架進(jìn)行了封底，支架整體穩(wěn)定性好，承載能力高（均布載荷時的承載能力是拱形支架的 倍），力學(xué)性能好。在使用過程中，既能有效地抑制底鼓（減少 20%左右的底鼓量），又能使中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 13 頁 支架不出現(xiàn)折損，巷道不需要臥底和維修。實(shí)踐證明，在底鼓嚴(yán)重的松軟圍巖材料道中使用 U29 方環(huán)形支架比采用其它支護(hù)方式經(jīng)濟(jì)效益顯著。 采高對巷道維護(hù)費(fèi)的影響 煤層采高對巷道維護(hù)的影響主要表現(xiàn)在以下方面： 其一，在頂?shù)装鍘r性及其它條件一定的情況下，煤層月薄，巷道的變形量越小。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因有三個。一是采高越小，采動引起的支承 壓力峰值分布范圍越小。二是采高越小，煤柱的塑性區(qū)寬度也越小，圍巖的塑性變形及流變性也減小，煤柱的支承能力加大。根據(jù)《無煤柱護(hù)巷的礦壓顯現(xiàn)》一書的研究結(jié)果，煤柱的塑性區(qū)寬度與煤層開采高度之間呈正比關(guān)系。三是煤層通常較其它巖石的穩(wěn)定性差，因此，煤層越薄，相應(yīng)地使巷道圍巖的整體穩(wěn)定性提高。巷道變形量隨采高減小而減小的規(guī)律也為不少實(shí)例所證實(shí)。 其二，煤層越薄，巷道兩幫巖石所占比例越大。如果對這類半煤半巖巷進(jìn)行翻修，則花費(fèi)的人工費(fèi)比兩幫全是煤的巷道更大，翻修費(fèi)也越多。 巷道形式或用途對巷道維護(hù)費(fèi)用的影響 綜放沿空巷道 綜采放頂煤是厚煤層開采實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的主導(dǎo)技術(shù)，帶來了巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，近年來在我國得到迅速發(fā)展，隨著綜放技術(shù)的發(fā)展和采深的加大，綜放兩巷采用沿采空區(qū)布置其巷道極難維護(hù)，成為制約該技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的難題。而 條帶運(yùn)輸平巷和條帶軌道平巷都是回采工作面運(yùn)輸、通風(fēng)、行人的重要通道，必須處于良好的維護(hù)狀況才能保證礦井安全生產(chǎn)的正常進(jìn)行。綜放回采條帶巷道在實(shí)體煤中， 常采用型鋼架棚支護(hù)，由于架棚支護(hù)屬于被動支護(hù)，支護(hù)阻力小，受采動影響后巷道變形量大，維護(hù)困難。 為了使條帶巷道處于良好的維護(hù)狀況，大多 數(shù)礦井在本條帶與上條帶工作面之間往往采用留設(shè) 1025m 大煤柱的方法來保證本條帶工作面回風(fēng)巷的穩(wěn)定，這不僅增加了煤炭資源的浪費(fèi)，而且目前已發(fā)現(xiàn)即使是 1025m 煤柱護(hù)巷，也難于使巷道保證安全生產(chǎn)。為降低巷道支護(hù)、維護(hù)成本，減少煤炭損失，保證巷道處于良好的維護(hù)狀況，對于這類巷道，采用沿空留窄煤柱護(hù)巷、錨桿支護(hù)是行之有效的辦法。 理論研究與實(shí)踐表明，錨桿支護(hù)會改變圍巖的力學(xué)特性，提高其承載能力．采用錨桿支護(hù)亦能在綜放工作面實(shí)現(xiàn)窄煤柱護(hù)巷，且圍巖穩(wěn)定性明顯好于采用大煤柱護(hù)巷傳統(tǒng)支護(hù)的巷道?；幢钡V業(yè)集團(tuán)石臺煤礦在 2319 下風(fēng)巷設(shè)計上幫采用工字鋼點(diǎn)柱支護(hù)，頂及下幫采用錨梁網(wǎng)組合支護(hù)方式。點(diǎn)柱采用 11礦用工字鋼，長度大于上幫高度 300mm，點(diǎn)柱按與水平成 80176。角布置，允許正 0~5176。，間距 800mm，正負(fù)偏差 50mm，上端打入頂板巖石深度 50mm，且用木楔接牢。柱窩深 不小于 200mm，無法打入實(shí)底的要穿鞋，同時用芭片、搪材或竹背板把幫腰背嚴(yán)實(shí)，防止竄矸。巷道頂板采用長度為1800~2022mm 的錨桿，錨桿間距為 800~900mm，排距 800~900mm，錨桿直徑為 18mm，中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 14 頁 采用高強(qiáng)度錨桿配樹脂錨固劑加長錨固。錨固長度不小于 1000mm，用 K2335 和 Z2350個一卷，初錨力不小于 15kN，錨固力大于 100kN。頂板破碎帶應(yīng)采用錨、梁、網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)。下幫采用 Φ161600mm的高強(qiáng)錨桿，間距 800~900mm，排距 800~900mm，使用樹脂錨固劑端頭錨固， Z2370 藥卷一支，另外附加鋼筋梯子梁、塑料網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，初錨力不小于 15kN，錨固力不小于 30kN。 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析： （ 1）提高巷道支護(hù)效果，有利于安全生產(chǎn)。錨桿支護(hù)為主動支護(hù)，能有效地控制圍巖的變形，變載荷為承載體，通過組合，懸吊，強(qiáng)化作用來組合強(qiáng)化圍巖；留窄小煤柱，能使巷道處于降壓區(qū)，使巷道頂板下沉量小，穩(wěn)定性高，支護(hù)效果好，修復(fù)量小，從而減少因改棚帶來的安全隱患。 （ 2）節(jié)約材料，降低成本，增加資源回收。采用錨桿支護(hù)，不僅能節(jié)約大量的工字鋼，特別是準(zhǔn)備巷道中工字鋼占用量更大，而且還可以減少坑木和小材料的消 耗，按工字鋼復(fù)用四次計算，工字鋼棚 360 元 /m，錨桿配點(diǎn)柱支護(hù) 280 元 /m，點(diǎn)柱可回收使用，每米可節(jié)約近 100 元?？紤]運(yùn)輸、加工、回收、損失率等因素，綜合單價每米節(jié)約還要更多；同時點(diǎn)柱的使用也可以解決工字鋼短期內(nèi)積壓的問題，盤活資金，窄煤柱的確定，同以前相比更增加了煤炭資源的回收，能創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。 （ 3）降低勞動強(qiáng)度，提高斷面利用率。錨桿支護(hù)質(zhì)量輕，易操作，運(yùn)輸量小，尤其在回采工作面的安裝和兩巷管理，操作簡單，降低工人的勞動強(qiáng)度。另外，錨桿支護(hù)巷道斷面的利用率比架棚支護(hù)斷面的利用率高。 回采巷道 回采巷道由于設(shè)備集中，其支護(hù)形式的選擇關(guān)系到巷道的支護(hù)效果，影響到工作面的正常生產(chǎn)。 新莊煤礦 11031 工作面為綜采工作面 (見圖 ) ,煤厚 ～ ,平均厚 218m。11031 機(jī)巷埋深 225～ 246m ,煤層傾角 615176。,巷道基本沿走向掘進(jìn) ,局部存在偽頂 ,偽頂厚度 ～ ,較易破碎和脫落 ,直接頂為砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)砂巖 ,厚度約 310m 左右 ,層理發(fā)育 ,老頂為細(xì)砂巖或粉細(xì)砂巖 ,底板巖性為砂質(zhì)泥巖 ,頂板強(qiáng)度 38MPa ,煤層強(qiáng)度 19MPa ,底板巖層強(qiáng)度 45MPa 。該巷道北部 20m 有 11051 工作而已經(jīng)開采 ,因此受 11051 采面采動影響 ,11031 機(jī)巷沿煤層掘進(jìn) , 與 11051 風(fēng)巷平行 , 平均高度 219m , 寬度 316m。該巷道總長 650m ,試驗(yàn)巷道選在該巷道的東 170m區(qū)段內(nèi) ,分 A、 D 兩段不同支護(hù)方式進(jìn)行觀測試驗(yàn)。每段長 50m ,中間間隔 20m ,其中 A 段為水泥藥卷端頭錨固加鋼筋梯支護(hù) ,B 段為工字鋼棚支護(hù) ,如圖 、圖 所示。 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 15 頁 圖 11031工作面平面示意圖 圖 A 段錨梁支護(hù)示意圖 圖 B 段架棚支護(hù)示意 圖 （ 1） A 段錨梁支護(hù)結(jié)構(gòu)形式及參數(shù) 頂板支護(hù) :采用鋼筋梯加兩個水泥藥卷端頭錨固組合支護(hù)。鋼筋梯采用直徑 14mm 的鋼筋加工而成 ,長 3400mm ,寬 70mm ,如圖 . 所示。 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 16 頁 圖 鋼筋梯示意圖 錨桿形式與規(guī)格 : 頂板錨桿采用 16mm 1600mm ,傾斜錨桿采用 16mm 2022mm。幫錨桿采用 16mm 1600mm。 錨固方式 :頂板采用兩個直徑 38mm 長 300mm的水泥藥卷 ,分次安裝 ,端頭錨固 ,巷幫錨桿安裝一個藥卷。 托盤規(guī)格 :采用鑄鐵托盤 (直徑 厚度 )Φ120mm15mm。 錨桿布置形式 :頂板間距 700mm ,排距 700mm ,每排 5 根。每幫各安裝上、下兩排直徑 16mm 1600mm 錨桿 ,三花布置加 100mm 800mm 40mm(寬 長 厚 ) 木托板 ,如圖 所示 : （ 1） （ 2） 圖 錨桿布置方式 （ 1）頂板布置方式；（ 2）幫錨桿布置方式 （ 2） B 區(qū)段架工字鋼棚支護(hù)采用 11 號礦用工字鋼 ,梯形棚 ,背小板支護(hù) ,密度 015 ,棚距 70mm ,如圖 。 （ 3） 礦壓觀測結(jié)果及分析 觀測數(shù)據(jù)見表 。 表 11031 機(jī)巷表面位移觀測結(jié)果 實(shí)驗(yàn)段 項(xiàng)目 掘進(jìn)階段 穩(wěn)定階段 回采階段 合計 頂?shù)装? 兩幫 頂?shù)装? 兩幫 頂?shù)装? 兩幫 頂?shù)装? 兩幫 A 區(qū) 段 相對移近量/mm 100 85 120 145 151 193 371 423 相對移近速度/(mm/d) 10 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 17 頁 相對移近率 /% B 區(qū) 段 相對移近量/mm 221 202 67 77 316 503 604 782 相對移近速度/(mm/d) 相對移近率 /% 由上述數(shù)據(jù)可知 :錨桿支護(hù)巷道頂、底板相對移近量比工字鋼支護(hù)巷道 B 段少 ,頂、底板移近量是工字鋼支護(hù)的 % ,由此說明錨桿支護(hù)形式在控制頂板變形和破壞方面優(yōu)于工字鋼棚支護(hù)。錨桿支護(hù)是一種主動支護(hù)形式 ,錨桿和鋼筋梯的組合支護(hù)增強(qiáng)了頂、底板板巖性的穩(wěn)定性和完整性 ,不像架棚支護(hù)那樣容易造成頂板巖層破壞 ,鋼筋梯在組合錨桿支護(hù)中也起著重要作用 ,它不僅可以改善頂板錨桿受力分布 ,使之受力平衡而且能提高矩形巷道層狀頂板錨桿組合巖梁承受彎曲拉力的能力 ,維護(hù)和保持頂板的完整性。 （ 4） 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析 錨桿支護(hù)在回采巷道中的應(yīng)用在新莊礦取得了初步成功 ,通過該次實(shí)驗(yàn) ,更進(jìn)一步說明錨桿支護(hù)能夠有效地支護(hù)頂板巖層 ,控制圍巖變形或破壞 ,變被動支護(hù)為主動支護(hù) ,從巷道圍巖變形和支護(hù)狀態(tài)看 ,其支護(hù)效果明顯優(yōu)于工字鋼支護(hù) ,與工字鋼支護(hù)相比 ,明顯地改變了安全生產(chǎn)環(huán)境 ,為運(yùn)輸、通風(fēng)和行人創(chuàng)造了良好的條件 ,減少了支護(hù)材料運(yùn)輸環(huán)節(jié)、運(yùn)輸量及消耗量 ,大大減輕了工人繁重的體力勞動。 與工字鋼支護(hù)相比 ,回采巷道采用錨桿支護(hù)不僅有明顯的技術(shù)效果 ,而且有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。通過對試驗(yàn)巷道的 A、 B 兩段作統(tǒng)計表明 :錨桿支護(hù)和工字鋼支護(hù)初次成巷費(fèi)用分別為 211元 /m 和 1056元 /m ,錨桿支護(hù)比工字鋼支護(hù)降低了 80 %?？紤]到工字鋼支架可回收復(fù)用 ,按復(fù)用率為 10 %遞減計算 ,工字鋼復(fù)用兩次、復(fù)用三次的成巷費(fèi)用為 516元 /m ,錨桿支護(hù)每米巷道仍比工字鋼支護(hù)節(jié)約 ,降低 %。 5 錨桿支護(hù)和架棚支護(hù)的使用條件 雖然錨桿支護(hù)施工簡單，技術(shù)成熟，經(jīng)濟(jì)效益明顯，已成為井巷工程的主要支護(hù)形式，但并非任何條件下都適用，在下列條件下，不宜使用錨桿支護(hù)： ①圍巖條件差，如主要由頁巖、泥巖組成； ②受采動影響嚴(yán)重的巷道； ③由于錨桿作用范圍淺，當(dāng)錨桿和巖層形成的組合梁不能達(dá)到支護(hù)平衡要求。 金屬支架在我國多使用在采準(zhǔn)巷道和圍巖變形量較大的巷道，例如受采動影響的巷道、軟巖巷道、深井巷道等。這些巷道礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈而復(fù)雜，特別是受到采動影響時支架承受的載荷及載荷分布均在不斷變化，支架構(gòu)件要承受拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)等多種變形，這些都給巷道支護(hù)帶來了復(fù)雜性。此外，采區(qū)巷道服務(wù)時間短，少則幾個月，多則幾年，支架架設(shè)、回拆比較頻繁，支架材料也要能適應(yīng)這些要求。 6 結(jié)論 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 18 頁 錨桿支護(hù)與傳統(tǒng)的架棚支護(hù)相比，具有顯著的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。主要表現(xiàn)在：錨桿支護(hù)可充分利用圍巖的自承能力將載荷體變?yōu)槌休d體；一般架棚支護(hù)屬于 “被動 ”支護(hù)，基本不具有初阻力，只是在圍巖變形后，隨著圍巖變形的增加，支架支護(hù)阻力隨之增加，而通常使用的錨桿支護(hù)屬于 “主動 ”支護(hù)，在錨桿安裝之后，錨桿即對圍巖提供軸向或橫向的支護(hù)阻力，且隨著圍巖變形的增加支護(hù)阻力不斷增加；與架棚支護(hù)相比，錨桿支護(hù)更有利于改善巷道的維護(hù)狀況，保持巷道圍巖的長期穩(wěn)定，在相同的地質(zhì)條件下，錨桿支護(hù)的巷道圍巖變形量通常比架棚支護(hù)的巷道減少一半以上；錨桿支護(hù)還可以節(jié)約大量鋼材，減少支護(hù)材料的運(yùn)輸和裝卸工作量，減少工人的勞動強(qiáng)度和改善作業(yè)環(huán)境；由于錨桿支護(hù)巷道圍巖穩(wěn)定性好，巷道維護(hù)期間基本不 需要維修，因而能保證兩道和開切眼的暢通，為回采工作面快速推進(jìn)和高產(chǎn)高效低成本生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件；錨桿支護(hù)巷道施工簡單，機(jī)械化程度高，可大幅度降低巷道支護(hù)成本，提高掘進(jìn)速度和生產(chǎn)效率。 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 19 頁 參考文獻(xiàn) 1 侯朝炯等 .巷道金屬支架 .北京：煤炭工業(yè)出版社， 1989. 2 侯朝炯，郭勵生，勾攀峰 .煤巷錨桿支護(hù) .徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社， 1999. 3 李志宏 .徐州礦區(qū)回采巷道維護(hù)費(fèi)用的研究： [碩士論文 ]，徐州：中國礦業(yè)大學(xué)， 1986. 4 沈榮喜，劉長武，郭永峰，張連峰 .拱形可伸縮性金屬支架在修復(fù)巷道中的應(yīng)用 .礦山壓力與頂板管理， 2022， 20（ 4）： 9— 10. 5 趙興東，張永彬 .淺談錨桿支護(hù)存在的幾個問題 . 礦山壓力與頂板管理， 2022，20（ 2）： 47— 49. 6 李新德，郭家標(biāo) .錨桿支護(hù)在三軟沿空巷中的應(yīng)用 . 礦山壓力與頂板管理， 2022，18（ 4）： 40— 42. 7 李萬江 .軟巖巷道支護(hù)技術(shù)探討 . 礦山壓力與頂板管理， 2022， 18（ 4）： 16—19. 8 徐春常，