三軟煤層巷道支護(hù)方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

谷宏江

摘要：近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展趨勢(shì)不斷加劇，煤礦業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)中的地位越來(lái)越重要，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)具有重要影響。在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，巷道支護(hù)方式的合理選擇，與煤礦的開(kāi)采量和開(kāi)采人員的生命安全有著直接聯(lián)系。本文就三軟煤層巷道的支護(hù)原理進(jìn)行概述，對(duì)常用的三種支護(hù)方式進(jìn)行分析，提出三軟煤層巷道支護(hù)方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以不斷提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：三軟煤層巷道 支護(hù)技術(shù) 優(yōu)化設(shè)計(jì) 錨網(wǎng)支護(hù)

現(xiàn)代化建設(shè)中，三軟煤層巷道支護(hù)是我國(guó)煤礦開(kāi)采向深部延伸和回采時(shí)，急需解決的支護(hù)難題，因此，必須根據(jù)實(shí)際需求選擇最合適的方式，以保證巷道的穩(wěn)定，防止安全事故發(fā)生。

1 三軟煤層巷道的支護(hù)原理

根據(jù)實(shí)際開(kāi)采情況來(lái)看，煤層巷道在掘進(jìn)和回采期間的支護(hù)是否穩(wěn)定，與巷道圍巖的強(qiáng)度、支護(hù)方式等有緊密聯(lián)系，由于我國(guó)30%以上的煤層圍巖是軟巖，因此，必須根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況和開(kāi)采要求，選擇最經(jīng)濟(jì)、最可靠的三軟煤層巷道支護(hù)方式，以有效提高支護(hù)技術(shù)水平。一般情況下，三軟煤層巷道圍巖破壞具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：時(shí)間效應(yīng)明顯、初期變形速率大、環(huán)境感知敏感和對(duì)應(yīng)力擾動(dòng)，所以在軟巖的最大塑性承載能力下，進(jìn)行巷道支護(hù)，可以取得最好支護(hù)效果。根據(jù)相關(guān)調(diào)查和研究顯示，軟巖巷道的破壞過(guò)程從力學(xué)角度分析，可以看作是漸進(jìn)力學(xué)過(guò)程，在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，破壞是從一個(gè)或者幾個(gè)關(guān)鍵部位開(kāi)始的，一般發(fā)生在圍巖應(yīng)力集中和圍巖體強(qiáng)度較低的位置。

2 常用的三種支護(hù)方式分析

錨網(wǎng)支護(hù)主要包括錨桿支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)、錨桿與噴射混凝土支護(hù)和錨網(wǎng)噴支護(hù)四種形式，其中，錨梁網(wǎng)支護(hù)和工字鋼棚支護(hù)的實(shí)際應(yīng)用較多，具有機(jī)械化程度高、施工效率高和成本較低等特點(diǎn)，在化學(xué)腐蝕性較強(qiáng)、水源豐富、應(yīng)力要求高和跨度大的地段比較適用，尤其是地壓較大和不均勻的區(qū)域，可采用鋼筋混凝土進(jìn)行支護(hù)。支架支護(hù)根據(jù)材料選用情況，可分為木支架、裝配式混凝土支架和金屬支架三種；根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，可以分為可伸縮性支護(hù)和剛性支護(hù)；按照巷道斷面情況，可分為拱形支架和梯形支架，一般適用于巷道圍巖非常不穩(wěn)定或使用時(shí)間不長(zhǎng)的情況下，具有成本較低、應(yīng)用方便等特點(diǎn)。聯(lián)合支護(hù)是以錨噴支護(hù)為主的支護(hù)方式，在地應(yīng)力較大時(shí)使用，可以提高支護(hù)的穩(wěn)定性，綜合性較強(qiáng)，是未來(lái)巷道支護(hù)技術(shù)研究和發(fā)展的方向。

3 三軟煤層巷道支護(hù)方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

3.1 聯(lián)合支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1.1 選擇巷道斷面。結(jié)合煤礦巷道支護(hù)實(shí)際情況，采用半圓拱斷面施工時(shí)，巷道凈斷面寬3.8m、高4.0m。這樣的設(shè)計(jì)不僅可以支護(hù)錨網(wǎng)，還能為后期預(yù)留一定的孔隙，在圍巖變形的情況下將能量釋放。

3.1.2 設(shè)計(jì)錨桿參數(shù)

①錨桿形式與規(guī)格：桿體是20#左旋無(wú)縱筋螺紋鋼，長(zhǎng)為2400mm。錨桿間排距為800×800mm，錨索間排距為1600×1600mm。錨固方式：利用樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行錨固。鋼筋托梁：利用Φ14圓鋼筋焊接成長(zhǎng)4400mm、寬80mm進(jìn)行托梁。錨桿角度：在進(jìn)行錨桿安裝過(guò)程中，安裝位置需要與巖層面垂直，并保證角度不小于75°。錨網(wǎng)參數(shù)：采用冷拔鋼筋焊接網(wǎng)片，其網(wǎng)格規(guī)格為100mm*100mm。

②施工錨桿。在設(shè)計(jì)好的位置進(jìn)行錨桿施工，包括錨桿鉆孔、鉆孔注漿和銷(xiāo)桿制作及安裝等，并且鉆孔需要安裝好設(shè)計(jì)長(zhǎng)度和角度才能進(jìn)行施工。

③綁扎鋼筋網(wǎng)和鋪設(shè)鋼筋托梁。根據(jù)設(shè)計(jì)好的路線(xiàn)在煤、巖壁上鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，綁扎完畢后再安裝鋼筋拖梁。

④錨桿緊固和噴射混凝土。待鋼筋網(wǎng)和拖梁達(dá)到施工要求以后，對(duì)錨桿進(jìn)行預(yù)應(yīng)力緊固，緊固達(dá)到規(guī)定設(shè)計(jì)后進(jìn)行噴射混凝土。

3.1.3 U鋼棚支護(hù)設(shè)計(jì)

聯(lián)合支護(hù)選用經(jīng)過(guò)特殊處理的29#U鋼，拱形支架承載頂壓力較大，具有一定的收縮性，在大變形巷道和動(dòng)壓影響巷道中得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。由于拱形支架所承受的側(cè)壓力較弱，一旦出現(xiàn)稍微較大的側(cè)壓力，可能會(huì)出現(xiàn)崩腿、尖頂?shù)痊F(xiàn)象，最終導(dǎo)致工程支護(hù)返工次數(shù)增加，因此在棚腿兩側(cè)使用柔性材料充填，采用讓壓支護(hù)技術(shù)，緩解側(cè)壓對(duì)巷道支護(hù)的變形量，達(dá)到長(zhǎng)久穩(wěn)固支護(hù)的目的。

■

圖1 U型鋼棚支護(hù)

①根據(jù)中線(xiàn)及設(shè)計(jì)棚距大小找出柱窩位置，然后按中腰線(xiàn)把柱窩深度挖夠。

②在柱腿上畫(huà)出腰線(xiàn)所在位置，將立柱放入柱窩內(nèi)，使柱上腰線(xiàn)和幫上腰線(xiàn)一致，并用拉桿固定立柱以免傾斜，采用柔性材料來(lái)進(jìn)行填充。在巷道支護(hù)中，噴錨支護(hù)屬于柔性薄性支護(hù)，錨噴支護(hù)的密貼性、可分性和柔性，大大改善了自身的受力狀態(tài)。在洞室開(kāi)挖后，需立即噴射一層較薄的砼加固巖體，防止巷道局部受到破壞，以提高整個(gè)巷道的穩(wěn)定性。

③在弧形頂梁上畫(huà)出中線(xiàn)位置，把頂梁架到立柱上，弧形頂梁的兩端插入和搭接在柱腿的彎曲部位，兩腿的搭接長(zhǎng)度一般為400mm左右，該處用兩個(gè)卡箍固定（每個(gè)卡箍包括一個(gè)U型螺桿和一塊U型墊板，四個(gè)螺母），保證頂梁上中線(xiàn)記號(hào)與事先拉好的中線(xiàn)在一個(gè)方向，以免頂梁左右搖擺。

④檢查支架的垂直和扭斜度，超過(guò)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許誤差范圍時(shí)要調(diào)整，根據(jù)頂梁中間入下的垂線(xiàn)和兩個(gè)柱腳之間連線(xiàn)的水平間距、巷道中線(xiàn)和兩個(gè)立柱之間連線(xiàn)是否垂直來(lái)判定支架是否扭斜。

⑤棚子與棚子之間用金屬拉桿通過(guò)螺栓夾板互相緊緊拉住，以保證支架沿巷道軸線(xiàn)方向的穩(wěn)定性，用讓壓支護(hù)來(lái)緩解測(cè)壓對(duì)巷道的擠壓。

結(jié)合上述情況，采用拱形U鋼支護(hù)，大大增加了抗扭性和穩(wěn)定性，如圖1所示。

3.2 施工工藝與支護(hù)要求

3.2.1 施工工藝主要包括兩大部分，即錨網(wǎng)噴支護(hù)和架棚

三軟煤層巷道支護(hù)施工工藝流程為：

巷道掘進(jìn)——臨時(shí)支護(hù)——鉆孔、清孔——錨桿與樹(shù)脂安裝——錨桿機(jī)攪拌——停止攪拌——頂板錨桿的安裝——鋪網(wǎng)——添加托盤(pán)——噴射混凝土——架棚。

3.2.2 支護(hù)技術(shù)要求

①在掘進(jìn)巷道過(guò)程中，為減少對(duì)頂、幫煤巷巖石的破壞，可以選取光面爆破施工方法，并為后期錨桿主動(dòng)支護(hù)奠定基礎(chǔ)。

②在設(shè)置錨桿角度和孔深時(shí)，應(yīng)將錨桿孔與巖層主層面垂直，并確保其角度不小于75°。

③通常情況下，錨桿的錨固力應(yīng)保持在120kN以上，預(yù)緊力在20kN以上，其支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)大于0.3MPa，并保證錨桿尾端托盤(pán)緊貼巖面。

④在這種支護(hù)方式中，拱形支架與錨桿支護(hù)之間應(yīng)預(yù)留0.3m左右的讓壓空隙，且空隙大小不得小于0.2m。

在經(jīng)過(guò)多年的井下工作和長(zhǎng)期進(jìn)行巷道支護(hù)工藝研究、制定支護(hù)方案、實(shí)施具體支護(hù)措施以后，對(duì)不同支護(hù)方式進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，采用這種讓壓支護(hù)方式對(duì)巷道變形得到了明顯的控制以及巷道服務(wù)年限得到了提高，減少了巷道反復(fù)維修的次數(shù)、節(jié)約了成本，從而確保了煤礦安全生產(chǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代化建設(shè)中，根據(jù)三軟煤層圍巖的應(yīng)力條件和掘進(jìn)要求，采用讓壓支護(hù)方式，可以使三軟煤層支護(hù)方式得到不斷優(yōu)化，從而有效解決紫金煤礦三軟煤層巷道中支護(hù)問(wèn)題，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益不斷增長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王勇.“三軟”傾斜煤層沿空留巷巷旁支護(hù)技術(shù)研究[D].重慶大學(xué)，2012.

[2]劉倡清，馮曉光.“三軟”厚煤層順槽支護(hù)技術(shù)研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，01：40-44.

[3]張春光，孟迪，張萬(wàn)輝.三軟煤巷強(qiáng)力復(fù)合支護(hù)技術(shù)[J].中州煤炭，2012，02：14-16.

[4]孫揚(yáng)，高建，劉文學(xué).三軟煤層巷道冒落機(jī)理及錨索桁架聯(lián)合控制技術(shù)[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，03：254-258+264.endprint

摘要：近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展趨勢(shì)不斷加劇，煤礦業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)中的地位越來(lái)越重要，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)具有重要影響。在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，巷道支護(hù)方式的合理選擇，與煤礦的開(kāi)采量和開(kāi)采人員的生命安全有著直接聯(lián)系。本文就三軟煤層巷道的支護(hù)原理進(jìn)行概述，對(duì)常用的三種支護(hù)方式進(jìn)行分析，提出三軟煤層巷道支護(hù)方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以不斷提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：三軟煤層巷道 支護(hù)技術(shù) 優(yōu)化設(shè)計(jì) 錨網(wǎng)支護(hù)

現(xiàn)代化建設(shè)中，三軟煤層巷道支護(hù)是我國(guó)煤礦開(kāi)采向深部延伸和回采時(shí)，急需解決的支護(hù)難題，因此，必須根據(jù)實(shí)際需求選擇最合適的方式，以保證巷道的穩(wěn)定，防止安全事故發(fā)生。

1 三軟煤層巷道的支護(hù)原理

根據(jù)實(shí)際開(kāi)采情況來(lái)看，煤層巷道在掘進(jìn)和回采期間的支護(hù)是否穩(wěn)定，與巷道圍巖的強(qiáng)度、支護(hù)方式等有緊密聯(lián)系，由于我國(guó)30%以上的煤層圍巖是軟巖，因此，必須根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況和開(kāi)采要求，選擇最經(jīng)濟(jì)、最可靠的三軟煤層巷道支護(hù)方式，以有效提高支護(hù)技術(shù)水平。一般情況下，三軟煤層巷道圍巖破壞具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：時(shí)間效應(yīng)明顯、初期變形速率大、環(huán)境感知敏感和對(duì)應(yīng)力擾動(dòng)，所以在軟巖的最大塑性承載能力下，進(jìn)行巷道支護(hù)，可以取得最好支護(hù)效果。根據(jù)相關(guān)調(diào)查和研究顯示，軟巖巷道的破壞過(guò)程從力學(xué)角度分析，可以看作是漸進(jìn)力學(xué)過(guò)程，在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，破壞是從一個(gè)或者幾個(gè)關(guān)鍵部位開(kāi)始的，一般發(fā)生在圍巖應(yīng)力集中和圍巖體強(qiáng)度較低的位置。

2 常用的三種支護(hù)方式分析

錨網(wǎng)支護(hù)主要包括錨桿支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)、錨桿與噴射混凝土支護(hù)和錨網(wǎng)噴支護(hù)四種形式，其中，錨梁網(wǎng)支護(hù)和工字鋼棚支護(hù)的實(shí)際應(yīng)用較多，具有機(jī)械化程度高、施工效率高和成本較低等特點(diǎn)，在化學(xué)腐蝕性較強(qiáng)、水源豐富、應(yīng)力要求高和跨度大的地段比較適用，尤其是地壓較大和不均勻的區(qū)域，可采用鋼筋混凝土進(jìn)行支護(hù)。支架支護(hù)根據(jù)材料選用情況，可分為木支架、裝配式混凝土支架和金屬支架三種；根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，可以分為可伸縮性支護(hù)和剛性支護(hù)；按照巷道斷面情況，可分為拱形支架和梯形支架，一般適用于巷道圍巖非常不穩(wěn)定或使用時(shí)間不長(zhǎng)的情況下，具有成本較低、應(yīng)用方便等特點(diǎn)。聯(lián)合支護(hù)是以錨噴支護(hù)為主的支護(hù)方式，在地應(yīng)力較大時(shí)使用，可以提高支護(hù)的穩(wěn)定性，綜合性較強(qiáng)，是未來(lái)巷道支護(hù)技術(shù)研究和發(fā)展的方向。

3 三軟煤層巷道支護(hù)方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

3.1 聯(lián)合支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1.1 選擇巷道斷面。結(jié)合煤礦巷道支護(hù)實(shí)際情況，采用半圓拱斷面施工時(shí)，巷道凈斷面寬3.8m、高4.0m。這樣的設(shè)計(jì)不僅可以支護(hù)錨網(wǎng)，還能為后期預(yù)留一定的孔隙，在圍巖變形的情況下將能量釋放。

3.1.2 設(shè)計(jì)錨桿參數(shù)

①錨桿形式與規(guī)格：桿體是20#左旋無(wú)縱筋螺紋鋼，長(zhǎng)為2400mm。錨桿間排距為800×800mm，錨索間排距為1600×1600mm。錨固方式：利用樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行錨固。鋼筋托梁：利用Φ14圓鋼筋焊接成長(zhǎng)4400mm、寬80mm進(jìn)行托梁。錨桿角度：在進(jìn)行錨桿安裝過(guò)程中，安裝位置需要與巖層面垂直，并保證角度不小于75°。錨網(wǎng)參數(shù)：采用冷拔鋼筋焊接網(wǎng)片，其網(wǎng)格規(guī)格為100mm*100mm。

②施工錨桿。在設(shè)計(jì)好的位置進(jìn)行錨桿施工，包括錨桿鉆孔、鉆孔注漿和銷(xiāo)桿制作及安裝等，并且鉆孔需要安裝好設(shè)計(jì)長(zhǎng)度和角度才能進(jìn)行施工。

③綁扎鋼筋網(wǎng)和鋪設(shè)鋼筋托梁。根據(jù)設(shè)計(jì)好的路線(xiàn)在煤、巖壁上鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，綁扎完畢后再安裝鋼筋拖梁。

④錨桿緊固和噴射混凝土。待鋼筋網(wǎng)和拖梁達(dá)到施工要求以后，對(duì)錨桿進(jìn)行預(yù)應(yīng)力緊固，緊固達(dá)到規(guī)定設(shè)計(jì)后進(jìn)行噴射混凝土。

3.1.3 U鋼棚支護(hù)設(shè)計(jì)

聯(lián)合支護(hù)選用經(jīng)過(guò)特殊處理的29#U鋼，拱形支架承載頂壓力較大，具有一定的收縮性，在大變形巷道和動(dòng)壓影響巷道中得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。由于拱形支架所承受的側(cè)壓力較弱，一旦出現(xiàn)稍微較大的側(cè)壓力，可能會(huì)出現(xiàn)崩腿、尖頂?shù)痊F(xiàn)象，最終導(dǎo)致工程支護(hù)返工次數(shù)增加，因此在棚腿兩側(cè)使用柔性材料充填，采用讓壓支護(hù)技術(shù)，緩解側(cè)壓對(duì)巷道支護(hù)的變形量，達(dá)到長(zhǎng)久穩(wěn)固支護(hù)的目的。

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圖1 U型鋼棚支護(hù)

①根據(jù)中線(xiàn)及設(shè)計(jì)棚距大小找出柱窩位置，然后按中腰線(xiàn)把柱窩深度挖夠。

②在柱腿上畫(huà)出腰線(xiàn)所在位置，將立柱放入柱窩內(nèi)，使柱上腰線(xiàn)和幫上腰線(xiàn)一致，并用拉桿固定立柱以免傾斜，采用柔性材料來(lái)進(jìn)行填充。在巷道支護(hù)中，噴錨支護(hù)屬于柔性薄性支護(hù)，錨噴支護(hù)的密貼性、可分性和柔性，大大改善了自身的受力狀態(tài)。在洞室開(kāi)挖后，需立即噴射一層較薄的砼加固巖體，防止巷道局部受到破壞，以提高整個(gè)巷道的穩(wěn)定性。

③在弧形頂梁上畫(huà)出中線(xiàn)位置，把頂梁架到立柱上，弧形頂梁的兩端插入和搭接在柱腿的彎曲部位，兩腿的搭接長(zhǎng)度一般為400mm左右，該處用兩個(gè)卡箍固定（每個(gè)卡箍包括一個(gè)U型螺桿和一塊U型墊板，四個(gè)螺母），保證頂梁上中線(xiàn)記號(hào)與事先拉好的中線(xiàn)在一個(gè)方向，以免頂梁左右搖擺。

④檢查支架的垂直和扭斜度，超過(guò)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許誤差范圍時(shí)要調(diào)整，根據(jù)頂梁中間入下的垂線(xiàn)和兩個(gè)柱腳之間連線(xiàn)的水平間距、巷道中線(xiàn)和兩個(gè)立柱之間連線(xiàn)是否垂直來(lái)判定支架是否扭斜。

⑤棚子與棚子之間用金屬拉桿通過(guò)螺栓夾板互相緊緊拉住，以保證支架沿巷道軸線(xiàn)方向的穩(wěn)定性，用讓壓支護(hù)來(lái)緩解測(cè)壓對(duì)巷道的擠壓。

結(jié)合上述情況，采用拱形U鋼支護(hù)，大大增加了抗扭性和穩(wěn)定性，如圖1所示。

3.2 施工工藝與支護(hù)要求

3.2.1 施工工藝主要包括兩大部分，即錨網(wǎng)噴支護(hù)和架棚

三軟煤層巷道支護(hù)施工工藝流程為：

巷道掘進(jìn)——臨時(shí)支護(hù)——鉆孔、清孔——錨桿與樹(shù)脂安裝——錨桿機(jī)攪拌——停止攪拌——頂板錨桿的安裝——鋪網(wǎng)——添加托盤(pán)——噴射混凝土——架棚。

3.2.2 支護(hù)技術(shù)要求

①在掘進(jìn)巷道過(guò)程中，為減少對(duì)頂、幫煤巷巖石的破壞，可以選取光面爆破施工方法，并為后期錨桿主動(dòng)支護(hù)奠定基礎(chǔ)。

②在設(shè)置錨桿角度和孔深時(shí)，應(yīng)將錨桿孔與巖層主層面垂直，并確保其角度不小于75°。

③通常情況下，錨桿的錨固力應(yīng)保持在120kN以上，預(yù)緊力在20kN以上，其支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)大于0.3MPa，并保證錨桿尾端托盤(pán)緊貼巖面。

④在這種支護(hù)方式中，拱形支架與錨桿支護(hù)之間應(yīng)預(yù)留0.3m左右的讓壓空隙，且空隙大小不得小于0.2m。

在經(jīng)過(guò)多年的井下工作和長(zhǎng)期進(jìn)行巷道支護(hù)工藝研究、制定支護(hù)方案、實(shí)施具體支護(hù)措施以后，對(duì)不同支護(hù)方式進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，采用這種讓壓支護(hù)方式對(duì)巷道變形得到了明顯的控制以及巷道服務(wù)年限得到了提高，減少了巷道反復(fù)維修的次數(shù)、節(jié)約了成本，從而確保了煤礦安全生產(chǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代化建設(shè)中，根據(jù)三軟煤層圍巖的應(yīng)力條件和掘進(jìn)要求，采用讓壓支護(hù)方式，可以使三軟煤層支護(hù)方式得到不斷優(yōu)化，從而有效解決紫金煤礦三軟煤層巷道中支護(hù)問(wèn)題，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益不斷增長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王勇.“三軟”傾斜煤層沿空留巷巷旁支護(hù)技術(shù)研究[D].重慶大學(xué)，2012.

[2]劉倡清，馮曉光.“三軟”厚煤層順槽支護(hù)技術(shù)研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，01：40-44.

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摘要：近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展趨勢(shì)不斷加劇，煤礦業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)中的地位越來(lái)越重要，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)具有重要影響。在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，巷道支護(hù)方式的合理選擇，與煤礦的開(kāi)采量和開(kāi)采人員的生命安全有著直接聯(lián)系。本文就三軟煤層巷道的支護(hù)原理進(jìn)行概述，對(duì)常用的三種支護(hù)方式進(jìn)行分析，提出三軟煤層巷道支護(hù)方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以不斷提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：三軟煤層巷道 支護(hù)技術(shù) 優(yōu)化設(shè)計(jì) 錨網(wǎng)支護(hù)

現(xiàn)代化建設(shè)中，三軟煤層巷道支護(hù)是我國(guó)煤礦開(kāi)采向深部延伸和回采時(shí)，急需解決的支護(hù)難題，因此，必須根據(jù)實(shí)際需求選擇最合適的方式，以保證巷道的穩(wěn)定，防止安全事故發(fā)生。

1 三軟煤層巷道的支護(hù)原理

根據(jù)實(shí)際開(kāi)采情況來(lái)看，煤層巷道在掘進(jìn)和回采期間的支護(hù)是否穩(wěn)定，與巷道圍巖的強(qiáng)度、支護(hù)方式等有緊密聯(lián)系，由于我國(guó)30%以上的煤層圍巖是軟巖，因此，必須根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況和開(kāi)采要求，選擇最經(jīng)濟(jì)、最可靠的三軟煤層巷道支護(hù)方式，以有效提高支護(hù)技術(shù)水平。一般情況下，三軟煤層巷道圍巖破壞具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：時(shí)間效應(yīng)明顯、初期變形速率大、環(huán)境感知敏感和對(duì)應(yīng)力擾動(dòng)，所以在軟巖的最大塑性承載能力下，進(jìn)行巷道支護(hù)，可以取得最好支護(hù)效果。根據(jù)相關(guān)調(diào)查和研究顯示，軟巖巷道的破壞過(guò)程從力學(xué)角度分析，可以看作是漸進(jìn)力學(xué)過(guò)程，在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，破壞是從一個(gè)或者幾個(gè)關(guān)鍵部位開(kāi)始的，一般發(fā)生在圍巖應(yīng)力集中和圍巖體強(qiáng)度較低的位置。

2 常用的三種支護(hù)方式分析

錨網(wǎng)支護(hù)主要包括錨桿支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)、錨桿與噴射混凝土支護(hù)和錨網(wǎng)噴支護(hù)四種形式，其中，錨梁網(wǎng)支護(hù)和工字鋼棚支護(hù)的實(shí)際應(yīng)用較多，具有機(jī)械化程度高、施工效率高和成本較低等特點(diǎn)，在化學(xué)腐蝕性較強(qiáng)、水源豐富、應(yīng)力要求高和跨度大的地段比較適用，尤其是地壓較大和不均勻的區(qū)域，可采用鋼筋混凝土進(jìn)行支護(hù)。支架支護(hù)根據(jù)材料選用情況，可分為木支架、裝配式混凝土支架和金屬支架三種；根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，可以分為可伸縮性支護(hù)和剛性支護(hù)；按照巷道斷面情況，可分為拱形支架和梯形支架，一般適用于巷道圍巖非常不穩(wěn)定或使用時(shí)間不長(zhǎng)的情況下，具有成本較低、應(yīng)用方便等特點(diǎn)。聯(lián)合支護(hù)是以錨噴支護(hù)為主的支護(hù)方式，在地應(yīng)力較大時(shí)使用，可以提高支護(hù)的穩(wěn)定性，綜合性較強(qiáng)，是未來(lái)巷道支護(hù)技術(shù)研究和發(fā)展的方向。

3 三軟煤層巷道支護(hù)方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

3.1 聯(lián)合支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1.1 選擇巷道斷面。結(jié)合煤礦巷道支護(hù)實(shí)際情況，采用半圓拱斷面施工時(shí)，巷道凈斷面寬3.8m、高4.0m。這樣的設(shè)計(jì)不僅可以支護(hù)錨網(wǎng)，還能為后期預(yù)留一定的孔隙，在圍巖變形的情況下將能量釋放。

3.1.2 設(shè)計(jì)錨桿參數(shù)

①錨桿形式與規(guī)格：桿體是20#左旋無(wú)縱筋螺紋鋼，長(zhǎng)為2400mm。錨桿間排距為800×800mm，錨索間排距為1600×1600mm。錨固方式：利用樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行錨固。鋼筋托梁：利用Φ14圓鋼筋焊接成長(zhǎng)4400mm、寬80mm進(jìn)行托梁。錨桿角度：在進(jìn)行錨桿安裝過(guò)程中，安裝位置需要與巖層面垂直，并保證角度不小于75°。錨網(wǎng)參數(shù)：采用冷拔鋼筋焊接網(wǎng)片，其網(wǎng)格規(guī)格為100mm*100mm。

②施工錨桿。在設(shè)計(jì)好的位置進(jìn)行錨桿施工，包括錨桿鉆孔、鉆孔注漿和銷(xiāo)桿制作及安裝等，并且鉆孔需要安裝好設(shè)計(jì)長(zhǎng)度和角度才能進(jìn)行施工。

③綁扎鋼筋網(wǎng)和鋪設(shè)鋼筋托梁。根據(jù)設(shè)計(jì)好的路線(xiàn)在煤、巖壁上鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，綁扎完畢后再安裝鋼筋拖梁。

④錨桿緊固和噴射混凝土。待鋼筋網(wǎng)和拖梁達(dá)到施工要求以后，對(duì)錨桿進(jìn)行預(yù)應(yīng)力緊固，緊固達(dá)到規(guī)定設(shè)計(jì)后進(jìn)行噴射混凝土。

3.1.3 U鋼棚支護(hù)設(shè)計(jì)

聯(lián)合支護(hù)選用經(jīng)過(guò)特殊處理的29#U鋼，拱形支架承載頂壓力較大，具有一定的收縮性，在大變形巷道和動(dòng)壓影響巷道中得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。由于拱形支架所承受的側(cè)壓力較弱，一旦出現(xiàn)稍微較大的側(cè)壓力，可能會(huì)出現(xiàn)崩腿、尖頂?shù)痊F(xiàn)象，最終導(dǎo)致工程支護(hù)返工次數(shù)增加，因此在棚腿兩側(cè)使用柔性材料充填，采用讓壓支護(hù)技術(shù)，緩解側(cè)壓對(duì)巷道支護(hù)的變形量，達(dá)到長(zhǎng)久穩(wěn)固支護(hù)的目的。

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圖1 U型鋼棚支護(hù)

①根據(jù)中線(xiàn)及設(shè)計(jì)棚距大小找出柱窩位置，然后按中腰線(xiàn)把柱窩深度挖夠。

②在柱腿上畫(huà)出腰線(xiàn)所在位置，將立柱放入柱窩內(nèi)，使柱上腰線(xiàn)和幫上腰線(xiàn)一致，并用拉桿固定立柱以免傾斜，采用柔性材料來(lái)進(jìn)行填充。在巷道支護(hù)中，噴錨支護(hù)屬于柔性薄性支護(hù)，錨噴支護(hù)的密貼性、可分性和柔性，大大改善了自身的受力狀態(tài)。在洞室開(kāi)挖后，需立即噴射一層較薄的砼加固巖體，防止巷道局部受到破壞，以提高整個(gè)巷道的穩(wěn)定性。

③在弧形頂梁上畫(huà)出中線(xiàn)位置，把頂梁架到立柱上，弧形頂梁的兩端插入和搭接在柱腿的彎曲部位，兩腿的搭接長(zhǎng)度一般為400mm左右，該處用兩個(gè)卡箍固定（每個(gè)卡箍包括一個(gè)U型螺桿和一塊U型墊板，四個(gè)螺母），保證頂梁上中線(xiàn)記號(hào)與事先拉好的中線(xiàn)在一個(gè)方向，以免頂梁左右搖擺。

④檢查支架的垂直和扭斜度，超過(guò)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許誤差范圍時(shí)要調(diào)整，根據(jù)頂梁中間入下的垂線(xiàn)和兩個(gè)柱腳之間連線(xiàn)的水平間距、巷道中線(xiàn)和兩個(gè)立柱之間連線(xiàn)是否垂直來(lái)判定支架是否扭斜。

⑤棚子與棚子之間用金屬拉桿通過(guò)螺栓夾板互相緊緊拉住，以保證支架沿巷道軸線(xiàn)方向的穩(wěn)定性，用讓壓支護(hù)來(lái)緩解測(cè)壓對(duì)巷道的擠壓。

結(jié)合上述情況，采用拱形U鋼支護(hù)，大大增加了抗扭性和穩(wěn)定性，如圖1所示。

3.2 施工工藝與支護(hù)要求

3.2.1 施工工藝主要包括兩大部分，即錨網(wǎng)噴支護(hù)和架棚

三軟煤層巷道支護(hù)施工工藝流程為：

巷道掘進(jìn)——臨時(shí)支護(hù)——鉆孔、清孔——錨桿與樹(shù)脂安裝——錨桿機(jī)攪拌——停止攪拌——頂板錨桿的安裝——鋪網(wǎng)——添加托盤(pán)——噴射混凝土——架棚。

3.2.2 支護(hù)技術(shù)要求

①在掘進(jìn)巷道過(guò)程中，為減少對(duì)頂、幫煤巷巖石的破壞，可以選取光面爆破施工方法，并為后期錨桿主動(dòng)支護(hù)奠定基礎(chǔ)。

②在設(shè)置錨桿角度和孔深時(shí)，應(yīng)將錨桿孔與巖層主層面垂直，并確保其角度不小于75°。

③通常情況下，錨桿的錨固力應(yīng)保持在120kN以上，預(yù)緊力在20kN以上，其支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)大于0.3MPa，并保證錨桿尾端托盤(pán)緊貼巖面。

④在這種支護(hù)方式中，拱形支架與錨桿支護(hù)之間應(yīng)預(yù)留0.3m左右的讓壓空隙，且空隙大小不得小于0.2m。

在經(jīng)過(guò)多年的井下工作和長(zhǎng)期進(jìn)行巷道支護(hù)工藝研究、制定支護(hù)方案、實(shí)施具體支護(hù)措施以后，對(duì)不同支護(hù)方式進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，采用這種讓壓支護(hù)方式對(duì)巷道變形得到了明顯的控制以及巷道服務(wù)年限得到了提高，減少了巷道反復(fù)維修的次數(shù)、節(jié)約了成本，從而確保了煤礦安全生產(chǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代化建設(shè)中，根據(jù)三軟煤層圍巖的應(yīng)力條件和掘進(jìn)要求，采用讓壓支護(hù)方式，可以使三軟煤層支護(hù)方式得到不斷優(yōu)化，從而有效解決紫金煤礦三軟煤層巷道中支護(hù)問(wèn)題，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益不斷增長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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