深井開(kāi)采巷道支護(hù)的理想技術(shù)

莊炳元　孫思林

摘 要：由于隨著開(kāi)采深度的增加，地壓顯現(xiàn)越加明顯，使用歷史悠久的舊有支架，越來(lái)越不能滿足巷道支護(hù)對(duì)支架性能的要求，在介紹目前梯形支架應(yīng)用現(xiàn)狀后，提出新研發(fā)的“裝墊式可縮性梯形支架”并簡(jiǎn)介其結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。誠(chéng)邀業(yè)界人士共同努力合作，進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

關(guān)鍵詞：深井開(kāi)采巷道支護(hù)；支架所；可縮性梯形支架

中圖分類(lèi)號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）03-0163-01

隨著礦物資源的不斷開(kāi)發(fā)利用，開(kāi)采深度逐步加深，地壓顯現(xiàn)越加明顯，巷道所受的作用力也越大，對(duì)礦井生產(chǎn)和安全造成越來(lái)越大的影響，尤以巷道的維護(hù)更加突出，對(duì)巷道支護(hù)提出更高的要求。筆者研發(fā)的“裝墊式可縮性梯形支架”可為解決這一問(wèn)題，提供一種新方法，是深井開(kāi)采巷道支護(hù)的理想選擇。

1 巷道支架

業(yè)界周知，巷道支架與一般地面結(jié)構(gòu)不同，作用在它上面的載荷，不僅隨著圍巖變形和破碎的發(fā)展而變化。同時(shí)，載荷的大小還與支架自身的性質(zhì)有關(guān)，即整個(gè)圍巖變形和破碎的過(guò)程，都受支架變形特性的影響。實(shí)踐證明，支架剛性過(guò)大或過(guò)小都是不利的，應(yīng)當(dāng)具有合適的變形特性，使支架上的載荷最小，支架的利用率最高。梯形支架的變形特性就是支架的縱向和橫向的可縮性。該性能的優(yōu)劣決定了支架性能的好壞，決定了巷道建設(shè)費(fèi)用、生產(chǎn)維護(hù)成本和安全程度的高低[1-2]。

通常支架的可縮性，來(lái)自支架所采用材料的性能和支架的安裝架設(shè)方法。當(dāng)開(kāi)采深度小，巷道地壓不大時(shí)，支架因此所具有的可縮性可以滿足巷道支護(hù)的要求，但隨著開(kāi)采深度的增加，尤其是巷道受到回采動(dòng)壓的作用時(shí)，便越來(lái)越顯得不能滿足，造成支架變形破壞加快和加激，失去支護(hù)能力。使巷道維護(hù)成本增加，安全程度降低。在上世紀(jì)七十年代之前，曾經(jīng)大量使用過(guò)的裝配式鋼筋混凝土梯形支架，就因可縮性能差被迫停止使用。后來(lái)取而代之的工字鋼支架也因同樣原因，經(jīng)常需要采取加固和松幫減壓的措施，增加了巷道維護(hù)的工程量和成本[3-4]。

2 裝墊式可縮性梯形支架

“裝墊式可縮性梯形支架”是在傳統(tǒng)梯形支架的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)，將筆者成功研發(fā)的頂式可縮裝置，裝墊在支架頂梁的兩端和支架組合立柱的組合部位置，支架也是由一根頂梁和兩根立柱所組成。它可以依據(jù)巷道支護(hù)的要求采用工字鋼或鋼筋混凝土（見(jiàn)附圖1所示）或同時(shí)使用這兩種材料加工制作而成[5-6]。

與已有可縮性梯形支架比較，除了頂梁與立柱采用曲面連接和上述所述可以同時(shí)使用兩種材料加工制作，這兩個(gè)特點(diǎn)之外，最重要的特點(diǎn)是它的可縮性不僅可縮量大而且可縮性穩(wěn)定。

2.1 可縮量大

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果推斷，理論上可縮裝置的可縮量值，在縱、橫兩個(gè)方向均可達(dá)到巷道高、寬的三分之一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)實(shí)際應(yīng)用所需的一般不超過(guò)30公分。

2.2 可縮性穩(wěn)定

棒式可縮裝置的阻擋力由裝置的阻擋系數(shù)和阻擋面的面積所決定，設(shè)阻擋力為F，阻擋系數(shù)為K，阻擋面積為S，則：

F=KS

K值是反映可縮裝置阻擋力性能的系數(shù)，由可縮裝置的構(gòu)造和采用的材料性質(zhì)決定。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、工業(yè)性試驗(yàn)和地表整體試驗(yàn)證明。裝置可確保該值穩(wěn)定在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的值，實(shí)現(xiàn)了支架可縮性的穩(wěn)定。

由于支架具有上述良好的可縮性，便可依據(jù)巷道地壓的特性和支架的許可承受載荷，在盡可能節(jié)約支架材料的情況下，設(shè)計(jì)出所謂的恒壓支架。即支架始終在予先設(shè)定的既使支架不會(huì)損壞，又不會(huì)使頂板巖石離層的安全載荷下，隨著地壓的增大產(chǎn)生可縮，直到巷道地壓與支架安全載荷相同時(shí)為止，使支架進(jìn)入穩(wěn)定的支護(hù)狀態(tài)。

因支架具有上述的良好性能，不僅可以使目前正在大量使用的工字鋼支架提高其支護(hù)性能，不必再采取加固和松幫減壓的措施。而且可以使停止使用的裝配式鋼筋混凝土支架恢復(fù)使用。因此，必然會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，不加贅述。但尤需指出的是，因鋼材相對(duì)于鋼筋混凝土而言，為高能耗材料，經(jīng)初步估算，如成功恢復(fù)混凝土支架的使用，按1909年煤炭產(chǎn)量為例，全國(guó)將因節(jié)約鋼材，而減少排放二氧化碳?xì)怏w19萬(wàn)噸。

3 結(jié)語(yǔ)

目前該支架已完成了工業(yè)性試驗(yàn)，當(dāng)務(wù)之急是抓緊進(jìn)行擴(kuò)大工業(yè)性試驗(yàn)，進(jìn)而小量推廣使用，使業(yè)界接納認(rèn)可盡早進(jìn)入市場(chǎng)。誠(chéng)邀業(yè)界特別是礦山企業(yè)有興趣的單位和個(gè)人共同合作共同開(kāi)發(fā)。

參考文獻(xiàn)

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