石門巷道可收縮性支護體系的分析研究

摘要：為滿足本文所介紹的支護結(jié)構(gòu)應具有的軸向可伸縮、環(huán)向可縮的整體結(jié)構(gòu)特征，通過借鑒和參考新型可伸長錨桿和U型鋼可縮性支架，模仿波紋管在軸向可伸縮的特點，并利用目前礦用可縮支架的工作原理來實現(xiàn)環(huán)向可縮，整個支護結(jié)構(gòu)設(shè)計為一整體，利用錨桿或錨索與周圍巖體錨固為一體，達到與圍巖共同變形的目的。

關(guān)鍵詞：石門巷道 可收縮性支護 錨桿支護

0 引言

眾所周知，急斜煤層開采后，其石門巷道除呈現(xiàn)動壓、大變形外，還出現(xiàn)懸空、祼露的特點；此外，通過對一些礦急傾斜煤層開采后其廢棄石門的觀察發(fā)現(xiàn)：石門底板變形破壞嚴重，發(fā)生底鼓，工作面推過前后的石門沿軸向分別出現(xiàn)拉伸懸空和擠壓重疊現(xiàn)象。

1 一種可收縮的金屬支護

針對以上情況，提出了一種專門的在軸向、環(huán)向均能發(fā)生很大收縮變形的金屬支架，采用單片波紋狀鋼板。該金屬支架由多環(huán)組成，每環(huán)有4快鋼板1和4塊鋼板2組成（圖略），利用彈簧螺栓進行連接，螺栓孔為長條形，當壓力超過一定值時，相鄰兩塊鋼板能實現(xiàn)可縮。支架環(huán)與環(huán)之間采用螺栓連接，條件允許時，可進行焊接，金屬支架波紋狀的凸起起到巷道軸向變形作用。

波紋狀鋼板與鋼板聯(lián)接間的螺栓孔能夠滿足環(huán)向變形。在石門巷道支護設(shè)計中，該封閉型整體鋼支架的結(jié)構(gòu)尺寸需要根據(jù)圍巖壓力的大小進行設(shè)計計算。為此，可將結(jié)構(gòu)簡化為薄壁筒問題，鋼板厚度選用8~10mm，支架截面的帽形鋼板高度取100~120mm，寬度300~500mm，連接螺栓采用M16~20mm。為了確保支架的整體性，在支架拼裝完成后，可沿軸向布置4根型鋼，用U型螺栓與鋼支架相連，起到加固的作用。

2 復合支護結(jié)構(gòu)

充填層采用粉煤灰水泥砂漿，也可采用水泥砂漿。為保證頂部的充填效果，可敷設(shè)塑料編織網(wǎng)及油毛氈進行遮擋，防止充填材料在凝固前流失而影響充填質(zhì)量。

錨索和錨桿的作用，一方面是通過型鋼將支架與圍巖固定在一起，另一方面，主要起加固圍巖的作用。

復合支護結(jié)構(gòu)由可縮性金屬支架、錨噴支護及可縮充填層構(gòu)成。在進行復合支護結(jié)構(gòu)的施工中，主要施工技術(shù)參數(shù)和工藝流程如下：

2.1 石門巷道的掘進

對設(shè)計要求的斷面大小進行掘進，要求采用光面爆破技術(shù)施工，局部地段過煤層須遵循過煤層巷道的施工技術(shù)規(guī)定。

2.2 石門巷道的支護

巷道掘進后，立即進行錨噴支護，其施工技術(shù)要求應符合錨噴支護的質(zhì)量標準。

2.3 封閉型整體鋼支架的安裝

安裝前對支架構(gòu)件進行編號，可由中部向兩側(cè)進行，利用型鋼作為導軌來控制支架在軸向的精度。安裝時由下向上，由內(nèi)向外，每安裝一環(huán)應進行檢測，防止發(fā)生偏斜。

2.4 壁厚充填

當采用粉煤灰水泥砂漿充填時，沿軸向安裝達到5m左右，停止安裝，利用泵送粉煤灰水泥砂漿進行充填，保證充填密實，待初步凝固后繼續(xù)進行安裝整體鋼支架。當采用混凝土進行充填時，沿軸向安裝達到2m左右，停止安裝，利用噴射混凝土進行噴漿充填。

2.5 錨索和錨桿施工

在整體鋼支架安裝完畢、充填完成后進行錨索和錨桿施工，利用原預留孔鉆錨索或錨桿孔，安裝錨索或錨桿，最后安裝托盤進行錨固，要求錨固力不低于設(shè)計要求。

3 復合支護結(jié)構(gòu)的應用分析

錨噴支護的基本想法是，既允許巷道周圍圍巖可以釋放應力，又要控制應力釋放的程度。錨噴支護就是要把巷道圍巖變成主要承載體。為了使它起到承載作用，利用錨桿在圍巖的適當深部建立起一定厚度的承載圈，承載深部圍巖給予的壓力。因此，錨桿支架起到使圍巖和支架完全結(jié)合成一個整體。既然認為圍巖是主要承載體，就要防止圍巖逐漸解體、松動和變形。錨桿支護就給圍巖位移以一定的約束作用，而噴層又進一步使支護起到整體承受荷載的作用，從而提高了圍巖的強度。錨桿支護運用了現(xiàn)代支護理論，發(fā)揮了圍巖自承能力，又允許圍巖發(fā)生變形。錨噴支護正是看中了錨桿支護的這些優(yōu)點，而又兼顧到了噴射混凝土防止巷道圍巖風化、加固破碎圍巖、柔性支護等特點，使兩者的優(yōu)點得以充分發(fā)揮。

最重要的是，錨噴支護是柔性支護，允許圍巖發(fā)生變形。這與穿急斜煤層石門巷道在煤層開采后要求有相當大的變形相符。金屬支架能夠在縱向及環(huán)向發(fā)生較大變形，支架與錨噴層之間的充填層起到變形緩沖作用，同樣也能發(fā)生較大變形。這樣，金屬支架、充填層、錨噴層三者均具有柔性，相互作用，在巷道支護中發(fā)揮其變形大而不破壞的特性。

對于穿越急斜煤層的石門巷道，可以使用上面的復合支護結(jié)構(gòu)體系，在縱向和橫向大變形的巷道，同樣也可以采用這種支護結(jié)構(gòu)，不同斷面大小的巷道可以根據(jù)實際情況改變支架的尺寸。急斜煤層無煤柱開采石門巷道復合支護結(jié)構(gòu)研究，可有效利用煤炭資源，提高了煤層回采率，增加了煤礦的效益。

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