U型钢支护在常村矿应用的思考.pdf

2 0 0 1 年第 1 期 中州煤炭 总第 1 0 9 期 U型钢支护在常村矿应用的思考 姬财柱’ ， 孙庆润Z 1 . 义煤集团公司 常村煤矿， 河南 义马 4 7 2 3 0 2 ; 2 . 河南省谋炭科学研究所， 河南 郑州 4 5 0 0 0 2 摘要 通过对常村矿巷道支护调研， 分析了U型钢支护的破坏原因， 提出以后巷道设计应注意的问题。 关键词 U型钢支护; 围岩变形; 底鼓 中图分类号 T D 3 5 3 . 2文献标识码 B文章编号 1 0 0 3 一 0 5 0 6 2 0 0 1 0 1 一 0 0 1 3 一 0 2 1 矿井概况 常村煤矿位于河南省义马市常村镇境内， 1 9 5 8 年建矿， 开拓方式为斜井多水平分区式开采， 经过几 次改扩建， 年实际生产能力达 1 8 0 万 t ， 煤炭开采由 一水平转向二水平。一水平巷道埋深1 0 0 一 4 2 0 m , 支护形式多采用料石砌暄和锚喷支护， 巷道稳定， 支 护效果好。二水平巷道埋深 4 2 0 一 6 5 0 m ， 支护形式 多采用锚喷支护和锚喷与 U型钢支架联合支护。 目前， 二水平巷道使用 U型钢支护的有 55 0 0m， 占 二水平现使用巷道的 6 5 ， 成为主要的支护形式。 据观测， 二水平地压大， U型钢支护多数被破坏， 经 过扩修锚网喷与U型钢联合支护， 使用期仅2 一 3 a , 直接影响矿井生产， 危及人身安全， 抑制经济效益的 提高。 2 巷道布置及地质特征 常村矿二水平 3条下山 回风下山、 运输下山、 进风下山 均布置在2 - 3 煤层底板以下 2 5 m左右的 砂岩、 砾岩和泥岩中， 煤轨下山沿 2 - 3 煤层顶板布 置， 4 条下山所在位置煤层厚 1 8 m 。进、 回风下山与 工作面通过斜石门联通， 石门自下而上依次穿过砾 岩、 砂岩、 泥岩、 炭质泥岩、 煤层。二水平地质柱状如 图1 所示。 砂岩层普氏硬度系数f 二 4 一 6 ， 泥岩特别 是炭质泥岩遇水极易膨胀。 岩层厚 里加廖 岩层 名 称 2 7 泥岩 1 8 2- 3is 泥岩段和回风巷道内以及煤 轨下山回采煤柱内， U型钢变形较大， 一次支护使用 期 1 一 2 a ; 压力大的砂岩、 砾岩段， 如运输下山， 一次 支护使用期 2 一 3 a ; 压力小的砂岩、 砾岩段如进风下 1 3 万方数据 2 0 0 1 年第 1 期 中州煤炭总第 1 0 9 期 山， 除个别段外基本无变形。 针对矿山压力大， 岩性差的地段， 对 U型钢支 护参数作以下调整 1 缩小棚距， 由0 . 6 m改为0 . 3 一 0 . 4 m a 2 增加卡缆数， 每个搭接处由2 个改为3 个。 3 增加卡缆螺母数， 由单个螺母改为双螺母。 4 改变支架形状， 由直腿半圆拱、 三心拱改为 马蹄形全封闭形。 采取以上措施后， 支护效果依然不佳。下面举 3 个 U型钢支护实例， 来说明支护效果。 实例 1 , 2 1 0 7进风石门， 1 9 8 8 年第一次掘进采 用锚喷支护， 2 a 后用直腿 U型钢加固， 棚距0 . 5 m , 仅使用2 a 。泥岩及炭质泥岩段巷宽由3 m变成0 . 5 m， 巷高由3 . 2 m变成 0 . 6 m . 1 9 9 3 年设计采用封闭 马蹄形 U型钢支护， 试验 8 8 m ， 棚距 0 . 4 m， 并采取 了缓冲压力层、 治水等措施， 每米费用5 4 0 0 元。矿 上调精干队伍施工， 为试验付出了大量人力、 物力。 结果6 个月后炭质泥岩段底梁明显上鼓， 继而是泥 岩段、 煤层段变形， 1 5 个月后断面由8 . 8 衬缩小到2 m 0 2 4 个月后底梁鼓起碰到顶梁， 断面仅0 . 5衬， 失去使用价值。 实例2 。进风下山1 9 8 4 年底第一次掘进采用锚 喷支护， 1 9 8 9 年受2 1 0 3 工作面采动影响， 部分段喷 体出现脱皮， 采用直腿U型钢支架加固， 至1 9 9 5 年 巷道稳定， U型钢无任何变形。经受力分析， 将砂岩 段、 砾岩段 U型钢去掉， 采用锚网喷加固。支护参 数 管缝锚杆04 3 m m x 1 9 0 0 m m ， 菱形金属网， 锚杆 间排距 0 . 6 m x 0 . 6 m， 喷厚以将网盖严为准， 1 9 9 6 年2 月施工至今， 未变形。 实例 3 。煤轨下山东西两侧均为采煤工作面， 起初用梯形工字钢支护， 棚距 0 . 6 m ， 因工字钢变形 严重， 后用直腿U 型钢支护试验 1 0 0 m ， 棚距0 . 4 m , 先锚网后架棚。U型钢支护仅 8 个月， 支架就东扭 西歪， 失稳变形， 出现尖顶， 卡缆及梁腿压裂破坏。 1 9 9 8 年改用高强度锚杆锚网、 锚索支护， 才彻底控 制了巷道变形。 4 U型钢支护破坏原因分析 1 从理论上讲， U型钢支架受力最佳状态是壁 后密实充填， 均衡受力， 而实际上为点接触。U型钢 外围多用废旧坑木背设， 受力不均衡， 往往局部受力 破坏。再者井下潮湿， 背木易腐朽， 造成架后空顶空 帮， 支架失去支承， 控制不了巷道变形。 2 连接件的结构和力学性能关系到可缩性 U 型钢支架性能的好坏， 关系到支架初始阻力和工作 阻力的大小。我国目前采用螺栓联接件， 受力性能 是依靠拧紧螺母， 夹紧型钢而提供预紧力。但现场 紧固螺母， 普遍采用扳手人工拧紧， 用力因人而异， 则支架的工作阻力有大有小。 3 支架加工成型不完全符合设计要求， U型钢 搭接处不严密， 降低阻力。 4 据统计， 支架受力后， 有 8 4 的卡缆连接件 松动， 现场又不及时对卡缆螺母定期检查补强， 支架 工作阻力很小， 阻止不了围岩变形， 则支架变形到一 定限度时被破坏。 5 当支架受力后变形， 缩小断面， 架后围岩形成 松动拱， 则U型钢支架被动地承受松动拱的重量。 6 遇水膨胀的岩层， 巷道底鼓， 经过落底， 巷道 失稳， 支架腿向巷内移动， 形成倒八字。底板软时支 架腿被压人底板， 需经常拉底。封闭式支架遇到膨 胀岩性， 常常会造成底梁鼓起破坏。 5 结论 通过对常村煤矿 U型钢支护的分析， 得出以下 结论 1 U型钢支护不适合遇水膨胀的巷道或底鼓 严重的巷道。 2 U型钢支护不适合回采煤柱支护， 因回采煤 柱受动压影响大。 3 在动压或底鼓严重的地区一味采用缩小棚 距、 增加卡缆数或增加螺母数不可取， 这样的地区最 好不采用 U型钢支护。 4 采用受力性能好的全封闭马蹄形支架， 支护 遇水膨胀的巷道， 效果极差， 不可取。 5 在稳定的砂岩、 砾岩层中布置巷道， 宜采用 锚喷支护和锚网喷二次补强支护， 而采用 U型钢支 护补强是虚设， 纯粹是浪费。 6 随着开采深度的不断增加， 矿压及其显现越 来越明显， 在以后的工程设计中应大力推广锚网梁 带 锚索支护， 减少 U型钢投人， 提高效益。② 1 4 万方数据