關于礦井交岔點設計研究

陳旭

(河南理工大學能源學院，河南 焦作 454150)

1 交岔點分類

礦井巷道交岔點的結構形式，可分為柱墻式交岔點和穿尖交岔點兩種;其斷面形狀宜與相連接的巷道斷面形狀相同。

1.1 柱墻式交岔點

柱墻式交岔點，在圍巖的巷道中均可使用。交岔點長度內兩條巷道的相交部分，形成一個漸變跨度的大斷面，最大斷面的跨度和拱高是由相交巷道的寬度和柱墻的寬度來決定的。這種交岔點與穿尖式交岔點相比，巷道工程量較大，施工時間較長，但具有受力條件好，容易維護等特點。

1.2 穿尖式交岔點(又叫簡易交岔點)

穿尖式交岔點一般在圍巖穩定堅硬，跨度小的巷道中使用。在交岔點的長度內，其相交部分保持各自的巷道斷面。拱高是以自身的跨度來決定。因此，碹岔中間斷面的高度不超過兩相交巷道中寬巷的高度。由于長度短、拱高低、斷面尺寸不漸變，從而使工程量減小，施工時間縮短，通風阻力小，也使設計工作簡化。但與柱墻式交岔點在相同條件下具有的拱部承載能力小、僅適用于圍巖穩定、堅硬、跨度較小的巷道。

2 礦井各類巷道使用交岔點類型

2.1 礦井井底車場、水平運輸大巷、采區上、下部平車場、中部甩車場或服務年限較長的各類巷道都必須使用正規柱墻式交岔點，同時應根據巷道圍巖的軟、硬程度選擇應用半圓拱、圓弧拱和三心拱。

2.2 采區各類車場、巖中巷和橫川等處的交叉點在運輸量較小，過車不頻繁的情況下應盡量選用穿尖式交岔點，但巷道轉角應大于45°以上。

3 交岔點參數尺寸

巷道交岔點的布置和斷面設計應滿足礦井井下運輸、管線布置、通風、行人和安全的要求;所用鋼軌軌型，應與其相連接的直線巷道的軌型相一致，也可選用大一級的鋼軌型號。交岔點道岔型號及曲線半徑應根據所采用的運輸車輛的型號、運量和運行速度確定，并應符合《煤礦礦井井底車場設計規范》中有關規定。

軌型(kg/m)運輸設備牽引設備類型軌距(mm)撤叉號碼礦車類型單開 對稱平曲線半徑(m) 20t以上機車5.0t及其以上底卸式900 38－43 6 4 40－50 14－20t機車3.0t底卸式 900 30－38 5、6 4 30－35 5.0t底卸式900 30－38 6 4 30－40 1.0t固定式 600 30 4、5 3 15－20 1.5 t固定式 600 30 4、8－12t機車5 3 15－20 1.5 t固定式 900 30 4、5 3 20－25 3.0 t固定式900 30 5 4 20－25 3.0 t底卸式600 30 5 4 25－30 5.0 t底卸式 600 900 30 5、6 4 30－40

軌型(kg/m)運輸設備牽引設備類型軌距(mm)撤叉號碼礦車類型單開 對稱平曲線半徑(m) 1.0t固定式7t及其以下機車600 22 4 3 12－15 1.5 t固定式 600 900 22－30 4、5 3 15－20 3.0 t固定式 900 30 4、5 3 20－25無極繩絞車 1.0t固定式 600 15－22 4、5 3 30－50 4 3 12－15 1.0t固定式 600 15－22 2、非機械牽引3 3 9－12 1.5 t固定式 600 900 15－22 3、4 3 9－12 3.0 t固定式 900 22 3、

在滿足安全使用的前提下，盡量減少交岔點的工程量、減小交岔點最大斷面的跨度與高度對整個交岔點的穩定是關鍵。

關于交岔點平面尺寸確定請參考采礦工程設計手冊(下冊)第二章第一節的有關內容進行確定和計算。

3 交岔點支護方式的選擇

交岔點的支護形式由砌碹、錨噴、錨網噴、棚式及復合支護等，礦井井底車場、水平運輸大巷、采區上、下部平車場、中部甩車場及服務年限較長的各類巷道交岔點應優先選擇錨噴、錨網噴。交岔點盡量布置在穩定的巖層中，對埋深超過600m或地壓顯現嚴重的地區和巖層中、圍巖破碎及易風化時建議采用錨網噴、壁后注漿加固圍巖、加錨索等聯合重復支護，必要時可采用砌碹支護。

3.1 錨網噴支護

在堅硬巖層中的巷道交岔點，可單獨采用錨桿支護，受到采動影響的巷道交岔點，可使用柔性托架、金屬網背板支架;在復雜的地質條件下，應采用錨桿組合支架。

(1)錨桿長度應與圍巖松動圈相匹配，但不應小于2m，直徑不小于20mm，藥卷不小于500mm，錨桿間排距不小于600mm.

(2)錨桿組合支護的形式及結構。巷道交岔點錨桿組合支架由錨桿、托梁和背板(或金屬網)組成。

用錨桿支架支護巷道交岔點時，在交岔點區域和離交岔點1～2m的分巷道區段內，應增大錨桿安設密度(比分岔巷道提高1～2倍)或者增加錨桿長度。在交岔點范圍內，既增大錨桿的安裝密度，又增加錨桿的長度，交岔點錨桿支架用的剛性托梁，一般用扁鋼、槽鋼、礦用U型鋼制作或用鋼筋焊接而成。此外，交岔點錨桿支架還可用由扁鋼制作成預應力柔性托梁。托梁的兩端設置專用定位器，使托梁緊貼在交岔點巷道頂板上，從而形成“支架—巖石”預應力結構體系。通過托梁中間孔安裝錨桿，以提高支護強度。

組合錨桿支護的巷道交岔點，在主岔巷道縱向布置四條扁鋼托梁錨桿支架，并拉緊交岔點區的頂板和煤柱的金屬網，以鋼絲繩來加強交岔點處錨桿支架。鋼繩的兩端同錨桿固定在交岔點兩幫。在交叉點兩幫的拐角處，擰緊錨桿螺帽時，卡箍隨著移動，并拉緊鋼絲繩。鋼絲繩固定拉緊后，再安設交岔點頂板錨桿。

巷道交岔點處的煤(巖)柱用錨桿、柔性托梁、金屬網加固。當煤(巖)柱厚度小于2m時，可用兩端頭螺紋的拉桿穿通煤(巖)柱拉固，擰緊拉桿和錨桿螺帽能可靠地加固煤(巖)柱。另外還可用樹脂漿液封堵裂隙，加固煤(巖)，可獲高于裂隙巖層強度1～2倍的整體堅固的巖層。

錨桿聯合支護中，錨桿作為加固型支架能阻止巖石離層，并有助于使作用在支撐式支架上的荷載更均勻地分布，錨桿與支撐式支架可以交替支護。在地表垂深較大時，可采用礦用U型鋼可縮支架和鋼筋網、錨噴三層聯合支護結構及緩壓施工方法，其施工順序為首先噴射50～80mm厚砂漿封閉圍巖，允許圍巖與支架同步變形。若封閉噴層脫落，則進行復噴，不使圍巖暴露。當圍巖變形趨向穩定后，進行第二次支護。第二次支護為圓鋼制作的200mm×200mm鋼筋網，綁扎在U型鋼骨架上，然后將骨架和鋼筋網噴平、噴齊形成三角交岔點的永久支護。

(3)錨網噴支護中對錨網應采用直徑不小于4mm的冷拔絲點焊網，噴漿厚度保持在100－200為宜，噴漿強度不小于C30。

3.2 復合支護

隨著礦井采深的增加，巷道壓力逐步增大，為了保證巷道的穩定性支護形式上應選擇復合支護，一般采用錨網噴、錨索和壁后注漿加固聯合支護。

(1)錨索的深度及數量應根據交岔點的長度、跨度和圍巖情況確定，交岔點較長、跨度較大和圍巖破碎時，錨索深度應考慮錨固到頂板堅硬的巖石中，一般深度在10～15m左右，不少于7m;錨索應按五花眼進行布置錨索支護長度應以主巷斷面5米外開始到支巷5米外;錨索的間排距根據斷面大小進行調整，但應不大于3m。

(2)注漿加固應全斷面進行，當底板圍巖不穩定時，應進行底板加固。注漿加固終孔壓力不得小于3MPa，建議采用長短孔注漿，孔深應與錨索長度相匹配，但不的小于2m。

3.3 棚式金屬支架交岔點

棚式交岔點是交岔點常用的形式，在礦井各類巷道中應用較多，下面將此類交岔點單獨列出進行分析。

(1)形式

金屬支架是采準巷道交岔點支架的主要形式;通常采用礦用U型鋼和工字鋼制作，在交岔點的關鍵部位(拐角處和最大跨度處)要澆灌混凝土柱墩，或設置金屬抬棚，或用錨桿支護加固頂幫。

交岔點金屬支架與巷道金屬支架的主要不同之處是:交岔點跨度大，需要加密支架;交岔點處巷道斷面在變化，需要采用非標準巷道拱形支架;交岔點處高度大，為節省開挖量，通常改變拱頂形狀，由半圓拱改為圓弧拱或三心拱;應滿足井下支架的運輸、安裝方便和可縮性要求。

(2)結構

1 )交岔點U型鋼拱形金屬可縮支架:巷道交岔點U型鋼金屬可縮支架形式有完全拱頂形U型鋼可縮支架和不完全拱平頂形U型鋼可縮支架。不完全拱平頂形U型鋼可縮支架適應于較穩定、不易破碎的巖層中拱形斷面的采準巷道交岔點支護，要求如下:①在交岔點小跨度處用4節U型鋼金屬拱形支架，兩節為標準拱腿，兩節為弓形頂;②在交岔點大跨度處用5節U型鋼金屬平頂型支架，兩節為標準拱腿，兩節彎曲的標準拱腿，一節平頂梁;③全部交岔點組合支架的間距均為0.5m?？筛鶕刭|條件，調節支架間距，增減組合支架數目;④五節拱形U型鋼金屬支架可用槽鋼與長2.0m錨桿組成的錨梁加固(必要時采用錨索加固)，以保證交岔點拱形U型鋼支架的穩定。

2 )交岔點工字鋼梯形金屬剛性支架:在圍巖f＞4，不受采動影響，位移量小的靜壓巷道交岔點，可用梯形工字鋼金屬剛性支架。通常梯形支架的立柱和頂梁采用工字鋼。立柱上端焊接一塊槽鋼，下端焊接鋼板。支架頂梁離兩端225mm各焊一塊等邊角鋼。借助立柱上端焊接的槽鋼和頂梁兩端焊接的角鋼，保證立柱與頂梁連接。

4 減少交岔點工程量特殊設計

4.1 利用圓弧拱改變拱高的交岔點設計

對巷道的拱高處理主要利用圓弧拱圓心的降低來完成，從交岔點變斷面起點開始，將巷道斷面由半圓拱調整為圓弧拱，圓弧拱的半徑隨交岔點跨度增加而增大，圓心則隨交岔點斷面跨度的增大而降低。這樣就有效的阻止了巷道拱高的大幅度增加，減少了巷道的掘、支工程量。

(1)圓弧拱圓心降低坡度

tgw=△h/L0

tgw——圓弧拱圓心降低坡度;

△h——圓弧拱圓心降低值，經驗數據取值 300mm－700mm;

L0——交岔點起點到最大跨度的直線距離。

(2)圓弧拱半徑

Rn——交岔點中n點所在斷面圓弧拱的半徑;

Bn——為交岔點中n點所在斷面的圓弧拱跨度。

4.2 半圓拱向標準三心拱過渡的交岔點設計

針對井下對交岔點跨度和高度有特殊需求的，可采取由半圓拱向標準三心拱(拱高為凈高的三分之一)過渡的支護方法進行。

半圓拱支護半徑R1=L/2

標準三心拱的大圓半徑R=0.692L

標準三心拱的小圓半徑r=0.262L

L—交岔點巷道的跨度。

4.3 降低墻高的設計

降低墻高必須滿足安全和使用的要求，交岔點墻高降低值一般為200～500mm之間，墻高降低值低于200mm時可不降低，但墻高最大降低值大于500mm時，巷道安全間隙內的最大高度會受影響。

4.4 煤巷施工中的直棚加抬棚交岔點設計

煤巷掘進交岔點施工中一般采取的方法為:使用的主巷架設直棚，交岔巷口架設雙抬棚，對交叉口處使用直棚向雙抬棚梁上搭接的方法進行處理，采用漸變角度架設抬棚或鋼棚將輔助巷支護轉變為直棚支護。

設計及施工中應遵循兩點原則，一是盡量減少岔口處抬棚架設的跨度，從而減少抬棚上直棚的搭設數量，保證抬棚和搭接直棚的支護強度;二是盡量減小主巷的直棚跨度，避免直棚跨度過大造成的支撐強度不能滿足安全需要。兩點原則要互相兼顧，合理結合現場巷道斷面、頂板巖性和破碎程度等因素進行計算，設計出最優的支護方案。