JW錨索梁在特厚煤層復雜條件下的應用

王磊

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JW錨索梁在特厚煤層復雜條件下的應用

王磊

摘要塔山礦特厚煤層結構復雜破碎，巷道圍巖變形嚴重，支護失效頻繁，對安全掘進造成很大影響，為解決這一問題。本文在分析現有支護存在的問題上，提出了改進支護方案，引進高強度JW錨索梁。實踐表明，在煤層條件復雜破碎情況下，錨索梁能有效控制巷道頂板變形，取得了顯著的技術經濟效益。

關鍵詞JW錨索梁；復雜條件；破碎條件；支護技術

0引言

近年來，塔山礦煤層開采技術條件逐漸惡化，在煤層復雜破碎條件下，順槽支護在采動影響下破壞失效，有時甚至引發漏頂事故。通過現場觀察可以發現，索梁結構支護的失效率最大。為此，我們不得不對矩形巷道的錨索支護進行反思，重新審視支護構件的設計，嘗試從使用U型特殊鋼或其他剛性金屬支架代替索梁結構中的礦用11#工字鋼；并對支護改進探索性地提出一些設想，大大改善矩形巷道在受采動影響下的圍巖承載能力，找出適合塔山煤礦特厚復雜煤層的索梁支護結構。

1復雜破碎條件下支護存在的問題

在遇到地質構造時，由于巷道圍巖破碎，破碎圍巖的松動圈較大，錨桿支護不能錨固到較穩定的煤層內，為使錨固支護有效，常常將W錨索梁上的錨桿全部變為錨索，但是由于錨索梁的承載力偏低，與錨索聯合支護經常將W錨索梁撕裂，降低支護的護表效果。圖1為5214巷過地質構造帶時的支護效果圖。

圖1順槽圍巖破碎段W錨索梁+錨索的支護

塔山礦設計的錨索支護形式為工字鋼梁下墊托板，托盤的規格為200×200×16 mm的普通方鐵托板，這是經過改進的支護形式。最初設計的錨索支護形式為錨索托板接頂，托板下布置工字鋼梁，托板使用規格為300×300×16 mm的普通方鐵托板，見下圖2所示，塔山礦最初設計的支護形式，由于受采動影響，支護失效，頂板下沉，不能很好的起到聯合支護的效果。通過分析任務工字鋼腹板強度不足是主要原因，需增加鎖具接觸托板的強度，于是在5107順槽進行了嘗試，將支護形式改為以下2種：另外一種是具體如38頁圖3所示。

實踐表明，錨索工字鋼梁支護結構接頂方式為線接觸，護表效果差，并帶有切頂，破壞頂板的作用，再者，在頂板破碎不平整段，或者在遇到地質構造圍巖破碎時，鋼梁接觸不了頂板，受力彎曲變形明顯，而且錨索受力不均。

圖2最初設計的錨索支護構件配套

圖3改進后的錨索支護構件配套

2錨索梁的改進

錨索梁是錨-網-帶支護的一個重要部分，起作用是保護圍巖表面并承受一定的載荷。所以，首先錨索梁必須具有一定的寬度以保證表面支護的要求，同時具有一定的抗彎剛度和承載能力以支護錨桿支護中的無效主動支護空間的破碎巖石，見4圖所示。

圖4錨索梁的支護作用原理

（1）錨索梁的寬度必須保證：錨桿間不出現網兜；錨索梁承載后不壓入破壞圍巖造成錨索梁和圍巖接觸面破壞錨索梁失效。頂板越破碎，要求的寬度越大；

（2）錨索梁的強度必須保證：在破碎圍巖的條件下，錨索梁的承載能力必須足夠承受無效支護空間的破碎巖體的重量。

通過與支護材料公司合作，研發了JW錨索梁，這種錨索梁寬330 mm，厚6 mm，每米重量18 kg，每米護頂面積250x103mm3；抗彎截面模量：878 1 cm3；最大承載能力（2 000 mm間排距）1 575 kg（見圖5）。

圖5 JW高強度錨索梁加工示意

3支護設計及支護效果

在煤層結構復雜破碎條件下，JW錨索梁對支護方案進行了如下改進，鋼梁使用長3 500 mm代替11#礦用工字鋼，鋼梁間距為1 600 mm，每根上布置3根錨索，錨索間距為1 500 mm。詳細布置如圖6所示。通過礦壓監測表明：過去在煤層破碎條件下巷道變形基本在150 mm以上，而在使用JW錨索梁后，巷道頂板的最大下沉量為40 mm，兩幫總的收斂量為60 mm，右幫的變形量為25 mm，占兩幫收斂量的41.7%，巷道變形趨于穩定。

圖6掘進期間巷道變形

4結論

（1）JW錨索梁的使用，護表面積大大增加，極大改善了巷道錨索支護的失效現象，支護質量得到有效提高；

（2）JW錨索梁的使用，重量變為11#礦用工字鋼的2/3，降低工人的勞動強度；

（3）在復雜破碎條件下，通過調整改進頂板支護，充分利用JW錨索梁+錨索的支護作用，有效控制了巷道的變形，錨索梁撕裂的現象明顯減少。

參考文獻

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[3]康紅普，吳擁政，李建波.錨桿支護組合構件的力學性能與支護

效果分析[J] .煤炭學報，2010，35 (7)：1057-1065.

王磊，男，1987年11月，籍貫山西運城，西安工業大學，機械設計制造及其自動化，工程師。

Application of JW Steel Belt with High Strength in Specially Thick Complex Broken Coal Seam

Wang Lei

Abstract：In the complex broken condition of crossheading in Tashan Mine, the failure rate of anchor cable support is big, the roadway deformation is serious, this causes great influence for the surrounding rock control of roadway. To solve this problem, based on the analysis of the mechanism of steel belt, the existing problems of supporting structure are analyzed, the support scheme is proposed, JW steel belt with high strength is introduced. The practical application shows that JW support with high strength not only solves the existing problems of roadway, but also can effectively control the roadway deformation in the complex broken condition, the remarkable economic benefit has been obtained.

Key words：JW steel belt; complex condition; broken condition; support technology

收稿日期：2015-12-26

作者簡介

中圖分類號TD355+.44

文獻標識碼B

文章編號1000-4866 (2016) 01-0037-02