深井開采巷道支護的理想技術

莊炳元　孫思林

摘 要：由于隨著開采深度的增加，地壓顯現越加明顯，使用歷史悠久的舊有支架，越來越不能滿足巷道支護對支架性能的要求，在介紹目前梯形支架應用現狀后，提出新研發的“裝墊式可縮性梯形支架”并簡介其結構、特點和經濟、社會效益。誠邀業界人士共同努力合作，進行開發。

關鍵詞：深井開采巷道支護；支架所；可縮性梯形支架

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）03-0163-01

隨著礦物資源的不斷開發利用，開采深度逐步加深，地壓顯現越加明顯，巷道所受的作用力也越大，對礦井生產和安全造成越來越大的影響，尤以巷道的維護更加突出，對巷道支護提出更高的要求。筆者研發的“裝墊式可縮性梯形支架”可為解決這一問題，提供一種新方法，是深井開采巷道支護的理想選擇。

1 巷道支架

業界周知，巷道支架與一般地面結構不同，作用在它上面的載荷，不僅隨著圍巖變形和破碎的發展而變化。同時，載荷的大小還與支架自身的性質有關，即整個圍巖變形和破碎的過程，都受支架變形特性的影響。實踐證明，支架剛性過大或過小都是不利的，應當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。該性能的優劣決定了支架性能的好壞，決定了巷道建設費用、生產維護成本和安全程度的高低[1-2]。

通常支架的可縮性，來自支架所采用材料的性能和支架的安裝架設方法。當開采深度小，巷道地壓不大時，支架因此所具有的可縮性可以滿足巷道支護的要求，但隨著開采深度的增加，尤其是巷道受到回采動壓的作用時，便越來越顯得不能滿足，造成支架變形破壞加快和加激，失去支護能力。使巷道維護成本增加，安全程度降低。在上世紀七十年代之前，曾經大量使用過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。后來取而代之的工字鋼支架也因同樣原因，經常需要采取加固和松幫減壓的措施，增加了巷道維護的工程量和成本[3-4]。

2 裝墊式可縮性梯形支架

“裝墊式可縮性梯形支架”是在傳統梯形支架的基礎上，經過結構改進，將筆者成功研發的頂式可縮裝置，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。它可以依據巷道支護的要求采用工字鋼或鋼筋混凝土（見附圖1所示）或同時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使用兩種材料加工制作，這兩個特點之外，最重要的特點是它的可縮性不僅可縮量大而且可縮性穩定。

2.1 可縮量大

根據實驗室的試驗結果推斷，理論上可縮裝置的可縮量值，在縱、橫兩個方向均可達到巷道高、寬的三分之一，遠遠超過實際應用所需的一般不超過30公分。

2.2 可縮性穩定

棒式可縮裝置的阻擋力由裝置的阻擋系數和阻擋面的面積所決定，設阻擋力為F，阻擋系數為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，由可縮裝置的構造和采用的材料性質決定。經實驗室試驗、工業性試驗和地表整體試驗證明。裝置可確保該值穩定在一個預先設定的值，實現了支架可縮性的穩定。

由于支架具有上述良好的可縮性，便可依據巷道地壓的特性和支架的許可承受載荷，在盡可能節約支架材料的情況下，設計出所謂的恒壓支架。即支架始終在予先設定的既使支架不會損壞，又不會使頂板巖石離層的安全載荷下，隨著地壓的增大產生可縮，直到巷道地壓與支架安全載荷相同時為止，使支架進入穩定的支護狀態。

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使用。因此，必然會產生相當可觀的經濟效益和社會效益，不加贅述。但尤需指出的是，因鋼材相對于鋼筋混凝土而言，為高能耗材料，經初步估算，如成功恢復混凝土支架的使用，按1909年煤炭產量為例，全國將因節約鋼材，而減少排放二氧化碳氣體19萬噸。

3 結語

目前該支架已完成了工業性試驗，當務之急是抓緊進行擴大工業性試驗，進而小量推廣使用，使業界接納認可盡早進入市場。誠邀業界特別是礦山企業有興趣的單位和個人共同合作共同開發。

參考文獻

[1]北京礦業學院巖石力學教研組.巖石力學與井巷支護[M].煤炭工業出版社，1960.

[2]范維唐.中國煤炭工業簡明手冊[M].煤炭工業出版社，1995.

[3]何滿潮，孫曉明.中國煤礦軟巖巷道工程支護設計與施工指南[M].科學出版社，2004.

[4]艾克中.古漢山礦三軟煤層回采巷道工鋼組合棚支護技術煤炭科學技術[J].煤炭科學技術，2009，（9）：21-23.

[5]許立民.三軟煤層沿空掘巷低成本支護方法初探[J].煤炭科學技術，2001，（12）：23-27.

[6]王元仁.深井困難條件下的巷道支護技術[J].煤炭科學技術，2003，（2）：9-11.