深井开采巷道支护的理想技术

庄炳元　孙思林

摘 要：由于随着开采深度的增加，地压显现越加明显，使用历史悠久的旧有支架，越来越不能满足巷道支护对支架性能的要求，在介绍目前梯形支架应用现状后，提出新研发的“装垫式可缩性梯形支架”并简介其结构、特点和经济、社会效益。诚邀业界人士共同努力合作，进行开发。

关键词：深井开采巷道支护；支架所；可缩性梯形支架

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）03-0163-01

随着矿物资源的不断开发利用，开采深度逐步加深，地压显现越加明显，巷道所受的作用力也越大，对矿井生产和安全造成越来越大的影响，尤以巷道的维护更加突出，对巷道支护提出更高的要求。笔者研发的“装垫式可缩性梯形支架”可为解决这一问题，提供一种新方法，是深井开采巷道支护的理想选择。

1 巷道支架

业界周知，巷道支架与一般地面结构不同，作用在它上面的载荷，不仅随着围岩变形和破碎的发展而变化。同时，载荷的大小还与支架自身的性质有关，即整个围岩变形和破碎的过程，都受支架变形特性的影响。实践证明，支架刚性过大或过小都是不利的，应当具有合适的变形特性，使支架上的载荷最小，支架的利用率最高。梯形支架的变形特性就是支架的纵向和横向的可缩性。该性能的优劣决定了支架性能的好坏，决定了巷道建设费用、生产维护成本和安全程度的高低[1-2]。

通常支架的可缩性，来自支架所采用材料的性能和支架的安装架设方法。当开采深度小，巷道地压不大时，支架因此所具有的可缩性可以满足巷道支护的要求，但随着开采深度的增加，尤其是巷道受到回采动压的作用时，便越来越显得不能满足，造成支架变形破坏加快和加激，失去支护能力。使巷道维护成本增加，安全程度降低。在上世纪七十年代之前，曾经大量使用过的装配式钢筋混凝土梯形支架，就因可缩性能差被迫停止使用。后来取而代之的工字钢支架也因同样原因，经常需要采取加固和松帮减压的措施，增加了巷道维护的工程量和成本[3-4]。

2 装垫式可缩性梯形支架

“装垫式可缩性梯形支架”是在传统梯形支架的基础上，经过结构改进，将笔者成功研发的顶式可缩装置，装垫在支架顶梁的两端和支架组合立柱的组合部位置，支架也是由一根顶梁和两根立柱所组成。它可以依据巷道支护的要求采用工字钢或钢筋混凝土（见附图1所示）或同时使用这两种材料加工制作而成[5-6]。

与已有可缩性梯形支架比较，除了顶梁与立柱采用曲面连接和上述所述可以同时使用两种材料加工制作，这两个特点之外，最重要的特点是它的可缩性不仅可缩量大而且可缩性稳定。

2.1 可缩量大

根据实验室的试验结果推断，理论上可缩装置的可缩量值，在纵、横两个方向均可达到巷道高、宽的三分之一，远远超过实际应用所需的一般不超过30公分。

2.2 可缩性稳定

棒式可缩装置的阻挡力由装置的阻挡系数和阻挡面的面积所决定，设阻挡力为F，阻挡系数为K，阻挡面积为S，则：

F=KS

K值是反映可缩装置阻挡力性能的系数，由可缩装置的构造和采用的材料性质决定。经实验室试验、工业性试验和地表整体试验证明。装置可确保该值稳定在一个预先设定的值，实现了支架可缩性的稳定。

由于支架具有上述良好的可缩性，便可依据巷道地压的特性和支架的许可承受载荷，在尽可能节约支架材料的情况下，设计出所谓的恒压支架。即支架始终在予先设定的既使支架不会损坏，又不会使顶板岩石离层的安全载荷下，随着地压的增大产生可缩，直到巷道地压与支架安全载荷相同时为止，使支架进入稳定的支护状态。

因支架具有上述的良好性能，不仅可以使目前正在大量使用的工字鋼支架提高其支护性能，不必再采取加固和松帮减压的措施。而且可以使停止使用的装配式钢筋混凝土支架恢复使用。因此，必然会产生相当可观的经济效益和社会效益，不加赘述。但尤需指出的是，因钢材相对于钢筋混凝土而言，为高能耗材料，经初步估算，如成功恢复混凝土支架的使用，按1909年煤炭产量为例，全国将因节约钢材，而减少排放二氧化碳气体19万吨。

3 结语

目前该支架已完成了工业性试验，当务之急是抓紧进行扩大工业性试验，进而小量推广使用，使业界接纳认可尽早进入市场。诚邀业界特别是矿山企业有兴趣的单位和个人共同合作共同开发。

参考文献

[1]北京矿业学院岩石力学教研组.岩石力学与井巷支护[M].煤炭工业出版社，1960.

[2]范维唐.中国煤炭工业简明手册[M].煤炭工业出版社，1995.

[3]何满潮，孙晓明.中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南[M].科学出版社，2004.

[4]艾克中.古汉山矿三软煤层回采巷道工钢组合棚支护技术煤炭科学技术[J].煤炭科学技术，2009，（9）：21-23.

[5]许立民.三软煤层沿空掘巷低成本支护方法初探[J].煤炭科学技术，2001，（12）：23-27.

[6]王元仁.深井困难条件下的巷道支护技术[J].煤炭科学技术，2003，（2）：9-11.