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浅谈煤矿矿井的巷道支护

作者：李伟

来源：《中国科技博览》2013年第01期

[摘要]：对于每个煤矿矿井的巷道来说，巷道支护是非常关键的，支护的使用种类也与矿井的环境不同而使用的支护材料不同。本文主要分析了巷道支护的类别以及使用环境，以供同行参考。

[关键词]：煤矿 巷道支护

中图分类号：TD353 文献标识码：TD 文章编号：1009-914X（2013）01- 0085-01 煤矿矿井的支护形式及支护材料的选择取决于巷道围岩性质、压力大小、巷道的服务年限、用途及巷道的断面形状等因素。传统的巷道支护有木支护、料石及混凝土砌碹、矿工钢支护、U型钢支护。目前，广泛采用的有锚杆支护以及喷射混凝土支护。 一、木材支架

木支架常用的结构主要是梯形棚子，棚子间距通常在0.5～1.0m之间，在少数坚硬的巷道中，也常采用带帽点柱。 二、料石和混凝土砌碹

石材支护是以天然石材及人工石材为主要原料，并以水泥砂浆胶结而成的支护。它和混凝土砌碹支护，主要用在服务时间较长，且地压较大的井筒及主要巷道中作为永久支护。 天然石材是从花岗岩、正长岩、玄武岩、石灰岩、砂岩等经加工而成的石料，通常称为料石。其外形尺寸大致为长250～300mm，宽200～250mm，厚150～200mm，重20～40kg。其使用寿命可达20～30a。我国竖井井筒中使用较广。

混凝土是由水泥、砂子和碎石按一定比例混合加水制成的，常用的按体积的比例为水泥：砂子：碎石=l：2：4到l：2：6。水泥加水把砂子和碎石胶结在一起，成为坚固的整体。 三、金属支架

金属支架的优点是具有承载能力大，可多次复用，储运方便，安装容易及迅速等优点，是采准巷道中使用时间最长的一种支护形式，采区巷道中常用的有以下几种。 ①矿用工字钢刚性支架

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②微拱形刚性金属支架

微拱形刚性金属支架是矿工钢梯形支架的一种改进形式，当巷道顶压较大时，为了提高顶梁的承载能力，将平梁改为弧形顶梁，梁腿交接处使用工字形铸钢接榫。 ③矿用工字钢梯形可缩性支架

国内研制矿工钢梯形可缩性支架的单位很多，根据可缩结构的类型可分为三类：螺栓连接式、楔紧连接式和插底式。

平顶型可缩金属支架的加工制造容易，巷道掘进无需挑顶，有利于保持顶板完整性，其断面利用率比拱形支架高，支架的安装和回收较方便，可简化巷道与工作面连接处的支护工艺，在某些条件下取得了较好的技术经济效果，故在采准巷道中仍有一定的推广应用价值。 ④U型钢拱形可缩性支架

U型钢拱形可缩性支架结构比较简单、承载能力较矿工钢大、可缩性能较好、可用于大断面等优点，但其使用的技术难度较大，初期投资高，此外支架的运输、架设和回收不便，变形后修复困难，复用率低，每架成本比梯形工字钢支架高约1/2。一般只应在原来已使用拱形支架经验和技术基础较好的大中型矿井中应用。 ⑤U型钢梯形可缩性支架

U型钢梯形可缩性支架由垂直可缩、水平可缩、双向可缩三种，其原理基本相同。 U型钢梯形可缩性金属支架在围岩中等稳定、巷道断面和围岩压力不太大的情况下有其一定的优越性。

以上介绍了5种采准巷道常用的金属支架，近几年，随着采深的增加，采准巷道的围岩条件日趋复杂，出现了多种形式的金属支架，理论上比较成熟，现场应用较好的主要有9种，它们的力学特性及使用条件如表7—3所示。表中K为巷道顶底板最终移近率。 四、锚杆支护

锚杆支护是锚固在煤、岩体内维护围岩稳定的杆状结构物，是一种主动支护形式，与被动支护相比，具有支护工艺简单，支护效果好，支护成本低、施工方便等优点。

锚杆种类繁多，按锚固方式可分为三大类：粘结式、机械式、摩擦式；按锚固长度可分为：全长锚固、端部锚固、加长锚固。按锚杆的工作特性可分为可拉伸锚杆与不可拉伸锚杆；按锚杆强度的大小可分为普通锚杆、高强锚杆、超高强锚杆。

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1.普通圆钢粘结式锚杆

普通圆钢（Q235钢材）粘结式锚杆是目前应用较为广泛的锚杆型式，根据粘结剂不问，可为树脂药卷锚固和水泥药卷锚固，其锚固方式主要为端头锚固。

树脂药卷锚固锚杆具有锚固效果好，可靠性高、使用方便、适用范围广等优点，锚杆的锚固力主要由锚杆的直径、材质确定，与高强度锚杆相比，锚杆的锚固力较低。 2.可拉伸锚杆

可拉伸锚杆按其基本原理可分为锚杆杆体可延伸和锚杆结构元件滑动可延伸两大类。 （1）杆体可延伸锚杆

杆体可延伸锚杆的工作阻力是由杆体材质的力学特性决定的，锚杆的延伸量则是依靠杆体材质较大的延伸率提供的。将其锚固在锚孔中后，围岩变形使杆体受拉，当杆体所受拉力达到一定数值时，杆体弯曲段被拉直，从而为锚杆提供一定工作阻力和一定的可缩量。 （2）结构元件滑动可延伸锚杆

结构元件滑动可延伸锚杆的典型形式有：滑动摩擦式、结构剪切滑动式、结构挤压滑动式。使杆体能够滑动的结构元件可设置在锚孔内，也可设置在孔口。这种锚杆的杆体是钢管，外端套以开缝套管，可以产生相对位移，套管上焊有挡环，托板制成凸形，依靠快硬水泥将内锚头粘结在孔内。

3.高强度和超高强度锚杆

长期以来，普通圆钢端锚锚杆是我国锚杆支护的主要形式，由于材料的屈服强度较低，限制了锚杆支护的大面积推广，为了提高锚杆支护的可靠性，近几年大力发展了高强度、超高强度锚杆。

锚杆的强度主要是由锚杆的材质、直径及有关附件确定，按照钢材屈服强度σs可将锚杆分为三类：σs

（1）高强度螺纹钢锚杆

高强度锚杆是用高强度螺纹钢制成，既可用于全长锚固也可用于端头锚固。对于全长树脂锚固的螺纹钢锚杆，主要由杆体、穹形球体、塑料增压垫圈、驱动螺母、托盘和树脂药卷组成。

（2）超高强度螺纹钢锚杆