王磊

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JW錨索梁在特厚煤層復(fù)雜條件下的應(yīng)用

王磊

摘要塔山礦特厚煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜破碎，巷道圍巖變形嚴(yán)重，支護(hù)失效頻繁，對安全掘進(jìn)造成很大影響，為解決這一問題。本文在分析現(xiàn)有支護(hù)存在的問題上，提出了改進(jìn)支護(hù)方案，引進(jìn)高強(qiáng)度JW錨索梁。實(shí)踐表明，在煤層條件復(fù)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(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞JW錨索梁；復(fù)雜條件；破碎條件；支護(hù)技術(shù)

0引言

近年來，塔山礦煤層開采技術(shù)條件逐漸惡化，在煤層復(fù)雜破碎條件下，順槽支護(hù)在采動(dòng)影響下破壞失效，有時(shí)甚至引發(fā)漏頂事故。通過現(xiàn)場觀察可以發(fā)現(xiàn)，索梁結(jié)構(gòu)支護(hù)的失效率最大。為此，我們不得不對矩形巷道的錨索支護(hù)進(jìn)行反思，重新審視支護(hù)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，嘗試從使用U型特殊鋼或其他剛性金屬支架代替索梁結(jié)構(gòu)中的礦用11#工字鋼；并對支護(hù)改進(jìn)探索性地提出一些設(shè)想，大大改善矩形巷道在受采動(dòng)影響下的圍巖承載能力，找出適合塔山煤礦特厚復(fù)雜煤層的索梁支護(hù)結(jié)構(gòu)。

1復(fù)雜破碎條件下支護(hù)存在的問題

在遇到地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，由于巷道圍巖破碎，破碎圍巖的松動(dòng)圈較大，錨桿支護(hù)不能錨固到較穩(wěn)定的煤層內(nèi)，為使錨固支護(hù)有效，常常將W錨索梁上的錨桿全部變?yōu)殄^索，但是由于錨索梁的承載力偏低，與錨索聯(lián)合支護(hù)經(jīng)常將W錨索梁撕裂，降低支護(hù)的護(hù)表效果。圖1為5214巷過地質(zhì)構(gòu)造帶時(shí)的支護(hù)效果圖。

圖1順槽圍巖破碎段W錨索梁+錨索的支護(hù)

塔山礦設(shè)計(jì)的錨索支護(hù)形式為工字鋼梁下墊托板，托盤的規(guī)格為200×200×16 mm的普通方鐵托板，這是經(jīng)過改進(jìn)的支護(hù)形式。最初設(shè)計(jì)的錨索支護(hù)形式為錨索托板接頂，托板下布置工字鋼梁，托板使用規(guī)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(shè)計(jì)的支護(hù)形式，由于受采動(dòng)影響，支護(hù)失效，頂板下沉，不能很好的起到聯(lián)合支護(hù)的效果。通過分析任務(wù)工字鋼腹板強(qiáng)度不足是主要原因，需增加鎖具接觸托板的強(qiáng)度，于是在5107順槽進(jìn)行了嘗試，將支護(hù)形式改為以下2種：另外一種是具體如38頁圖3所示。

實(shí)踐表明，錨索工字鋼梁支護(hù)結(jié)構(gòu)接頂方式為線接觸，護(hù)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(zhì)構(gòu)造圍巖破碎時(shí)，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(shè)計(jì)的錨索支護(hù)構(gòu)件配套

圖3改進(jìn)后的錨索支護(hù)構(gòu)件配套

2錨索梁的改進(jìn)

錨索梁是錨-網(wǎng)-帶支護(hù)的一個(gè)重要部分，起作用是保護(hù)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(hù)的要求，同時(shí)具有一定的抗彎剛度和承載能力以支護(hù)錨桿支護(hù)中的無效主動(dòng)支護(hù)空間的破碎巖石，見4圖所示。

圖4錨索梁的支護(hù)作用原理

（1）錨索梁的寬度必須保證：錨桿間不出現(xiàn)網(wǎng)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(qiáng)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(hù)空間的破碎巖體的重量。

通過與支護(hù)材料公司合作，研發(fā)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(hù)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(qiáng)度錨索梁加工示意

3支護(hù)設(shè)計(jì)及支護(hù)效果

在煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜破碎條件下，JW錨索梁對支護(hù)方案進(jìn)行了如下改進(jìn)，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(xì)布置如圖6所示。通過礦壓監(jiān)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?guī)偷淖冃瘟繛?5 mm，占兩幫收斂量的41.7%，巷道變形趨于穩(wěn)定。

圖6掘進(jìn)期間巷道變形

4結(jié)論

（1）JW錨索梁的使用，護(hù)表面積大大增加，極大改善了巷道錨索支護(hù)的失效現(xiàn)象，支護(hù)質(zhì)量得到有效提高；

（2）JW錨索梁的使用，重量變?yōu)?1#礦用工字鋼的2/3，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；

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

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王磊，男，1987年11月，籍貫山西運(yùn)城，西安工業(yè)大學(xué)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)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(hào)TD355+.44

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B

文章編號(hào)1000-4866 (2016) 01-0037-02