提高巷道金属支架稳定性的方法.pdf

本发明涉及软岩巷道维护技术领域内一种提高巷道金属支架稳定性的方法，应用此方法可以充分发挥支架的性能，减少支架破坏率，降低巷道维护费用等，该方法适用于采用非封闭性金属支架的软岩的巷道，其优点更加突出，由此也即更为适用。
    从力学机理上来讲，侧邦是巷道的薄弱环节，而从生产方面来讲，控制巷道底臌是关键，软岩岩道的支护的主要矛盾是对巷道底臌的控制，目前，从控制巷道底臌的角度出发，一般有以下几种常见的作法：

    一.采用封闭式支架;

    二.底板注浆;

    三.底板锚杆;

    四.混凝土反拱。

    这些控制巷道底臌的措施虽然在其适当的条件下也起到了减少巷道底臌量的目的，但它们并不能完全消除巷道的底臌，并且巷道施工时非常麻烦，增加了施工工程量，影响了巷道掘进速度，有时还常有失败的情况发生，如封闭式支架底梁往往无法充分发挥其承载能力，致使向巷道内撅起，失去其控制巷道底臌的能力;底板锚杆往往因锚杆锚固力不足及锚杆伸长量小与巷道底臌量大不相匹配而失效，起不到控制巷道底臌的作用;底板注浆则因注浆带达不到底板破坏深度而被下部岩层顶起，失去阻止底板位移的能力，这些措施往往又给支架返翻和巷道卧底带来极大的不便，混凝土反拱主要用于永久性硐室。由于煤矿井下巷道工程多为半永久性工程，没有必要也不可能完全消除巷道变形，根据巷道的服务年限，可以允许巷道具有比地下隧道等永久性工程大得多的收敛量。因此，一种施工简单，经济，在技术上又能满足生产需要的支护方法是最切实可行的。

    巷道金属支架（包括梯形金属支架和拱型金属支架）由于其施工工艺简单，维修方便，可反复使用等特点而被普遍采用，在用巷道金属支架支护软岩巷道时，只要通过卧底能控制底臌，并可以保持巷道足够的宽度，采用裸露底板是最好地。但金属支架用于软岩巷道支护时，无论是可缩性金属支架，还是刚性金属支架，由于巷道底臌的影响，其侧邦支护阻力得不到充分发挥。巷道两邦移近量很大，支架柱腿内移或弯曲，造成金属支架变形破坏严重，难以重复使用。

    本发明的目的就是在软岩巷道支护中，扩大金属支架的使用范围，通过采取一些措施，既能发挥金属支架施工工艺简单，掘进工程量小的优点，又能达到控制软岩巷道收敛的目的，且在巷道服务年限期间，减少支架的变形破坏，增大支架复用率，降低巷道维护成本。

    本发明的解决方案是在巷道侧下邦底角处的支架柱腿两侧对称打两根倾斜锚杆，两根锚杆间有一夹角α，然后把金属支架柱腿底部与两根锚杆连结在一起，连接部位在柱腿底盘上方，这样支架柱腿就与巷道深部围岩某一稳定点连结在一起，达到固定支架柱腿，提高支架稳定性的目的。锚杆本身不仅加固了巷道底角塑性区，抑制塑性区的扩展，并且可以给支架柱腿一定的拉力，弥补由于巷道底板岩性软弱，巷道底臌及卧底而导致的底板对支架侧向反力的不足，承受由于巷道两邦变形而施加给支架的侧向压力，控制巷道两邦收敛，巷道底臌及其卧底对金属支架稳定性没有影响。经过三维有限元数值计算，打锚杆的作用有三个：（1）减少了巷道两邦移近量，（2）支架支护阻力得到了充分发挥，（3）加固了底角塑性区。

    在保证支架卡缆力学性能良好的情况下，这种方法的支护效果还取决于支架的形式，锚杆的强度、锚杆的长度以及锚杆的锚固方式。内曲腿式支架对两邦的支护效果优于直腿及外曲腿式支架的支护效果;锚杆长度应使支架柱腿固定到深部稳固围岩上，锚杆强度应保证使锚杆不被拉断;在破裂岩体中应采用全长粘结式锚固方式，反之，采用点锚固方式效果更好。

    本发明的具体实施方案是：根据现场巷道底角深部围岩基点位移观测结果及巷道围岩的物理、化学和力学性能的测试结果，合理确定锚杆的长度、强度及其锚固方式，又根据现场的生产需要，确定支架架型及其参数，最后，通过详细的施工设计，使得上述措施得以正确实施。