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組合支護(hù)技術(shù)在頂板隱患處理中的應(yīng)用研究

文檔作者：郭建衛(wèi) 郭楠文檔來源：晉城煤業(yè)集團(tuán)趙莊煤業(yè)有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年05月01日
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2017年第9期(總第144期)
紛；夏與芋舌圭
ENERGY AND ENERGY CONSERVATl0N 2017年9月
組合支護(hù)技術(shù)在頂板隱患處理中的應(yīng)用研究
郭建衛(wèi)，郭楠
(晉城煤業(yè)集團(tuán)趙莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西晉城048200)
摘要：通過分析趙莊煤業(yè)采用傳統(tǒng)方法(架棚和補(bǔ)強(qiáng))處理頂板隱患的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)大斷面巷遭交叉口組合支護(hù)技術(shù)
進(jìn)行了論述，提出巷道交叉口組合支護(hù)形式，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，取得了良好的支護(hù)效果，確保巷道交叉口的
安全。
關(guān)鍵詞： 大斷面巷道；交叉口；組合支護(hù)技術(shù)
中圖分類號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095—0802一(2017)09-0176-02
Research on the Application of Combined Supporting Technology in Dealing with the Hidden
Risks in the Roof
GU0 Jianwei．GUO Nan
(Zhaozhuang Coal Industry Co．，Ltd．，Jincheng Anthracite Mining Group，Jincheng 048200，Shanxi，China)
Abstract：By analyzing the advantages and disadvantages of the way in which the hidden risks in the roof were treated with trad—
itional methods(shed supporting and reinforcement)in Zhaozhuang Coal Industry Co．，Ltd．，this paper
discussed the combined SU—
pporting technology in intersection of roadways with large section and put forward the forms of combined support．By carrying out
the industrial test in site，it was Nund that the combined supporting technology enjoyed good supporting effect which could ensure
the safety of roadway intersection．
Key words：roadway with large section；intersection；combined supporting technology
0引言
隨著趙莊煤業(yè)年產(chǎn)量逐漸增長(zhǎng)，工作面單產(chǎn)越來
越高，機(jī)械化水平不斷提高，工作面需風(fēng)量增大等各
方面原因?qū)е孪锏罃嗝嬖絹碓酱螅锏澜徊婵谠絹碓?
多，因此大斷面巷道圍巖的壓力會(huì)越大，尤其在巷道
交叉口，圍巖壓力更大，圍巖變形嚴(yán)重，甚至引發(fā)頂
板冒落。
當(dāng)巷道頂板出現(xiàn)頂板離層儀黃色及紅色預(yù)警后，
一般采取傳統(tǒng)的架棚(一梁兩柱或一梁三柱)或補(bǔ)強(qiáng)
(錨桿補(bǔ)強(qiáng)、錨索補(bǔ)強(qiáng)或錨桿索補(bǔ)強(qiáng))對(duì)巷道頂板進(jìn)行
維護(hù)，以保證巷道頂板圍巖穩(wěn)定，但是以上兩種處理
頂板隱患的方法都有其一定的局限性。采用架棚支護(hù)
方式會(huì)縮小巷道的有效斷面，不利于輔助運(yùn)輸；隨著
時(shí)間推移，經(jīng)常出現(xiàn)泄液柱，形成頂板隱患；回棚時(shí)，
許多單體柱柱腿陷在底板中，回棚效率低。采用補(bǔ)強(qiáng)
支護(hù)方式：每根錨桿或錨索均是單獨(dú)對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，
不能形成有效的連鎖整體，隨著時(shí)間推移，個(gè)別錨桿
或錨索的破斷容易形成網(wǎng)兜，甚至引發(fā)小范圍冒頂[1卅。
巷道交叉口采用組合支護(hù)技術(shù)，不僅可以有效結(jié)合架
棚支護(hù)和補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，并且可以有效克服單獨(dú)采
用架棚支護(hù)或補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的缺點(diǎn)。
1 工程概況
趙莊煤業(yè)主采煤層為3*煤層，煤層平均厚度為4．75
收稿日期：2017—05—26
第一作者簡(jiǎn)介：郭建衛(wèi)，1974年生，男，山西晉城人，2012年畢業(yè)
于河南理工大學(xué)采礦工程專業(yè)。
·176·
m，盤區(qū)輔運(yùn)大巷為矩形，巷道凈寬為5 700 mm，凈
高為4 400 ITlm，沿頂?shù)装寰蜻M(jìn)。盤區(qū)大巷采用全錨索
支護(hù)，短時(shí)間內(nèi)巷道頂板圍巖可以得到有效控制，保證
頂板穩(wěn)定：但是隨著盤區(qū)大巷延伸，大巷服務(wù)年限延
長(zhǎng)，頂板淋水對(duì)錨索腐蝕，風(fēng)流對(duì)錨索及頂板圍巖的風(fēng)
化，盤區(qū)大巷聯(lián)絡(luò)橫川處(主要指盤區(qū)大巷和回采巷道
的交叉口)不同程度地出現(xiàn)頂板離層儀黃色及紅色預(yù)
警，頂板壓力增大，頂板下沉嚴(yán)重，尤其在每年夏天入
伏之后，由于地面雨水增多，導(dǎo)致井下潮氣嚴(yán)重，盤區(qū)
大巷聯(lián)絡(luò)橫川處時(shí)有冒頂事故發(fā)生。
2大斷面巷道交叉口組合支護(hù)技術(shù)
a)巷道開挖后，頂板只受單向水平應(yīng)力作用，頂
板垂直支撐應(yīng)力消失，故巖石因受水平擠壓而巷道頂
板發(fā)生破壞或沿層理錯(cuò)動(dòng)，使頂板彎曲下沉。錨桿支護(hù)
實(shí)現(xiàn)組合梁理論，提高對(duì)頂板巖層的抗垂直載荷能力。
同時(shí)按照錨桿的組合梁理論和錨索的懸吊理論，將錨桿
和錨索垂直布置于巷道頂板，充分發(fā)揮錨桿和錨索的抗
剪作用，減小頂板因跨度大而產(chǎn)生的彎曲下沉現(xiàn)象；
b1錨桿是通過全長(zhǎng)錨固或加長(zhǎng)錨固將破碎頂板錨
固連接成為一個(gè)整體，錨索是將整體的錨桿支護(hù)懸吊
在上方穩(wěn)定的巖層上，同時(shí)施加較大的預(yù)應(yīng)力主動(dòng)支
護(hù)圍巖，形成維持自身平衡的組合梁；
C)由于交叉口處巷道斷面和跨度較大，巷道穩(wěn)定
性較差，為了提升交叉口處圍巖的整體穩(wěn)定性，采取加
工后的槽鋼和竹型梁將錨索和錨桿聯(lián)結(jié)起來，形成一
個(gè)有效的整體，錨桿和錨索的支護(hù)作用可以互相補(bǔ)充，
萬方數(shù)據(jù)
2017年第9期郭建衛(wèi)，等：組合支護(hù)技術(shù)在頂板隱患處理中的應(yīng)用研究2017年9月
互相加強(qiáng)；
d)對(duì)巷道斷面進(jìn)行噴漿，噴漿凝固后與巷道圍巖
粘結(jié)緊密，能使圍巖與外界隔離，防止圍巖風(fēng)化、受
潮，提高圍巖強(qiáng)度。
3大斷面巷道交叉口組合支護(hù)形式
3．1大斷面巷道交叉口處大巷支護(hù)形式
巷道交叉口處大巷采用打孔加工后的1C槽鋼(1
根)、14舛曹鋼(2根)、叮r型鋼梁、錨桿和錨索進(jìn)行組合
支護(hù)，中間采用16繒鋼，兩側(cè)采用1鐘漕鋼，先用雙股
10#{決絲對(duì)每根槽鋼進(jìn)行一梁三吊，14材曹鋼和16塒營(yíng)鋼通
過兩個(gè)螺絲連接成為一個(gè)整體，并在兩個(gè)螺絲中間錨
注一根錨索，槽鋼距離巷道幫部為0．5 m(距巷幫距離
可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整)，然后在槽鋼上邊放置
百型鋼梁(丌型鋼梁長(zhǎng)度根據(jù)巷道寬度確定，一邊露
出槽鋼250 mm)，用雙股IIY鐵絲把訂型鋼梁捆綁固定
在槽鋼上，叮T型鋼梁上面鋪設(shè)2．2 m板梁(板梁長(zhǎng)度根
據(jù)耵型鋼梁排距進(jìn)行確定，一邊露出耵型鋼梁150 mm)，
最后在槽鋼孔中間隔打注2．8 m錨桿和7．4 m錨索。
3．2大斷面巷道交叉口處回采巷道聯(lián)絡(luò)橫川支護(hù)形式
回采巷道聯(lián)絡(luò)橫川支護(hù)采用打孔加工后的盯型鋼
梁、盯型鋼梁、錨桿和錨索進(jìn)行組合支護(hù)，先用雙股
U型槽鋼
144Bx6M
104鐵絲對(duì)每根打孔加工后的訂型鋼梁進(jìn)行一梁三吊，
加工后的叮T型鋼梁通過螺絲和大巷支護(hù)中的1C槽鋼連
接成為一個(gè)整體，距離巷道幫部為0．5 m(距巷幫距離
可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整)，然后在加工后的叮T型
鋼梁上邊放置耵型鋼梁(竹型鋼梁長(zhǎng)度根據(jù)巷道寬度
確定，一邊露出加工后的丌型鋼梁250 mm)，叮T型鋼梁
上面鋪設(shè)2．0 m板梁(板梁長(zhǎng)度根據(jù)訂型鋼梁排距進(jìn)行
確定，一邊露出丌型鋼梁150 mm)，最后在加工過的百
型鋼梁孔中打注2．8 m錨桿和7．4 m錨索。
3．3大斷面巷道交叉口處組合支護(hù)形式
先對(duì)巷道交叉口處的大巷進(jìn)行支護(hù)，再對(duì)巷道交叉
口處的回采巷道聯(lián)絡(luò)橫川進(jìn)行支護(hù)，使巷道交叉口處
的加工后的槽鋼、加工后的叮T型鋼梁、竹型鋼梁、錨桿
和錨索連鎖成為一個(gè)整體，任意一個(gè)組合原件支護(hù)功
能的失效都可以通過與其相連接的其他原件來補(bǔ)充，
從而保證整個(gè)支護(hù)整體的有效性，進(jìn)而保證巷道交叉
口處頂板圍巖穩(wěn)定；巷道交叉口處無腿棚支護(hù)不僅可
以克服單獨(dú)架棚時(shí)容易出現(xiàn)的不利于輔助運(yùn)輸、出現(xiàn)
泄液柱形成頂板隱患和回棚時(shí)回棚效率低等缺點(diǎn)，而
且可以克服單獨(dú)補(bǔ)強(qiáng)時(shí)出現(xiàn)的單根錨桿或錨索不能形
成有效的支護(hù)整體，錨桿或錨索破斷易引發(fā)小范圍冒
頂?shù)娜秉c(diǎn)。巷道交叉口處具體的支護(hù)參數(shù)見圖l。
回采巷道聯(lián)絡(luò)橫J
Ⅱ型粱
笪室
SKP22一l，1720—7400
盯型梁
3．7MDFB
U型槽鋼
16“Bx6M
2．80已．U／型槽1而鋼
叮T型粱
竹型梁
U型鋼
桿
錨索
竹型梁
盤區(qū)大巷
塑塹圇
3．0 mxl．35 rex2
w型粱
5．7MDFB
圖1 大斷面巷道交叉口處組合支護(hù)參數(shù)
(下轉(zhuǎn)1 79頁)
·177·
萬方數(shù)據(jù)
2017年第9期楊登九：掘進(jìn)機(jī)截齒失效分析及改善途徑2017年9月
發(fā)生脫落。
掘進(jìn)機(jī)多數(shù)使用的是鎬形截齒，該截齒形狀為圓
錐體，工作時(shí)與煤巖接觸是圓錐面，煤巖狀態(tài)復(fù)雜，
對(duì)截齒產(chǎn)生影響，不能在齒座內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)發(fā)生偏磨，
截齒一旦發(fā)生偏磨使得截割阻力變大，截齒磨損嚴(yán)重，
造成刀頭脫落。由于煤巖硬度高，截齒工作過程中承
受較大的反復(fù)的沖擊載荷，焊縫硬度不夠，造成刀頭
松動(dòng)，最后脫落D1。
2．3硬質(zhì)合金刀頭碎裂
通過分析，刀頭碎裂的主要原因是材料質(zhì)量問題
和焊接問題。國(guó)產(chǎn)硬質(zhì)合金中有石墨雜質(zhì)，且晶粒不
均勻，組織不均勻，同時(shí)受到反復(fù)的沖擊載荷，刀頭
長(zhǎng)期在高應(yīng)力狀態(tài)中，隨著溫度升高，刀頭硬度下降，
工作到硬度高的煤巖時(shí)，韌性不足的情況下，便發(fā)生
碎裂。刀頭和齒體材質(zhì)不同，在焊接過程中收縮程度
不同，必然存在焊接殘余應(yīng)力，在受到反復(fù)沖擊載荷
下，焊縫強(qiáng)度不足，刀頭碎裂。
3提高截齒可靠性的改善途徑
針對(duì)上述截齒失效的各種原因，從截齒設(shè)計(jì)、制
造、使用等方面進(jìn)行改進(jìn)，采取有效的預(yù)防措施，制
定相應(yīng)改善方法，以提高截齒質(zhì)量，延長(zhǎng)截齒的使用
壽命。
3．1截齒材料的選擇
選用截齒刀頭前考察煤巖硬度，選擇相應(yīng)的硬質(zhì)
合金刀頭。若煤巖硬度較小，截齒一般選擇的合金刀
頭牌號(hào)為YGl 1或YGl3。若煤巖硬度較高則選擇的合金
刀頭牌號(hào)為YG25，其中YG25的合金刀頭較前兩種含有
較多的co，有良好的耐磨性；或選用硬度高的復(fù)合硬
質(zhì)合金材料。
截齒齒體材料采用的是優(yōu)質(zhì)合金鋼，女I]35CrMnSi、
42CrMo等，截齒齒體材料普遍使用35CrMnSi，有良好
的抗沖擊能力和高的疲勞極限，但有回火脆性的缺陷，
在截齒工作過程中產(chǎn)生的高溫對(duì)截齒齒體有一定的影
響，所以在選擇齒體時(shí)考慮到綜合使用性能，可選擇
齒體材料為42CrMo的截齒。
3．2截齒制造工藝的改進(jìn)
截齒刀頭和齒體的連接形式影響著截齒質(zhì)量。傳
統(tǒng)的纖焊方式，若保證截齒硬度，則焊縫強(qiáng)度下降，
先進(jìn)的纖焊技術(shù)是將熱處理進(jìn)行結(jié)合，纖焊、熱處理
一次完成，既可以保證截齒的硬度，同時(shí)焊縫的強(qiáng)度
也不會(huì)降低。同時(shí)可采用激光熔覆技術(shù)、堆焊技術(shù)和
鑲焊合金技術(shù)對(duì)截齒進(jìn)行保護(hù)，經(jīng)驗(yàn)證采用這三種保
護(hù)方式的截齒壽命比普通截齒的壽命提高20％～25％。
3．3截齒工作方式的改善
截齒的選擇不僅考慮煤巖硬度，還要考慮工作環(huán)
境。地質(zhì)情況復(fù)雜，煤層狀態(tài)不一樣，要選擇不同的
截割速度來保護(hù)截齒，延緩截齒失效情況。在工作過
程中應(yīng)防止截齒與截割下來的煤巖發(fā)生于涉，使得齒
體不能在截齒齒座內(nèi)自由活動(dòng)而發(fā)生偏磨，長(zhǎng)時(shí)間造
成刀頭掉落。已失效的截齒要及時(shí)更換，當(dāng)?shù)额^磨去1。5
mm～3 mm，或截齒與煤巖的接觸面積大于1 cm2也要及
時(shí)進(jìn)行更換，減少相鄰截齒的負(fù)擔(dān)，延緩使用壽命。
4結(jié)語
主要對(duì)掘進(jìn)機(jī)截齒的失效形式進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，
從截齒的設(shè)計(jì)、制造工藝、使用方法等方面查找截齒
失效的原因，并提出了相應(yīng)解決措施。導(dǎo)致截齒失效
的因素涉及多方面，是從設(shè)計(jì)到工作環(huán)境等一些系列
問題的綜合積累，截齒失效的情況不能完全避免，要
以控制延緩為主，提高截齒的使用壽命。
參考文獻(xiàn)：
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接與切割，2010(2)：51-52．
(責(zé)任編輯：劉倩倩)
<>。<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>‘<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●o●<>●<>●<>●<>●<>●<>‘<>●<>●<>●
(上接177頁)
4檢測(cè)及效果
施工完成后，在巷道交叉口正中間安設(shè)1臺(tái)頂板離
層儀(3．0 1TI和8．0 m)，通過近2個(gè)月的連續(xù)觀測(cè)，該處
淺部位移為4 mm，深部位移為5 lnm；礦壓觀測(cè)結(jié)果表
明：巷道交叉口采用組合支護(hù)方式的支護(hù)強(qiáng)度能夠滿
足需要，可以有效控制巷道頂板圍巖變形。
5結(jié)語
巷道交叉口組合支護(hù)技術(shù)不僅可以有效結(jié)合架棚
支護(hù)和補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，并且可以克服單獨(dú)采用架棚
支護(hù)或補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的缺點(diǎn)。采用組合支護(hù)技術(shù)處理大斷
面巷道交叉口處的頂板隱患可以有效控制圍巖變形，
改善井下作業(yè)環(huán)境，同時(shí)提高了安全可靠性。巷道交
叉口組合支護(hù)可以平行作業(yè)，施工速度快，節(jié)省大量
的人力和物力。
參考文獻(xiàn)：
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(責(zé)任編輯：季鑫)

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