交岔点U型钢支护设计方法探索

王永辉，朱艳艳



交岔点U型钢支护设计方法探索

王永辉1，朱艳艳2

(1.平顶山平煤设计院有限公司，河南 平顶山市 467000；2.平顶山工业职业技术学院，河南 平顶山市 467000)

矿山巷道交岔点为变断面，每架棚子及每节棚子尺寸均不相同，给加工、安装带来很大困难。为便于设计、加工，根据现场实践数据，通过分析提出了一种较便捷的交岔点U型钢支护设计方法。通过优化算法，在保证棚子棚腿、棚梁下料尺寸相同，通过调整半径尺寸，实现棚子的快速加工，提高了工作效率。

巷道支护；U36型钢；交岔点；设计方法

在平顶山矿区普通巷道交岔点主要采用锚网索喷支护，局部增加注浆或注浆锚索支护。但对于过老空区、穿煤层段等特殊地质条件，由于煤岩层极为破碎，为确保施工安全，U型钢支护仍然是必不可少的支护手段。平禹一矿三采区下延轨道下山上车场开口交岔点位于二1煤层之中，并且距离已采空区较近，岩层破碎,其开口的巷道−200 m轨道石门由于经常变形，已经过多少维修。根据现场实践数据，通过分析确定交岔点初次支护采用U36型钢拱形支架支护、二次支护采用注浆锚索支护。由于交岔点为变断面，每架棚子设计尺寸均不相同，并且每节棚子的尺寸也不相同，给加工、安装带来很大困难，为便于设计、加工，本文提出一种较便捷的交岔点U型钢支护设计方法。

1 工程概况

平禹一矿三采区下延轨道下山上车场为平车场，连接−200 m轨道石门和采区轨道下山，作为采区辅助运输通道，因此，在开口位置需设置正规交岔点，由于现有巷道位置限制，开口点只能位于“回口”、“运3”点之间的43 m段，此段围岩为从二1煤底板穿入二3煤顶板段，岩性为煤及泥岩，并且由于受采动影响，围岩破碎，巷道已多次翻修。因此，设计此交岔点采用U36型钢+锚网喷+注浆锚索支护。

2 U型钢支架设计方法

U型钢支护断面一般为半圆拱形或三心拱形，为降低巷道高度大断面也可设计为平顶拱形，但由于三心拱、平顶拱加工、施工困难，一般设计采用半圆拱形。为提高支架刚度，一般选用U36型钢。为便于安装，每节长度尽量不超过4 m；为抵抗巷帮侧压力，棚腿一般设5°~10°斜角；棚子节数一般为4~5节；为便于下料加工，每架棚子棚腿长度相同、棚梁长度相同；搭接长度不低于0.5 m。

2.1 设计方法

2.1.1 棚子架数确定

根据巷道中运输设备及支架高度与宽度、人行道高度与宽度、安全间隙、检修与操作空间，以及管线敷设高度与宽度计算确定，上车场交岔点主巷1-1断面、支巷2-2断面规格同−200 m轨道石门断面，为4.0 m×3.5 m半圆拱形；大断面3-3断面为7.978 m×4789 m半圆拱形。交岔点长度16.585 m，按500 mm棚距，需安装30架棚子，从第22架开始调斜，详见图1、图2中虚线所示。

2.1.2 每架棚子节数确定

根据斜率=0.30计算或在CAD中用“数据提取”提取每个断面宽度、墙高等基础参数，然后在EXCEL中制成表格，并大致计算断面掘进周长(不含底板)，以此判断每架棚子所分节数，判断方法如下：

当掘进周长超过12 m时，如果4节拱则含每个搭接、插底量0.2 m，U型钢总长度：=+0.5 m×2×(4−1)+0.2×2=15.4 m，则棚腿极有可能超过4 m，此架之后可采用5节拱。而周长11~12 m之间的棚子再根据详细计算确定节数。根据计算上车场交岔点1~11架棚子采用4节拱、12~30架采用5节拱。棚子加工如图3所示，每架棚子详细尺寸计算结果见表1、表2。

图1 交岔点平面图

图2 交岔点剖面图

表1 1~11架4节拱尺寸计算结果

表2 12~30架5节拱尺寸计算结果

图3 1~11架棚子加工图

3 结 论

本设计方法每架棚子棚腿、棚梁下料尺寸相同，只是加工半径不同，每架棚子略微增加材料消耗量，但为加工带来很大便利。安装时搭接长度500~600 mm，每个搭接点不尽相同，但均能满足煤矿安全规程要求。并且用CAD画完平、断面图后，用“数据提取”功能提取每个断面宽度、墙高等基础参数，然后在EXCEL中制表计算，为设计带来很大便捷。

[1] 郑军伟,芦海涛.U型钢巷道交岔点支护研究与应用[J].中小企业管理与科技,2013(6).

[2] 李朝峰.U型钢支护在半煤岩巷掘进中的应用技术[J].技术与市场,2016(5).

[3] 郑运福,等.矿用U型钢巷道交岔点支护技术的研究与应用[J].中州煤炭,2006(2).

[4] 王其洲,谢文兵,荆升国,等.动压影响巷道U型钢支架-锚索协同支护机理及其承载规律[J].煤炭学报,2015,40(2).

[5] 周俊帆,李大伟,李登月,等.高强U型钢支架在软岩巷道支护中的应用[J].煤炭技术,2010,29(12).

[6] 张荣立,何国伟,等.采矿工程设计手册[M].北京:煤炭工业出版社,2003.

(2018-07-06)

王永辉(1979—)，男，河南平顶山人，工程师，现从事煤矿设计工作。