杜晓欢 

（晋能控股集团宏泰公司，山西 大同 037000）

摘 要 为解决塔山矿 8220 孤岛工作面内错尾巷围岩变形量大、变形速度快的问题，通过对支护现状和 原因分析，提出采用混凝土支柱进行强化支护，顶底板移近量和两帮移近量分别较原支护方案减少 65% 和 60%，巷道断面收缩率减少 26%。 

关键词 孤岛；尾巷；混凝土；支柱

     晋能控股集团塔山矿 8220 工作面属于孤岛综 放工作面，开采中运输顺槽和回风顺槽受强烈采动 影响，采用传统的支护手段，该工作面巷道处于 变形 - 修复 - 变形的恶性循环中 [1]。因此，急需对 8220 工作面内错尾巷进行强化支护，并对其效果进 行综合评估。 

1 8220 工作面内错尾巷支护现状分析

    8220 工作面内错尾巷的断面形状为矩形，内错 尾巷前段的高度为 2.2 m，宽度为 4.0 m，内错尾巷 后段的高度为 2.2 m，宽度为 3.1 m，采用锚杆 + 锚 索联合支护的方式，支护效果如图 1。 

   内错尾巷顶板采用直径为 20 mm、长度为 2000  mm 的螺纹钢锚杆，锚杆间排距为 1800 mm×800  mm，每排分别布置 3 根锚杆；采用直径为 21.6  mm、长度为 5300 mm 的钢绞线，锚索间排距为 1800 mm×800 mm，每排分别布置 2 根锚索；内错 巷两帮采用直径为 20 mm、长度为 2000 mm 的圆钢 锚杆进行支护，锚杆间排距为 1000 mm×800 mm。 

（b）顶板支护 

图 1 内错尾巷支护现状（mm） 

   由于 8220 工作面属于孤岛工作面，在当前支 护状态下，8220 工作面顺槽围岩变形量大、变形速 度较快、四周来压明显 [2]。据现场观测结果，8220工作面顺槽在实际开采中受到采动的影响，顶板最 大下沉量可达 0.5 m，底板最大底鼓量可达 1.0 m， 两帮移近量平均在 0.8 m 以上，该工作面巷道变形 最严重的时候出现了顶底板的闭合情况 [3]。 

2 8220 工作面内错尾巷强化支护设计 

   综合对 8220 工作面内错尾巷当前支护参数下 巷道围岩的变形特征以及原因分析的基础上，拟通 过采用高强度混凝土支护将顶板的压力直接传递至 底板，从而减小对两帮的承载 [4]。

2.1 混凝土支护承载能力核算 

    根据 8220 工作面现场情况，要求混凝土支柱 承受的最大载荷不得小于式（1）计算结果： 

P=γhb （1） 

   式中：γ 为 8220 工作面内错尾巷顶板的岩石容 重，取值为 25 kN/m3 ；h 为 8220 工作面内错尾巷顶 板的离层厚度，取值为 7.8 m；b 为 8220 工作面内 错尾巷的平均跨度，取值为 2.4 m。 

  将上述参数代入式（1）中，同时考虑到 1.5 倍 的安全系数，要求混凝土支柱所承受的最大载荷不 得小于 1852 kN×1.5=2808 kN。 

2.2 混凝土支柱承载面积的确定 

   采用圆柱形混凝土支柱对 8220 工作面内错巷 进行强化支护。根据现场实际情况，预估算出圆柱 形混凝土支柱的半径在 0.15~0.3 m 之间。 

   分别对圆柱形混凝土支柱半径为 0.25 m、0.26  m、0.27 m、0.28 m、0.29 m 和 0.30 m 在相同载荷 作用下的承载能力进行对比，仿真结果如图 2 所示。 

（a）0.25 m （b）0.26 m （c）0.27 m（d）0.28 m （e）0.29 m （f）0.30 m 

图 2 不同半径混凝土支柱的承载效果 

（1）当半径为 0.25 m 时，混凝土支柱在离层 顶板的作用下出现了纵横交错的裂纹且相互贯通， 失去承载能力。 

（2）当半径为 0.26 m、0.27 m 和 0.28 m 时， 混凝土支柱在离层顶板的作用下出现了纵横交错的 裂纹且相互贯通，混凝土支柱的强度明显下降，几 乎失去承载能力。 

（3）当半径为 0.29 m 时，混凝土支柱在离层 顶板的作用下出现了纵横交错的裂纹且相互贯通， 混凝土支柱的强度下降，几乎失去承载能力。 

（4）当半径为 0.30 m 时，混凝土支护内部未 出现裂纹，具备足够的承载能力。

   综上所述，最终确定混凝土支柱的半径不得小 于 0.30 m。根据 8220 工作面内错巷的高度，确定 混凝土支柱高度为 2.2 m。 

3 强化支护效果 

3.1 强化支护数值模拟 

（1）数值模拟仿真模型建立。根据 8220 工作 面的现场情况，基于 FLAC3D 软件构建内错尾巷工 作面模型 [6] ，如图 3。 

图 3 内错尾巷数值模拟仿真模型 

以图 3 所构建的数值模拟仿真模型为基础， 将整个模型划分为 487 200 个单元，其中包含有 511 830 个节点。根据 8220 工作面的现场情况， 为模型施加 15 MPa 的均布载荷为上边界；下边 界取 u=v=0；左右边界为单约束边界，其中 u=0， v ≠ 0 [4]。对该工作面内错尾巷的围岩参数在模型中 进行设置，包括容重 24 000 N/m3 、弹性模量 5.04  GPa、泊松比 0.204、内摩擦角 30°、抗拉强度 60  MPa 等 [7]。 

（2）数值模拟仿真结果分析。基于图 3 建立 的内错巷数值模拟仿真模型，对采用强化支护前后 工作面内错尾巷的变形情况进行对比，对比结果见 表 1。

  如表 1 所示，在原支护方案下对应顶底板移近 量为 1210 mm，左右两帮移近量为 650 mm。采用 强化支护措施后，顶底板移近量仅为 420 mm，较原支护方案减少 65%；两帮移近量仅为 260 mm， 较原支护方案减少 60%。

表 1 强化支护手段实施前后的内错尾巷的变形对比

3.2 强化支护现场应用 

  将所设计的混凝土支柱强化支护措施在 8220 工作面实施后 [8]，在内错尾巷内布置 4 个监测点对 巷道的实际变形情况进行监测。其中，距离工作面 开切眼 600 m 的位置布置 1# 监测点，在距离 1# 监 测点 17.6 m 的位置布置 2# 监测点，在距离 1# 监测 点 31.2 m 的位置布置 3# 监测点，在距离 1# 监测点 51.2 m 的位置布置 4# 监测点。以 1# 监测点为例， 在开采期间，随着工作面的推进对应顶底板和两帮 移近量监测结果如图 4。

图 4 1# 监测点顶底板及两帮移近量随工作面推进的变化 

  综合对 2# 、3# 以及 4# 监测点顶底板和两帮移 近量数据分析，可以得出：对内错尾巷进行强化支 护后，各监测点断面收缩率较原有支护手段减少 26%，并且混凝土支护未插入底板中。 

4 结语 

  针对晋能控股集团塔山矿 8220 孤岛工作面在 开采期间受到相邻工作面采动的影响，当前支护手 段不足以对围岩进行有效控制，导致内错尾巷围岩 稳定性差，采用混凝土支柱对原内错巷进行强化支 护，总结如

（1）8220 工作面在实际开采中受到采动的影 响，顶板最大下沉量可达 0.5 m，底板最大底鼓量 可达 1.0 m，两帮移近量平均在 0.8 m 以上。 

（2）确定混凝土支柱的半径为 0.30 m，混凝 土支柱高度为 2.2 m。 

（3）对工作面进行强化支护后，经数值模拟 分析：混凝土支柱强化支护下，顶底板移近量较原 支护方案减少 65%，两帮移近量较原支护方案减少 60%。

（4）实践表明，混凝土支柱强化支护后，收 缩率较原有支护手段减少 26%，并且工作面未出现 底鼓现象，混凝土支护未插入底板中。 

【参考文献】 

［1］ 翟文立，连传杰，高贯林，等 . 孤岛工作面回 风巷让均压锚网支护技术应用 [J]. 煤矿安全， 2015，46（12）：126-129. 

［2］ 李洪彪，杨睿，焦义伟，等 . 大埋深“三软”孤 岛工作面沿空掘巷小煤柱巷道支护技术 [J]. 煤炭 技术，2019，38（05）：19-21. 

［3］ 何富连，薄云山，吴焕凯，等 . 孤岛工作面回风 巷围岩控制与支护技术 [J]. 煤炭工程，2014，46 （08）：38-40+44. 

［4］ 牛宗涛，郭俊 . 大埋深孤岛煤柱内巷道布置及支 护技术研究 [J]. 煤炭科学技术，2017，45（10）： 54-59. 

［5］ 冯腾飞，连清旺 . 孤岛工作面沿空掘巷巷道位置 及支护设计研究 [J]. 煤炭技术，2019，38（03）： 37-40. 

［6］ 李世和 . 孤岛工作面 7 m 小煤柱沿空掘巷动压巷 道支护技术研究 [J]. 中国煤炭，2018，44（06）： 60-64. 

［7］ 陈传联，王建芹 . 孤岛工作面支护技术研究与应 用 [J]. 煤炭技术，2018，37（01）：46-48. 

［8］ 徐仪昌 . 综采孤岛工作面大断面切眼联合支护技 术应用 [J]. 煤炭工程，2019，51（S1）：32-35

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乾坤矿装的便携式螺旋支柱介绍

乾坤矿装的便携式螺旋支柱是一款矿井临时支护设备，是矿井适用的金属单体支柱。

  便携式螺旋支柱由五部分组成：上承压板、上支柱、螺杆、下支柱、下承压板。 

具有轻便、结构简单、价格实惠、可回收反复使用、可远距离拆除等特点。

上承压板：
尺寸：63型号的为175mm x 175mm;

   48型号的为150mm x 150mm

上承压板主要用于增大支柱与顶板的接触面积，从而加大支柱承压重量。四个触角有利于加大支柱在支护时的抓取力度，防止滑动，确保支柱持久支护和稳固。

下承压板：
下承压板尺寸与上承压板尺寸相同： 
   63型号的为175mm x 175mm;
   48型号的为150mm x 150mm

  下承压板主要用于增大支柱与底板的接触面积，从而加大支柱承压重量。中心的回环有利于加大支柱下承压板与下支柱的契合，加大在支护时的抓取力度，防止滑动，确保支柱持久支护和稳固。

上支柱：
由无缝钢管制造而成，钢管壁厚4mm。支柱有63和48两种型号，63和48指的是钢管的直径，直径越大，支柱的承重能力越大；直径越小，支柱承压能力越小。
相对于下支柱，上支柱稍长。

下支柱：
由无缝钢管制造而成，钢管壁厚4mm。支柱有63和48两种型号，63和48指的是钢管的直径，直径越大，支柱的承重能力越大；直径越小，支柱承压能力越小。
相对于上支柱，下支柱稍短。

支柱常用的规格型号有：1.5米，1.8米，2.米，2.5米，3米，3.5米。

便携式螺旋支柱的含义：以1.5米为例，金属钢管直径有48和63两款，最高支撑高度为1.5米。该款支柱可支撑1-1.5米范围内的任意高度，其他以此类推。

钢管直径越大，支柱承重越大，可支撑高度越高；支柱高度越高，支柱承重越小。




螺杆：
支柱的螺杆由螺纹钢特制而成。

 

   特制螺杆，尺寸为80厘米，安装在支柱上以后主要用来保证支护的升缩，一般升缩在50厘米之间。我们确认的型号为拉升后可支撑的高度，比喻63-3.5.就是这根支柱最高可支撑3.5米的高度，最低可支撑3米的高度，之间可以拧动螺杆拉升，可以支撑3-3.5米之间的任意高度。
  在螺杆的中间有4个齿状设计，主要是方便员工使用时升缩方便。

  乾坤矿装的这款便携式螺旋支柱，参数经过多次试验和客户使用数据验证的，正是因为这个原因，培新矿机的这款支柱不能超高度超承载能力使用，超高和超载使用将影响支柱的稳定性，甚至发生安全事故；也正因为这个原因，本着客户至以上，一切从客户的利益出发的原则，培新矿机不提供定制和特殊规格的制作。为此，很多客户不理解，指责我们不满足客户需求。

  其实，这款支柱自从研发十年来，我们的客户遍布全国各地，得到了客户的一致好评，虽然我们拒绝过不少的客户，但十年来，我们从没有因为质量和使用问题接到客户投诉，是一款轻便、简单、实用、实惠的好产品。

便携式螺旋支柱适用范围：

1、所有采场风爆工、出渣工、支护工作业时；

2、顶板破碎、倒三角节理发育、岩石不稳固的掘进工程作业时；

3、巷道破碎进行永久支护前。

便携式螺旋支柱使用方法和要求：

1、作业人员经过通风 、洒水、处理完松石后方可进行螺旋支柱支护；对上盘不稳固的采场要用锚杆和螺旋支柱结合支护。

2、支护时首先要根据矿体倾角或岩石破碎情况选择好支柱使用地点，在支柱的上下端均垫加长度适宜的木板，沿进入作业面的方向向前逐根支护，调整支柱顶住顶底板，用套管将丝杠拧紧确认无误后，方可进行作业。对当场用两根撬棍也无法撬下、需动炮处理的松石，对顶板破碎及上下盘围岩滑帮比较明显的采场，对上部有采空区的地点，必须进行加密支护。

3、便携式螺旋支柱支护时必须根据作业面的采幅宽度和顶板压力来确定使用支柱的数量，每个矿房不少于15根螺旋支柱。2米以上采幅采用双排支柱支护，1.5米以下的采幅采用单排支护，但不论是单排还是双排支柱支护，顶部都必须加承压板、木板等护住顶板，以加大接触面积。

4、便携式螺旋支柱不能超高度超承载能力使用（具体要求见附表），超高和超载使用将影响支柱的稳定性，甚至发生安全事故。

5、作业过程中，作业人员要经常检查丝杠松紧和顶板变化情况，及时将支柱拧紧，确保作业安全。

6、风爆工装药结束后，要按顺序由前向后依次拆卸支柱并清点数量；拆卸支柱时要及时观察顶板变化情况，发现异常立即停止拆卸，迅速撤离。

7、出渣工和支护工作业完毕后，须对丝杠重新紧固确认无误方可离开作业现场。撤下来的支柱须将螺母调至最低点，将丝杠置于套管内进行防护。

便携式螺旋支柱使用规定

1、无论作业现场的岩石结构是否存在危险，出渣工、风爆工在进行采矿或掘进作业时必须使用、支护工在顺路支护时必须使用、使用时必须按照上述方法规范支护。

2、把螺旋支柱的使用作为作业现场安全确认的重要内容，带班长或跟班领导必须在确认卡上填写支柱使用情况。

3、螺旋支柱要作为工具进行管理，要及时涂油防锈。使用时必须轻拿轻放，不得随意乱扔。

4、支柱外表出现损伤（如开裂、压扁、明显弯曲等）不能继续使用。

【联 系 人】：苏女士

【联系电话】：18075188209  

 

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