李云岗
（晋能控股煤业集团寺河矿，山西 晋城 048000）
摘 要 为了确保成庄矿 5314 大采高工作面顺利通过空巷，采用数值模拟对支柱支护过空巷效果进行分析， 设计了支柱支护充填方案和充填系统。现场试验表明，空巷最大顶板下沉量 469 mm，两帮收缩量最大为 313 mm，整体状况良好，工作面顺利通过空巷。
关键词 大采高；采煤；空巷；支护
1 概况
成庄矿 5314 大采高工作面切眼长 356 m，由 于工作面部分区域地表为村庄，原设计正常回采 约 438 m 后将进行甩刀把作业，工作面切眼长缩为 167.5 m，回采约661 m后切眼长度重新倒为356.4 m， 如图 1。但后来计划调整，对地面村庄进行了搬迁， 不再进行甩刀把作业，工作面需全部回采。原设计 工作面内部存在多条巷道和联络巷形成空巷，空巷 长度长、断面大，若不采取措施，极易在工作面通 过时造成顶板失稳、支架压架等安全事故 [1]。
2 工作面空巷分布、类型及特征
原设计工作面中的巷道在工作面推进过程中即 成为空巷，严重影响工作面的正常推进。该工作面 空巷的类型及特征主要表现为以下几个方面：
（1）巷道长度长，断面尺寸大。空巷长度 24~661 m，空巷断面高度 3.8~4.6 m，空巷断面宽度 5.0~8.5 m。
（2）存在平行于工作面倾向的空巷，巷道承 受压力大。从工作面巷道布置平面图 1 中可以看出， 53146 巷部分段、对接切眼以及联络巷均为平行于 工作面倾向布置，其中对接切眼断面尺寸最大（8.5 m×3.8 m，局部高 4.6 m）。工作面推近至此类空 巷前方时，巷道将整体承受工作面超前支承压力的 影响作用，对巷道整体稳定性造成极大的威胁。
（3）工作面采高 6.0 m，倾向长度 356 m，工 作面长度增加后，采场矿压显现特征必然更加明显， 无论是对采煤工艺、工作面支架选型，还是巷道支 护水平等都提出了较大挑战，对空巷造成的压力影 响也必然增大。
（4）空巷跨度较大，在空巷前方避不开工作 面周期来压显现，再加上大断面空巷周围较高的应 力集中，叠加应力作用致使煤壁破碎、顶板漏顶， 从而延缓工作面进入空巷速度，造成空巷内压力更 大 [2]。
图 1 工作面及内部空巷布置
3 支柱支护过空巷技术
3.1 支柱支护技术特点
充填支柱支护是一种巷旁支护技术，其特点是 初撑力大，具有一定的让压变形能力和较高的残 余支撑强度。其支撑力可以根据需要设计成一般 支撑力（单个柱子）为 100~200 t、中高级支撑力 为 200~400 t、高级支撑力为 400~1000 t 以上。充 填支柱可以设计为单层充填体或双层充填体（上 部 300~500 mm 设计为膨胀让压层，让压变形量约 100~200 mm），符合现代矿井“让 - 抗”支护理论， 可以适应矿压较大的巷道变形控制和软岩巷道变形 的控制，控制巷道底鼓，保证巷道的支护能力，对 煤矿井下过空巷、废巷、小窑区等具有非常好的针 对性 [3-4]。
3.2 支柱支护技术效果模拟分析
通过数值模拟软件 FLAC3D 对支柱支护技术过 空巷效果进行分析，模拟计算结果从图 2 中可以看 出，当工作面与空巷贯通时，在没有布置充填支柱 的情况下，两侧围岩中的应力集中系数较大，约为 2.6，围岩破坏程度较为严重，其中工作面顶板岩层 中的塑性破坏范围延伸至 4 m，工作面底板岩层中 的塑性破坏范围延伸至 3 m。当空巷内布置了充填 支柱后，采空区域的两侧围岩体中应力集中系数有 所减小，降低为 2.4。支柱对巷道顶底板起到了较 好的支护作用，围岩破坏程度有所降低，顶板岩层 中的塑性破坏范围最大为 3 m，呈拱形分布，且在 支柱上方塑性破坏明显降低，底板岩层中的塑性破 坏范围也明显减小。从图中还可以看出，支柱内部 出现了较大范围的塑性破坏，但是破坏状态多为正 在发生的剪切破坏和拉伸破坏，说明支柱在工作面 贯通过程中能够保持一定的完整性和承载性能，但 需采取快速通过、工作面调斜、煤岩体补强等合理 措施。
3.3 支柱支护方案设计
通过上述分析可知，支柱支护技术对 5314 工 作面过空巷有非常好的适应性，其具体方案设计如 下：按照巷道走向方向每排布置两个支柱，每排之 间距离（边对边距离）为 1.5 m。支柱与回采侧煤 帮距离约为 1.0 m，巷道中段共布置 178 根支柱， 支柱直径 1.0 m，高度 4.1 m。支柱布置示意图如图 3。
图 2 开挖空巷及工作面后煤岩体塑性区云图
图 3 支柱布置示意图（m）
空巷支柱充填系统：充填系统如图 4，由 2 台 定容水箱、2 台高速搅拌机、2 个盛浆桶、1 台注浆 充填泵及相关管路连接组成。 图 4 支柱充填系统示意图
4 应用效果
采用支柱支护过空巷方案后，避免了搬家倒面、 调整工作面采高等一系列复杂工序，降低了工人劳(未完待续）
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乾坤矿装的便携式螺旋支柱介绍
【联 系 人】：苏女士
【联系电话】：18075188209
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
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