徐 辉 1 ，李伟康 2，3，张祚竟 2，3，曹远威 2，3
(1.华润天能煤电有限公司 龙固煤矿，江苏 徐州 221000；2.中国矿业大学 矿业工程学院，江苏 徐州 221116；3.煤炭资 源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 221008）
［摘 要］ 针对阳煤一矿采空侧巷道超前支护段变形严重现象，提出采用瑞米支柱材料支护 采空侧巷道，设计了瑞米支柱材料参数，材料抗压强度达到 15~18 MPa，支柱直径 600 mm、中心距 1.6 m。给出了瑞米支柱支护工艺与注意事项，并布置了两组测站对 围岩变形量进行监测。现场实测数据显示，瑞米支柱能够控制采空侧高应力巷道围 岩变形量，是一种很实用的新型支护方式。 ［关键词］ 采空侧巷道；超前支护；瑞米支柱；矿压监测
0 引 言
近年来，随着煤炭开采强度的日益加大，逐渐 进入深部开采，地质条件日趋复杂，矿山压力显现 也日益显著［1－3］ 。阳煤一矿经过多年实践，虽然在 巷道支护改革和设计方面取得了一定成效，推广 应用了 21.6 mm 大直径锚索，并在回采期间对采空 侧巷道进行超前加强支护，但随着矿井进入深部开 采，巷道支护强度不断加大，仍不能有效控制采空 侧巷道变形，严重影响矿井高产高效。因此，在采 空侧巷道的支护材料设计方面仍需要深入研究。
1 试验巷道采矿地质条件
阳煤一矿 8710 工作面开采煤层为 15# 煤层， 该面构造形态为一宽缓的单斜构造，走向长度 1 611 m，倾斜长度 180 m，煤层厚度 6.5 m，煤层倾 角 5°，工作面可采面积为 115 300 m2 。8710 工作 面地面标高为 +29.7～+30.9 m，地势平坦，工作面 距地面垂深 360.18～388.50 m。试验巷道布置如 图 1 所示。
1 试验巷道布置示意图
8710 工作面煤层直接顶为黑色泥岩，平均厚 1.23 m，节理发育，含炭质、黄铁矿及植物化石。基 本顶为深灰色石灰岩，平均厚度 1.63 m，节理发 育，夹二层黑色泥岩。直接底为灰黑色砂质泥岩， 平均厚度 3.87 m，含铝质及植物化石，局部含炭质。 基本底为灰色细砂岩，厚 2.26 m，致密、坚硬，层理 发育，局部夹有煤屑。综合柱状图如图 2 所示。目 前工作面已推进 200 m，周期来压步距约为 30 m， 回风巷净断面宽 4.7 m，高 3 m。巷道顶板和临近 上一工作面采空区侧的煤柱帮采用单体柱、π 型梁加大直径锚索支护。受采动压力的影响，在距工 作面前方 50 m 左右超前支护段，巷道高度只有 1.6 m 左右，宽度为 2.5 m 左右，在 150 m 左右处 巷道底鼓严重，300 m 左右处巷道动压影响明显。 巷道变形严重影响了工作面的安全生产，巷道安 全高度、运输和通风受到很大的制约，给安全带来 很大的隐患。
图 2 阳煤一矿 8710 工作面综合柱状图
2 超前支护材料
2.1 瑞米支护材料简介
瑞米支柱又叫可注式支柱，起源于德国，经过 多年的现场应用和配比改进，现广泛应用于英国、 美国、波兰等国家的矿山支护中［4］ 。它是将两种无 机料与水按比例搅拌后通过注浆泵输送到一定距 离的袋子里。瑞米支柱的袋子现常用的是 PVC 涂 覆布，其主要成分是尼龙。具有防火、抗拉强度大、 延展率大等特点。该支柱 1 h、1 d、1 周的发育强度 分别平均为：1.3 MPa、2.4 MPa、8.0 MPa。28 d 后可 达 11.0 MPa 以上。该工艺目前已在国内成功应 用，属成熟技术［5］ 。瑞米支护如图 3 所示。
图 3 瑞米支柱
2.2 瑞米支柱材料参数设计
（1）使用两种材料。即下部 2.5 m 高度范围内 采用抗压强度可以达到 15~18 MPa 的瑞米支柱专 用材料，上部 0.5 m 范围内采用瑞米密闭 2 号，一 定程度上起到了让压保护作用。
（2）在顶板条件不好的地方，瑞米支柱顶端 设一块木质或硬质塑料垫板，垫板为圆形，直径大 于 800 mm，厚度大于 50 mm，以保证顶板压力均 匀作用在瑞米支柱截面上。
（3）瑞米支柱外袋采用特殊材料加工而成。 瑞米支柱设计示意图如图 4 所示。
图 4 瑞米支柱设计示意图
2.3 支护方案设计
回风巷采用 φ600 mm 的瑞米支柱支护，中 心距 1 600 mm，支柱距两帮 300 mm 各支设 1 排。 瑞米支柱充填材料全部采用瑞米密闭 1 号，由瑞 米公司提供的技术参数为：该支柱抗压强度为 4~ 11 MPa，φ600 mm 的瑞米支柱理论承载能力为 113~311 t/ 根，实际承载能力为 68~186 t/ 根。瑞米 支柱支护巷道布置示意图如图 5 所示。
图 5 瑞米支柱支护巷道布置示意图
2.4 施工工艺与注意事项
（1）施工工艺。①准备现场所需材料，将设 备、注浆管等运到位置。连接注浆管、电源、水源，调试设备准备注浆。②注浆时进料速度为 30 kg/min， 进水15 L/min，水灰质量比为 2∶1。注浆开始后 3 min 时测量浆液的密度，观测出料情况，如发现 配比不正确应该及时进行调整。③施工完毕后清 理设备及现场卫生。
（2）注意事项。①根据材料的化学反应特点， 应同时对至少 5 个瑞米支柱依次灌注。②瑞米支 柱的袋子应提前挂好，并将 4~5 根长度和瑞米支 柱高度相当的木棍捆绑在袋子周围。③最后接顶 时应连续注压一定时间，当浆液从顶板大量流 出无法进行封堵时方可停泵注浆，以保证接顶效 果［6］ 。
3 支护效果
3.1 矿压观测方案
为了监测瑞米支柱的支护效果，特在瑞米柱 前 25 m 以及瑞米支柱以里 25 m 处布置了测站 1 和测站 2 两组观测站，采集巷道变形量及支柱载 荷。
3.2 观测结果
测站 1：回采期间，单体柱压力持续上升，由 初始的 71 kN 上升至 301 kN。此后，该处巷道变 形逐渐趋于稳定。顶底板最大下沉量为 300 mm， 两帮移近量为 230 mm。
巷道围岩变形与距工作面距离的关系如图 6 所示。
图 6 测站 1 处巷道围岩变形与工作面距离关系
测站 2：回采期间，支柱载荷明显上升，压力 值达到了 228 kN，单体柱未出现钻底现象，同时 巷道断面变形量较小，该处巷道顶底板移近量达 到 160 mm，两帮收缩量为 90 mm。
巷道围岩变形与距工作面距离的关系如图 7 所示。
图 7 测站 2 处巷道围岩变形与工作面距离关系
3.3 现场效果
瑞米支护试验巷道的现场情况如图 8 所示。 从图 8 中可以看出，瑞米支护接顶效果较好，围岩 变形量较小，取得了满意的效果。
图 8 瑞米支护现场效果
4 结 论
瑞米支柱能够很好地控制采空侧高应力巷道 围岩变形，使巷道顶底板下沉量和两帮移近量都 控制在合理的范围内。对于同类采空侧高应力巷 道的支护有很大的借鉴意义，应加以推广。
［参 考 文 献］
［1］康红普，王金华，林健，等. 煤矿巷道支护技术的研究 与应用［J］. 煤炭学报，2010，35（11）：1809-1814.
［2］康红普，王金华，林健. 煤矿巷道锚杆支护应用实例分 析［J］. 岩石力学与工程学报，2010，29（4）：649-664.
［3］董方庭，宋宏伟，郭志宏，等. 巷道围岩松动圈支护理 论［J］. 煤炭学报，1994，19（1）：21- 32.
［4］古全忠，周光华，杨德，等. 瑞米支柱在软顶巷道的支 护应用［J］. 煤矿开采，2009,14（3）：70-71.
［5］李奎，马守龙. 瑞米注浆加固施工技术在刘庄煤矿的 应用［J］. 山西建筑，2010，36（10）：135-136.
［6］李洪刚，杨德. 用“瑞米支柱”进行软岩巷道维修、支护 的探索与实践［J］. 煤炭工程，2009，5（8）：50-52.
［作者简介］ 徐辉（1986-），男，助理工程师，本科学历，主要从事煤 炭生产管理工作。
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乾坤矿装的便携式螺旋支柱介绍
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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，乾坤矿装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，乾坤矿装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。
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