吕海波

摘要：近几年来，矿井面临开采深度不断加大，巷道埋深日益增加，巷道地压显现明显，对所属巷道支护设计要求也不断提高，一部分处于下分层的巷道使用的U36拱形支护（可缩型支架）在大型地质构造及“孤岛式”煤柱区域，受地压影响对巷道两帮及顶底板收敛量观察，往往无法满足巷道设计服务年限，为解决地压大对支护材料产生的反作用力，必须对原有支护材料进行改进，故优化加强U型钢拱形支护强度。

关键词：地压；改进；优化

本文在经过理论计算后，绘制图纸并加工出产品，然后结合井下使用单位，为使用此产品前和使用此产品后的测量数据数据进行汇总和对比，认为达到了预期的效果，结果比较满意。

一、深井开采现状及面对的问题

（一） U型支架使用现状

U型钢支架是一种良好的并且被广泛应用于矿山井下的有效且合理的支护工具，虽然初期投资费用较为高昂，但因其具有良好的韧性性能，在深层复杂的巷道以及松软煤层巷道中应用的尤为广泛，其特点是支撑力高，支护强度大，在浅层矿井地压不大的情况下，有轻微的变形可较为容易的进行回收修复，修复后可以重新投入使用，节约支护成本，为企业节约开支。

（二）U型钢支架改进的必要性

近几年来，随着矿井开采深度的不断增加，开采条件日趋恶化，巷道维护难度增加，维护成本增高，矿压也随着深度的增加而越来越大，在深部高应力地压的作用下，围岩移动较浅煤层更为剧烈，巷道由于压力过大导致变形破坏的事情越来越严重。在超过700米的深层矿井中，巷道矿压问题普遍存在，且巷道变形比较严重，矿井深度超过1000米时，其失修率约为同等条件下500米到600米深度巷道失修率的2-14倍，巷道维护的费用约为同等条件下200米到300米深度巷道维护费用的10-20倍。

所以，为了在深度矿井中实现更大的支护强度和更高的支撑力，保证深层矿井开采时的安全生产，对现有U型钢支架进行优化改良，在降低巷道失修率的同时，也可以降低巷道维护的费用，增强巷道的安全性，降低吨煤成本，提高煤炭企业的经济效益。

二、煤炭企业深层矿井开采的问题

深层矿井一般指开采深度超过800米的矿井，而我单位所属平煤股份一矿采深也超过了700米，其具有以下特点：

深度矿井地压加剧，巷道维护困难

矿井采深不断增加所带来的问题，就是地压的加剧，深度越深，井下开采条件越差，不确定因素也越多，导致的结果就是巷道维护的难度成倍增长，生产成本增加。随着地压的增大，深部的高应力作用导致围岩移动更加剧烈，超过700米的巷道中，底鼔现象普遍存在，而且传统U型钢支架由于地压过大而导致变形的数量增多，大多数支架变形较大且无法修复，巷道维护压力大。

三、生产费用升高，影响经济效益

随着采深的增加，由于地质条件、勘探强度、地压、地温等各种因素的影响，都要采取一定的应对措施，需要增加设备，对现有的支护方式进行优化，加强其支护能力，或者采用更加先进的支护方式来应对越来越强的地压及巷道变形带来的巷道维护压力。开采一个工作面需要一段时间，如果不加强支护能力，巷道维护成本务必会成倍增长，而这些情況到最后都会使得吨煤成本升高，直接导致经济效益的减少。、

图b中支护体的承受能力随着两侧肩部偏载的加大而迅速下降，如果两侧和顶帮的承载力相等，支护承载能力不到均布受力的1倍，当两侧肩部承受的压力相等时，随着载荷的增加，支架可承载能力也逐渐增大；这表明了U型钢支架拱形部分在受力均匀时才能更好的发挥其承载能力，由此说明需要对有间隙、不均匀的地方进行填充操作。

由于拱形支架的承载能力主要针对拱形部分，两帮受力无论是均匀还是偏载，随着两侧巷道变形量的加剧，支架的支撑力都会随着两帮支撑的变形急剧下降。两帮承载力较小，拱形部分承担较多压力的时候，支架能更大的发挥其整体的支护作用。按照设定的情况来计算，最坏的情况下支架的承载力约为支护均匀时候承载力的0.1倍左右；而两帮压力较小，拱形部分均匀受力时，整个支架的承载力可以达到压力均匀分布时承载力的4倍以上。

四、U型钢支架优化后效果分析

对U型钢支架最容易变形部分的优化和对卡揽强度工艺的改进，通过在测试风巷工作面进行U36加强卡揽的应用有效抑制巷道位移及地压对支架破坏的影响。U36加强卡揽设计改进并得到实施后，经现场跟踪调查，监测获得的数据资料看，支护效果非常显著，达到了预期目的，并节约了大量的材料消耗，降低了维修费用。

U36支架改进前，井下施工现场实际运用后，并通过后期巷道维修中，现使用的U36支架在可缩型支架的摩擦强度以及抗拉伸强度上往往不能满足支护要求，尤其在矿井特定地段如地质构造带附近的U36拱形支护，多出现拱顶变形及搭接处卡揽张紧螺丝的开裂，对煤矿井下安全生产埋下不良隐患。

U36支架改进后，经井下施工现场综合分析以及巷道围岩变形数据观测，巷道顶板及两帮测压控制较好，且加大了U36棚梁与棚腿的闭合摩擦阻力。

参考文献

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[2]张宏学，姚卫粉，王运臣.深部软岩巷道U型钢支架承载能力增强技术[J].煤炭科学技术，2013，（02）：39-41.endprint