关于矿井交岔点设计研究

2013-04-10陈旭

河南科技 2013年4期

关键词：圆弧跨度型钢

陈旭

(河南理工大学能源学院，河南焦作 454150)

1 交岔点分类

矿井巷道交岔点的结构形式，可分为柱墙式交岔点和穿尖交岔点两种;其断面形状宜与相连接的巷道断面形状相同。

1.1 柱墙式交岔点

柱墙式交岔点，在围岩的巷道中均可使用。交岔点长度内两条巷道的相交部分，形成一个渐变跨度的大断面，最大断面的跨度和拱高是由相交巷道的宽度和柱墙的宽度来决定的。这种交岔点与穿尖式交岔点相比，巷道工程量较大，施工时间较长，但具有受力条件好，容易维护等特点。

1.2 穿尖式交岔点(又叫简易交岔点)

穿尖式交岔点一般在围岩稳定坚硬，跨度小的巷道中使用。在交岔点的长度内，其相交部分保持各自的巷道断面。拱高是以自身的跨度来决定。因此，碹岔中间断面的高度不超过两相交巷道中宽巷的高度。由于长度短、拱高低、断面尺寸不渐变，从而使工程量减小，施工时间缩短，通风阻力小，也使设计工作简化。但与柱墙式交岔点在相同条件下具有的拱部承载能力小、仅适用于围岩稳定、坚硬、跨度较小的巷道。

2 矿井各类巷道使用交岔点类型

2.1 矿井井底车场、水平运输大巷、采区上、下部平车场、中部甩车场或服务年限较长的各类巷道都必须使用正规柱墙式交岔点，同时应根据巷道围岩的软、硬程度选择应用半圆拱、圆弧拱和三心拱。

2.2 采区各类车场、岩中巷和横川等处的交叉点在运输量较小，过车不频繁的情况下应尽量选用穿尖式交岔点，但巷道转角应大于45°以上。

3 交岔点参数尺寸

巷道交岔点的布置和断面设计应满足矿井井下运输、管线布置、通风、行人和安全的要求;所用钢轨轨型，应与其相连接的直线巷道的轨型相一致，也可选用大一级的钢轨型号。交岔点道岔型号及曲线半径应根据所采用的运输车辆的型号、运量和运行速度确定，并应符合《煤矿矿井井底车场设计规范》中有关规定。

轨型(kg/m)运输设备牵引设备类型轨距(mm)撤叉号码矿车类型单开对称平曲线半径(m) 20t以上机车5.0t及其以上底卸式900 38－43 6 4 40－50 14－20t机车3.0t底卸式 900 30－38 5、6 4 30－35 5.0t底卸式900 30－38 6 4 30－40 1.0t固定式 600 30 4、5 3 15－20 1.5 t固定式 600 30 4、8－12t机车5 3 15－20 1.5 t固定式 900 30 4、5 3 20－25 3.0 t固定式900 30 5 4 20－25 3.0 t底卸式600 30 5 4 25－30 5.0 t底卸式 600 900 30 5、6 4 30－40

轨型(kg/m)运输设备牵引设备类型轨距(mm)撤叉号码矿车类型单开对称平曲线半径(m) 1.0t固定式7t及其以下机车600 22 4 3 12－15 1.5 t固定式 600 900 22－30 4、5 3 15－20 3.0 t固定式 900 30 4、5 3 20－25无极绳绞车 1.0t固定式 600 15－22 4、5 3 30－50 4 3 12－15 1.0t固定式 600 15－22 2、非机械牵引3 3 9－12 1.5 t固定式 600 900 15－22 3、4 3 9－12 3.0 t固定式 900 22 3、

在满足安全使用的前提下，尽量减少交岔点的工程量、减小交岔点最大断面的跨度与高度对整个交岔点的稳定是关键。

关于交岔点平面尺寸确定请参考采矿工程设计手册(下册)第二章第一节的有关内容进行确定和计算。

3 交岔点支护方式的选择

交岔点的支护形式由砌碹、锚喷、锚网喷、棚式及复合支护等，矿井井底车场、水平运输大巷、采区上、下部平车场、中部甩车场及服务年限较长的各类巷道交岔点应优先选择锚喷、锚网喷。交岔点尽量布置在稳定的岩层中，对埋深超过600m或地压显现严重的地区和岩层中、围岩破碎及易风化时建议采用锚网喷、壁后注浆加固围岩、加锚索等联合重复支护，必要时可采用砌碹支护。

3.1 锚网喷支护

在坚硬岩层中的巷道交岔点，可单独采用锚杆支护，受到采动影响的巷道交岔点，可使用柔性托架、金属网背板支架;在复杂的地质条件下，应采用锚杆组合支架。

(1)锚杆长度应与围岩松动圈相匹配，但不应小于2m，直径不小于20mm，药卷不小于500mm，锚杆间排距不小于600mm.

(2)锚杆组合支护的形式及结构。巷道交岔点锚杆组合支架由锚杆、托梁和背板(或金属网)组成。

用锚杆支架支护巷道交岔点时，在交岔点区域和离交岔点1～2m的分巷道区段内，应增大锚杆安设密度(比分岔巷道提高1～2倍)或者增加锚杆长度。在交岔点范围内，既增大锚杆的安装密度，又增加锚杆的长度，交岔点锚杆支架用的刚性托梁，一般用扁钢、槽钢、矿用U型钢制作或用钢筋焊接而成。此外，交岔点锚杆支架还可用由扁钢制作成预应力柔性托梁。托梁的两端设置专用定位器，使托梁紧贴在交岔点巷道顶板上，从而形成“支架—岩石”预应力结构体系。通过托梁中间孔安装锚杆，以提高支护强度。

组合锚杆支护的巷道交岔点，在主岔巷道纵向布置四条扁钢托梁锚杆支架，并拉紧交岔点区的顶板和煤柱的金属网，以钢丝绳来加强交岔点处锚杆支架。钢绳的两端同锚杆固定在交岔点两帮。在交叉点两帮的拐角处，拧紧锚杆螺帽时，卡箍随着移动，并拉紧钢丝绳。钢丝绳固定拉紧后，再安设交岔点顶板锚杆。

巷道交岔点处的煤(岩)柱用锚杆、柔性托梁、金属网加固。当煤(岩)柱厚度小于2m时，可用两端头螺纹的拉杆穿通煤(岩)柱拉固，拧紧拉杆和锚杆螺帽能可靠地加固煤(岩)柱。另外还可用树脂浆液封堵裂隙，加固煤(岩)，可获高于裂隙岩层强度1～2倍的整体坚固的岩层。

锚杆联合支护中，锚杆作为加固型支架能阻止岩石离层，并有助于使作用在支撑式支架上的荷载更均匀地分布，锚杆与支撑式支架可以交替支护。在地表垂深较大时，可采用矿用U型钢可缩支架和钢筋网、锚喷三层联合支护结构及缓压施工方法，其施工顺序为首先喷射50～80mm厚砂浆封闭围岩，允许围岩与支架同步变形。若封闭喷层脱落，则进行复喷，不使围岩暴露。当围岩变形趋向稳定后，进行第二次支护。第二次支护为圆钢制作的200mm×200mm钢筋网，绑扎在U型钢骨架上，然后将骨架和钢筋网喷平、喷齐形成三角交岔点的永久支护。

(3)锚网喷支护中对锚网应采用直径不小于4mm的冷拔丝点焊网，喷浆厚度保持在100－200为宜，喷浆强度不小于C30。

3.2 复合支护

随着矿井采深的增加，巷道压力逐步增大，为了保证巷道的稳定性支护形式上应选择复合支护，一般采用锚网喷、锚索和壁后注浆加固联合支护。

(1)锚索的深度及数量应根据交岔点的长度、跨度和围岩情况确定，交岔点较长、跨度较大和围岩破碎时，锚索深度应考虑锚固到顶板坚硬的岩石中，一般深度在10～15m左右，不少于7m;锚索应按五花眼进行布置锚索支护长度应以主巷断面5米外开始到支巷5米外;锚索的间排距根据断面大小进行调整，但应不大于3m。

(2)注浆加固应全断面进行，当底板围岩不稳定时，应进行底板加固。注浆加固终孔压力不得小于3MPa，建议采用长短孔注浆，孔深应与锚索长度相匹配，但不的小于2m。

3.3 棚式金属支架交岔点

棚式交岔点是交岔点常用的形式，在矿井各类巷道中应用较多，下面将此类交岔点单独列出进行分析。

(1)形式

金属支架是采准巷道交岔点支架的主要形式;通常采用矿用U型钢和工字钢制作，在交岔点的关键部位(拐角处和最大跨度处)要浇灌混凝土柱墩，或设置金属抬棚，或用锚杆支护加固顶帮。

交岔点金属支架与巷道金属支架的主要不同之处是:交岔点跨度大，需要加密支架;交岔点处巷道断面在变化，需要采用非标准巷道拱形支架;交岔点处高度大，为节省开挖量，通常改变拱顶形状，由半圆拱改为圆弧拱或三心拱;应满足井下支架的运输、安装方便和可缩性要求。

(2)结构

1 )交岔点U型钢拱形金属可缩支架:巷道交岔点U型钢金属可缩支架形式有完全拱顶形U型钢可缩支架和不完全拱平顶形U型钢可缩支架。不完全拱平顶形U型钢可缩支架适应于较稳定、不易破碎的岩层中拱形断面的采准巷道交岔点支护，要求如下:①在交岔点小跨度处用4节U型钢金属拱形支架，两节为标准拱腿，两节为弓形顶;②在交岔点大跨度处用5节U型钢金属平顶型支架，两节为标准拱腿，两节弯曲的标准拱腿，一节平顶梁;③全部交岔点组合支架的间距均为0.5m。可根据地质条件，调节支架间距，增减组合支架数目;④五节拱形U型钢金属支架可用槽钢与长2.0m锚杆组成的锚梁加固(必要时采用锚索加固)，以保证交岔点拱形U型钢支架的稳定。

2 )交岔点工字钢梯形金属刚性支架:在围岩f＞4，不受采动影响，位移量小的静压巷道交岔点，可用梯形工字钢金属刚性支架。通常梯形支架的立柱和顶梁采用工字钢。立柱上端焊接一块槽钢，下端焊接钢板。支架顶梁离两端225mm各焊一块等边角钢。借助立柱上端焊接的槽钢和顶梁两端焊接的角钢，保证立柱与顶梁连接。