王永輝，朱艷艷

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交岔點U型鋼支護設計方法探索

王永輝1，朱艷艷2

(1.平頂山平煤設計院有限公司，河南 平頂山市 467000；2.平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，河南 平頂山市 467000)

礦山巷道交岔點為變斷面，每架棚子及每節(jié)棚子尺寸均不相同，給加工、安裝帶來很大困難。為便于設計、加工，根據(jù)現(xiàn)場實踐數(shù)據(jù)，通過分析提出了一種較便捷的交岔點U型鋼支護設計方法。通過優(yōu)化算法，在保證棚子棚腿、棚梁下料尺寸相同，通過調(diào)整半徑尺寸，實現(xiàn)棚子的快速加工，提高了工作效率。

巷道支護；U36型鋼；交岔點；設計方法

在平頂山礦區(qū)普通巷道交岔點主要采用錨網(wǎng)索噴支護，局部增加注漿或注漿錨索支護。但對于過老空區(qū)、穿煤層段等特殊地質(zhì)條件，由于煤巖層極為破碎，為確保施工安全，U型鋼支護仍然是必不可少的支護手段。平禹一礦三采區(qū)下延軌道下山上車場開口交岔點位于二1煤層之中，并且距離已采空區(qū)較近，巖層破碎,其開口的巷道?200 m軌道石門由于經(jīng)常變形，已經(jīng)過多少維修。根據(jù)現(xiàn)場實踐數(shù)據(jù)，通過分析確定交岔點初次支護采用U36型鋼拱形支架支護、二次支護采用注漿錨索支護。由于交岔點為變斷面，每架棚子設計尺寸均不相同，并且每節(jié)棚子的尺寸也不相同，給加工、安裝帶來很大困難，為便于設計、加工，本文提出一種較便捷的交岔點U型鋼支護設計方法。

1 工程概況

平禹一礦三采區(qū)下延軌道下山上車場為平車場，連接?200 m軌道石門和采區(qū)軌道下山，作為采區(qū)輔助運輸通道，因此，在開口位置需設置正規(guī)交岔點，由于現(xiàn)有巷道位置限制，開口點只能位于“回口”、“運3”點之間的43 m段，此段圍巖為從二1煤底板穿入二3煤頂板段，巖性為煤及泥巖，并且由于受采動影響，圍巖破碎，巷道已多次翻修。因此，設計此交岔點采用U36型鋼+錨網(wǎng)噴+注漿錨索支護。

2 U型鋼支架設計方法

U型鋼支護斷面一般為半圓拱形或三心拱形，為降低巷道高度大斷面也可設計為平頂拱形，但由于三心拱、平頂拱加工、施工困難，一般設計采用半圓拱形。為提高支架剛度，一般選用U36型鋼。為便于安裝，每節(jié)長度盡量不超過4 m；為抵抗巷幫側(cè)壓力，棚腿一般設5°~10°斜角；棚子節(jié)數(shù)一般為4~5節(jié)；為便于下料加工，每架棚子棚腿長度相同、棚梁長度相同；搭接長度不低于0.5 m。

2.1 設計方法

2.1.1 棚子架數(shù)確定

根據(jù)巷道中運輸設備及支架高度與寬度、人行道高度與寬度、安全間隙、檢修與操作空間，以及管線敷設高度與寬度計算確定，上車場交岔點主巷1-1斷面、支巷2-2斷面規(guī)格同?200 m軌道石門斷面，為4.0 m×3.5 m半圓拱形；大斷面3-3斷面為7.978 m×4789 m半圓拱形。交岔點長度16.585 m，按500 mm棚距，需安裝30架棚子，從第22架開始調(diào)斜，詳見圖1、圖2中虛線所示。

2.1.2 每架棚子節(jié)數(shù)確定

根據(jù)斜率=0.30計算或在CAD中用“數(shù)據(jù)提取”提取每個斷面寬度、墻高等基礎參數(shù)，然后在EXCEL中制成表格，并大致計算斷面掘進周長(不含底板)，以此判斷每架棚子所分節(jié)數(shù)，判斷方法如下：

當掘進周長超過12 m時，如果4節(jié)拱則含每個搭接、插底量0.2 m，U型鋼總長度：=+0.5 m×2×(4?1)+0.2×2=15.4 m，則棚腿極有可能超過4 m，此架之后可采用5節(jié)拱。而周長11~12 m之間的棚子再根據(jù)詳細計算確定節(jié)數(shù)。根據(jù)計算上車場交岔點1~11架棚子采用4節(jié)拱、12~30架采用5節(jié)拱。棚子加工如圖3所示，每架棚子詳細尺寸計算結(jié)果見表1、表2。

圖1 交岔點平面圖

圖2 交岔點剖面圖

表1 1~11架4節(jié)拱尺寸計算結(jié)果

表2 12~30架5節(jié)拱尺寸計算結(jié)果

圖3 1~11架棚子加工圖

3 結(jié) 論

本設計方法每架棚子棚腿、棚梁下料尺寸相同，只是加工半徑不同，每架棚子略微增加材料消耗量，但為加工帶來很大便利。安裝時搭接長度500~600 mm，每個搭接點不盡相同，但均能滿足煤礦安全規(guī)程要求。并且用CAD畫完平、斷面圖后，用“數(shù)據(jù)提取”功能提取每個斷面寬度、墻高等基礎參數(shù)，然后在EXCEL中制表計算，為設計帶來很大便捷。

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(2018-07-06)

王永輝(1979—)，男，河南平頂山人，工程師，現(xiàn)從事煤礦設計工作。