拱形桁架复合支护的应用

[摘 要]在解决松软岩层巷道支护问题上，拱型桁架提供了一种新的经济有效的手段。它属于轻型支护结构。它可以与锚喷支护配合使用，其力学性能好，重量轻，使生产成本低，应用广泛。本文主要对桁架―描杆复合支护、拱形桁架―描杆―喷射混凝土复合支护等复合支护的两种形式进行了分析。

[关键词]拱形桁架；复合支护；作用

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0239-01

在解决松软岩层巷道支护问题上，拱型桁架提供了一种新的经济有效的手段。它属于轻型支护结构。它可以与锚喷支护配合使用，其力学性能好，重量轻，使生产成本低，应用广泛。

1、桁架―描杆复合支护

锚杆和拱型桁架组成的复合支护，锚杆和桁架之间相互独立、相互协调，此结构使巷道围岩的力学性质改善，增强了巷道的稳定性。用预加应力的方法把深入岩体内部的锚杆拉紧，能提高岩石分层间的摩擦阻力，使岩层弱面抗剪强度增大，同时把两支撑点间的岩层夹紧，加固巷道上方的松软岩层，并通过锚杆固结到其上部坚固的岩层上或紧挂在自然平衡拱上。被加固的松软破碎岩层会由于完整性的增加，形成梁或拱式的承载结构，使围岩的自身承载能力增加。

因其锚杆主动加固巷道围岩，使松软破碎围岩增加自身的强度，可以减少巷道围岩的变形量。同时，桁架通过张紧的锚杆，同围岩连在一起，使桁架同围岩贴的更密实，桁架的稳定性大大提高。支设后整个桁架只在两个底脚处形成两个支点，围岩略有变形，就会在桁架上形成较大的弯矩和剪力，可能使桁架过早的变形损坏。在锚杆安设后，锚杆直接压在桁架上，桁架的支点数量增加较多，相临两支点间距，即锚杆间距大大缩短，由于两支点间距的缩短，使桁架内部的弯曲应力和剪应力降低，以增加整个桁架的承载能力。

桁架两根副筋和金属网通过锚杆固定在围岩表面。两根副筋具有较强的抗拉能力，它与在这一排上的多根锚杆构成支护结构，整体性增强，要防范个别锚杆由于锚固力不足或预紧力达不到要求使局部支护失效。因其桁架与顶板间有摩擦力，顶板下沉时，副筋受拉力作用，使副筋伸长。巷道围岩表面附近的岩体拉力就部分移到桁架上，围岩的拉应力减少，这对巷道表面岩层的稳定有利。

因其桁架是个整体性立体结构，本身具有一定的承载能力，在巷道围岩松软破碎时，能托住金属网，增加顶板的受控面积，弥补锚杆支护的间隙，防止岩块冒落。在相临两根锚杆之间的桁架，相当于一段梁，有相当的刚度，能支承一部分荷载，使围岩的强度得到加强。这种弯曲变形越大，此结构提供给围岩的挤压应力越大，对围岩的稳定有利。

2、拱形桁架―描杆―喷射混凝土复合支护

根据“新奥法”施工原理，软弱岩层在开挖后要及时初喷一层混凝土，封闭围岩以避免围岩的风化及岩性的恶化，再铺设金属网和安设桁架，打锚杆眼，安装锚杆，用锚杆把桁架和金属网同围岩连在一起，形成整体。支护结构就具备了一定的承载能力，形成巷道的初次支护。根据软弱岩层巷道“先柔后刚”的支护要求，在支护初期，允许巷道出现一定的变形，释放一定压力。在巷道变形基本稳定后，进行复喷。按照具体情况，复喷应分一次或两次，喷至设计厚度，完成二次支护。最后形成拱型桁架的复合支护，如图1所示。

巷道开掘后及时初喷一层混凝土，不但能避免巷道围岩风化和阻止岩性恶化，它还可迅速的承受一部分荷载，使开掘后的巷道表面在一定程度上修复，提高巷道围岩的自承能力。

巷道复喷后整个支护结构形成具有复合支护形式的钢筋棍凝土结构。此时拱型桁架就变成了此钢筋混凝土结构的钢筋骨架。锚杆继续发挥原来的作用，金属网（或钢带）成了钢筋混凝土结构的配筋。在复喷初期因混凝土强度低，拱型桁架仍可发挥其支撑巷道围岩的作用，由于拱型衔架在刚度上同喷射混凝土匹配较好，可与巷道变形相互适应。在混凝土硬化到最终强度后，具有较高的抗压强度，此强度能消除喷层由于受压的破坏，一般情况是由于抗拉强度不够而破坏，这时拱型桁架就成了喷射混凝土的加强筋。桁架主筋主要承受拉应力，也要提高靠近喷层表面的抗压性能。桁架配筋主要承受剪应力，提高整个喷层的抗剪性能。拱型桁架结构同锚喷配合使用，能使锚喷支护结构在刚度上有较大的提高，具有较强的承载能力，维持巷道围岩的稳定。

参考文献

[1] 王敬军：壁式工作面变向推进开采技术应用，山西煤炭，2011.7.

[2] 张青：综采工作面对接与转向技术实践研究，华北科技学院学报，2010.4.

[3] 耿宏标等：复杂地质条件下的综放工作面开采技术，煤矿开采，2009.2.

[4] 王广平等：综采工作面旋转采煤工艺设计，陕西煤炭，2010.1.

[5] 王涛：大倾角工作面旋转开采技术初探，煤炭工程，2009.9.