掘进前探梁临时支护选型

1、掘进前探梁临时支护选型 一、引语 在我国掘进巷道目前广泛使用的吊梁式前探梁， 吊梁材料的 选取不外乎有如下四种：外径不小于 75?的钢管； 9#或 11#工字 钢；矩形截面n型梁；轻型钢轨。且当前矿井掘进选用钢管或 轻轨加工前探梁的居多。总体来说，前探梁的选材随意性较大， 规程中一般也没有经过科学的验算， 没有统一的标准或规范， 安 全无保障。 二、前探梁的选型与验算 掘进吊梁式前探梁是一种悬臂梁， 其主要承受载荷的破坏方 式是弯曲破坏。依材料力学知，用于加工梁的金属材料，其抗弯 截面模量的大小不仅与梁的截面积有关，且与其截面形状有关。 就用料经济与梁的承载能力而言， 在相同大小截面条件下，

2、工字 形截面比矩形截面合理，矩形截面比圆形截面合理。因此，在选 用前探梁金属型材时，首选工字型截面的型钢比较合理。 前探梁选型及验算步骤如下： 1、根据巷道宽度、顶板岩性及掘进循环进度，估算前探梁 的载荷大小。 按照普氏破坏拱理论，来确定巷道围岩松动破坏区的范围。 松动区的岩石可视为松散体， 松动体的形状为抛物线形拱， 拱高 为b，拱垮为2a+2c，掘进迎头的前探梁需承载起巷道空顶范围 内破坏区顶板煤岩的荷载需不致使其弯曲破坏。 巷道一帮的破坏范围为 式中巷道周边挤压应力集中系数， 其值按巷道形状和巷 道高度比确定。一般取 =3.0 ； 岩层平均质量密度与当地自由落体加速度之积，取 =25.4

3、8KN/m3； 采动影响系数，当两侧均为实体煤时，取 =1;非实体煤 时见下表取值。 采动应力集中系数 k 取值表 注:B为实际煤柱尺寸,BL为采动影响下的极限稳定煤柱宽 度，按下式计算： BL=15.43+0.098H（10MPa） 帮部煤（岩）的单向抗压强度，煤取15.5 MPa,中性岩 层取=29.5MPa；强度高时取 33MP 两帮煤（岩）层的内摩擦角，=，煤取=45;中等岩层 取 70，高强度岩层取 80。 巷道高度，m。 H巷道埋深，m。 顶板最大松动范围可按下式预计： 式中： 巷道的半跨距， m； b顶板岩层松动高度，m； 煤帮松动宽度， m； 顶板岩（煤）层的平均坚固性系数；

4、每根前探梁需承受的来自顶板方向的压力为： 式中： 来自顶板方向的压力， KN; 掘进循环进尺， l=d 或 2d（ d 为巷道支护排距）， m； 掘进迎头所使前探梁的根数，根，一般取 2根，宽断面 取 3 根。 其它符号意义同上。 在松软的煤、岩层或流砂性地层中及地质破碎带掘进巷道 时，一般采取短掘短支的措施， 循环进尺等于一个支护排距 d（ 800? 或 1000?）；在巷道中等稳定性以上的围岩掘进巷道，一般掘进 循环进尺等于两个支护排距 2d（ 1600?或 2000?）。根据上面计 算公式 , 不难算出不同循环进尺的顶板压力。 某煤矿 1108 皮带巷煤层直接顶顶板粉砂质泥岩厚度约 2.

5、0m, 其上为老顶砂岩，煤层单向抗压强度约 15.5MPa,顶板岩层的普 氏系数为中等为45。直接顶有时较为完整、稳定，有时较为 破碎。顶板岩层不完整时的内摩擦角 60，完整时取 75。巷 道两侧均为未受采动影响的实体煤柱。巷道掘进高度2.8m, 宽度 4m巷道最大埋深440m。顶板破碎、不完整时，循环进尺l=1m； 顶板坚硬、完整性好时，循环进尺l=2m。使用长4.5m、直径76?、 壁厚 4?厚的两根钢管作为前探梁 , 根据上面公式不难算出每根前 探梁需承受的来自顶板方向的压力分别约为：42KN、 43KN。 2、根据前探梁的规格、数量及悬臂梁力学模型，校核所选 吊梁的强度。 3、根据验算

6、，适当调整前探梁的规格，使其满足安全要求 。 前探梁一般选用等截面的型钢加工。 由掘进巷道前探梁力学 模型（如图示），确定危险截面及危险点。 从前探梁的M图可见：最大负弯矩作用于 B截面上。截面A 的下边缘与截面B的上边缘的各点均受拉应力；截面 A的上边 缘与截面B的下边缘各点均受压应力。不难看出，截面B为危险 截面，其上的最大负弯矩值根据循环进尺等于一个支护排距或两 个支护排距分别为： Nm 根据下式验算前探梁的强度： 或 式中：一一所选前探梁金属材料危险截面上实际所受的最大 应力，MPa通过以上受力分析，应取金属材料的最大拉应力。 所选前探梁所受的最大力矩，Nm； 所选前探梁金属材料的许用

7、抗拉屈服强度，MPa。 =， 考虑载荷的不均及冲击性，安全系数取 1.11.5 ； 所选前探梁的抗弯截面模量， cm3; 般来说，工字钢 或钢轨的抗弯截面模量可从型钢技术参数表查出， 钢管的抗弯截 面模量需用如下公式实际进行计算： 式中：、钢管在、向的抗弯截面系数，cm3; 、 钢管的外径、内径，cm； 不难算出 76?、壁厚4?厚的钢管的截面系数 W 15.48cm3。 后附常用来加工前探梁的型钢技术参数表，供参考。 该矿皮带巷掘进迎头采用短掘短支、使用两根76?、壁厚 4?厚的钢管前探梁时，前探梁实际需要的抗弯截面系数： 可以看出，计算出的值远比许用抗弯强度系数 15.48cm3 大 得多，因此 , 必须更换加工前探梁所用的型钢，才能满足安全要 求。通过计算，采用 3 根加厚的无缝钢管亦无法满足安全要求 , 只有采用 22?以上的钢轨方可满足要求。 以上计算分析可知 , 掘进选用工字形截面的型钢制作前探梁 较为理想。 从煤矿安全生产理念上来说， “宁愿多流汗， 也要保安全”。 因此， 掘进迎头使用安全可靠的前探梁， 对实现矿井本质安全生 产意义重大。 三、结语 1、掘进巷道选用前探梁时，必须根据巷道的规格、围岩性 质及掘进循环进度， 合理确定前