煤矿安全(2007一0，)
软岩巷道支护设计
李志强，张宏岩
(辽宁工程技术大学，辽宁率新123《XX)
摘要:软岩巷道支护历来是巷道工程的难题，文章通过对软岩巷道的特征分析及支护原理和方
法的论述，对道清矿巷道支护方式进行了重新设计，并在实验巷道中取得了良好的效果。
关键词:软岩巷道;描杆;相似材料模拟
中图分类号:TD353+.6文献标识码:B文章编号:1(X)3一496X(2007)03一0033一03
1软岩巷道的特征
软岩巷道最明显的特征是地压显现比较剧烈，
巷道维护困难，着重表现在围岩的自稳时间短、来压
快、变形量大、持续时间长、四周来压、底鼓明显、遇
水膨胀、变形加剧，可以用4个字来概括:松、散、软、
弱。
2软岩巷道的支护原理
现代岩石力学揭示，岩石破裂后仍具有残余强
度，松动破裂围岩仍具有相当高的承载能力，围岩
既是支护压力的根源，也是抵抗平衡原岩应力的承
载体，而且是主要的承载结构体，所以支护的作用在
于维护和提高松动围岩的残余强度，充分发挥围岩
的承载能力。因此，软岩巷道支护原理是根据岩层
的不同属性，不同地压来源，从分析地压活动基本规
律入手，运用信息化设计方法，使支护体系和施工工
艺过程不断适用围岩变形的活动状态，以达到控制
围岩变形，维护巷道稳定的目的。
(1)巷道位置的选择。巷道位置最好选在工程
地质条件好，工程量少的地段，巷道轴线方向和最大
主应力方向平行或小角度相交。
(2)巷道断面形状要适应地应力分布特点，一
般应使巷道周边圆滑，防止应力集中。
(3)施工工艺方面，应尽量减少对围岩的震动，
支护结构、参数、施工工艺要密切注意和围岩变形状
态相匹配。
(4)围岩变形是围岩力学形态变化最直接体
现，它不仅直接反映了地压规律，而且也是软岩层用
来分析判断围岩稳定程度的可靠手段。因此，进行
现场变形量测，掌握围岩变形活动状态和时间效应，
并在此基础上，选择支护结构和参数，妥善安排掘进
和支护工艺过程，以确保支护体系和支护特性曲线
和变形活动状态相适应、相匹配，以最大限度发挥围
岩自承能力和支护体系支撑能力，这是搞好维护的
关键，软岩层变形具有时间效应长的特点，所以坚持
长期监控，对于及时了解围岩稳定信息及采取相应
的加固措施具有重要意义。
3软岩巷道支护设计方法
软岩巷道支护设计主要是选择合理的支护形式
和支护参数。如果支护形式和参数选择不合理，就
会造成两个极端，一是支护强度太高，浪费材料和工
时，二是支护强度不够，出现支护破坏造成片帮冒顶
事故。所以，选择合理的支护形式和参数是设计的
根本。目前，软岩巷道支护设计方法大体上分三类，
即工程类比法，理论计算法和实测法。工程类比法
是当前应用较广的方法，它是根据已经支护的类似
工程的经验，通过工程类比，直接提出支护参数，简
单、易用，但它与设计者的实践经验关系很大，有一
定的盲目性，科学依据不足。理论计算法可做为定
性参考，可用于支护设计参数的验证。实测法比较
实用，具有可靠性和合理性，已被许多国家采用。
4支护实例
通化矿务局道清矿属于典型的软岩巷道，原以
U型钢和木棚支护为主，年产30万t，随着开采深度
的增加和地质条件的复杂变化，回采巷道出现了严
重破坏，使回采工作无法正常进行。为保证矿井的
生产能力，安全生产，改变其支护方式是非常重要
的。
4.1采区工作面回采巷道支护设计
设计巷道断面形状和支护方式，根据前面论述
的软岩围岩巷道的特征、支护原理和方法(本设计
34·煤矿安全(To‘·，388)
采用工程类比法和实测法)及该矿的地质情况，设
计该工作面回采巷道为拱形断面，采用锚杆一锚索
一钢筋梯一金属网联合支护方式，支护参数如下:
(1)锚杆直径少二18mm，锚杆有效长度:
L=Ll+h+LZ=2.05m
式中L—锚杆长度;
乌—锚杆外露部分长度，通常取L，=0.巧
m;
h—松动圈尺寸，由声波检测仪实测松动
圈尺寸h=1·sm;
LZ，--一锚杆在稳定岩层中的长度，通常取几
=0.4。
考虑到本局未采用过锚杆支护，所以在设计上
加大了安全系数，取L=Zoom，间排距。==1=600
1111)10
(2)锚索直径少=巧.24mm，锚索有效长度L
二6000mm，两锚一索，锚索排距1=180Omm。
(3)钢筋梯:直径中=16mm，梯宽B=loolnm。
(4)金属网:中=3mm，网格尺寸exi==SOmm
x50mm，网宽80Omm。
(5)木砖尺寸:3oommx300mmX5omm。
支护设计见图1。
声
锚索
黔迷
图1巷道断面及支护方式
4.2相似材料模拟
相似材料模拟是科学实验的一种，这是人们探
讨和认识地压规律的途径之一。用与天然岩石物理
力学性质相似的人工材料，按矿山实际原型，遵循一
定比例缩小做成模型，然后在模型中开挖巷道模拟
采场工作，观察模型的变形，位移，破坏和岩层移动
等情况，据以分析，推测原型中新发生的情况，根据
道清矿实际地质情况，在室内进行煤巷相似材料模
拟实验，模拟其设计支护方式是否合理。
模型选用卧式可加载平面模型架，在模型顶板
布置10个测点，巷道周边布置5个测点，巷道底板
布置3个测点;巷道采用复合支护后，围岩最终变形
为顶板下沉量为巧omm，两帮相对移近量为200
mm，底鼓120mm，巷道完好，只是在巷道底角局部
出现轻微破坏。
通过对设计方案进行相似材料模拟试验得出:
该方案是可行的，可以在现场实验巷道中实施该方
案，以进一步确定其合理性。
4.3试验巷道现场观测
为了检验设计方案的可行性和锚网索这种复合
支护形式在该矿的适应性，选定一水采仓道做为试
验巷道，设置两个观测断面，各断面安置顶板离层监
测仪、巷道围岩表面收敛测量基点及锚杆锚索锚固
力动态监测仪，观测试验巷道的顶板离层量、表面收
敛量及锚杆锚索锚固力这些巷道矿压显现的特征
值，并对观测结果进行分析，以检验锚网索这种支护
形式在该围岩条件下的适应性，检验本试验方案支
护参数设计是否合理。
经过2个多月的观测及数据的分析，在观测时
间内，顶板最大下沉量为36.smm，两帮最大收敛量
112.smm，巷道在掘后1个月左右趋于稳定;掘后
至巷道稳定期间6m内的顶板最大离层量为28
mm，Zm内最大离层量为20mm，2一6m间顶板最
大离层量ZOmm;在观测期间，锚杆、锚索的锚固力
也在不断的波动，但是波动的幅度不大，波动剧烈时
间一般在巷道掘后rod之内，之后也又有微小的波
动，但是基本趋于稳定值，从锚索与锚杆的锚固力对
比情况来看，其锚固力大小基本趋于相同，说明锚索
已经起到了调动深部岩体强度的作用，但其锚固力
的大小还远远小于其最大锚固强度，这为巷道后期
受采动影响锚索起加强支护作用留有较大的系数，
可以实现巷道在服务期内的稳定。所以，从试验情
况来看，其支护设计是合理的，可以在全矿推广。
5施工中应注意的问题
(1)必须保证巷道造型，放炮按光爆要求执行，
尽可能减少对围岩的震动;若顶板难于维护，可打超
前锚杆护顶。
煤矿安全(2007一“3)·35
静止进相器在煤矿风机中的应用
郭玲
(辽宁石油化工大学，辽宁抚顺113008)
摘要:静止进相器是近几年研制生产的一种智能型无功功率补偿装置，它采用交一交变频技术
和单片机技术实现自动跟踪补偿。文章通过进相器在煤矿风机中的应用与实践，较详细地介绍
进相器的补偿原理、选择方法、控制系统的实现等。
关键词:进相器;功率因数;变频器;电容器
中图分类号:TD6Og文献标识码:B文章编号:1003一496X(2007)03一0035一03
煤矿企业是高压大容量电动机应用较多的场
所，也是功率因数和效率较低的用户，因而造成有功
损耗增大及大量电能浪费，增加企业的经济负担。
2004年，抚顺矿务局老虎台矿对主风井风机进
行节能改造，采用静止进相器对原电动机的功率因
数进行动态补偿，取得满意的效果。
静止进相器是一种智能型无功功率补偿装置。
它具有自动跟踪补偿、静止无环流、操作简便、免维
护等许多优点。它的补偿原理与电容补偿相比较有
着本质上的区别。电容补偿是在电机定子的前端并
联电容器，以吸收电机感性电阻造成的无功功率。
它只能改变电容至电网等线路上的电流与电压的功
率因数角，也就是说只能提高线路上的功率因数。
而进相器却是一种能够改变电机本身功率因数的补
偿装置。它串接在电机转子回路中，电机运行时，进
相器采集电机转子电流信号和同步电压信号，经单
片机进行数据和相位处理，控制和调整可控硅的触
发角，把50Hz交流电通过交一交变频给电机转子
附加一个与转子同频率、相位滞后90“的附加电势。
转子电流和电压相位因此改变，通过磁场进而改变
电机定子的电流与电压的相位角，从而达到提高电
机功率因数的目的。电机电容补偿与静止进相器补
偿的等效电路如图1所示。1为电容补偿;2为静止
进相器补偿。
的间排距(800mmx8O0mm)，锚杆长度也可放到2
m0
参考文献:
何满潮，孙晓明.中国煤矿软岩巷道工程反护设计与
施工指南〔M〕.北京:科学出版社，2004.
董方庭，等.巷道围岩松动圈支护理论及应用技术
〔M〕.北京:煤炭工业出版社，2001，
薛顺勋，聂光国，等.软岩巷道支护技术指南〔M〕.北
京:煤炭工业出版社，2002.
何满潮.软岩巷道工程概论〔M〕.徐州:中国矿业大学
出版社，1994.
陆士良.锚杆锚固力与锚固技术(M〕.北京:煤炭工业
出版社，1998.
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(2)锚杆采用全长锚固，搅固时间要足够，确保
锚固剂强度达到要求，保证锚杆的初锚力，初锚力确
保Zt以上，同时确保动态锚固，滞后跟踪检查，发
现失效锚杆及时进行处理，锚杆构件必须齐全，锚杆
外露长度不大于50mm。
(3)锚索按对角打注，每孔锚固剂长度保证
goomm以上，并充分搅拌。打住后滞后24h拉紧，
并保证初锚力st以上。
(4)钢筋梯，金属网必须铺设平整，用锚杆压牢
压紧，网间搭接10mm，并用铁线绑扎牢固，网扣间
距不大于loomm。
(5)复合托盘为木砖和铁托盘组成，木砖尺寸
为:30()mmx3O0mmx5Omm。
(6)地角锚杆必须打住，角度30“，如因底鼓而
拉底，必须补打地角锚杆。
(7)如果顶板极其破碎，顶板压力大应及时打
密锚杆或加打锚索，确保施工安全和巷道稳定。
(8)巷道支护良好，可根据情况适当放宽锚杆
作者简介:李志强(1982一)，男，2005年毕业于辽宁工
程技术大学，现为辽宁工程技术大学硕士研究生。
(收稿日期:2006一09一26;责任编辑;梁绍权)
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