中国矿业大学毕业设计说明书 被动锚固式全长锚固式主动锚固式钢丝绳锚杆钢管锚杆玻璃纤维锚杆轴向式：预应力钢筋锚杆轴径向式：缝管式锚杆径向式：膨胀管锚杆钢丝绳锚杆竹、木锚杆机械式锚杆钢筋锚杆（锚固长度0.3—0.6m）玻璃钢锚杆高阻力竹锚杆钢筋锚杆（锚固长度为杆体长度的一半）钢丝绳锚杆（锚固长度为锚杆长度的一半）锚杆端部锚固式被动锚固式主动锚固式混合或加长锚固式(主动锚固)2 架棚支护的原理和种类 2.1架棚支护的原理 架棚支护属于“被动”支护，支架本身没有或仅有很小的初撑力，随着围岩变形的增大，靠支架自身的强度支撑上覆岩层。下面分别简述刚性支架和可缩性支架的工作原理。 2.1.1 刚性支架的工作原理 刚性支架就是支架本身没有可缩性或可缩性很小的支架。为适应围岩的变形、移动，刚性支架只能依靠支架压入底板，架后破碎岩石压缩，接 处木垫压缩以及支架本身的挠曲变形来解决。由于支架本身的可缩量很小，所以刚性支架只能使用在围岩比较稳定，变形很小，压力不太大的巷道，否则将造成支架的严重变形和损坏，巷道断面急剧缩小，乃至多次进行翻修，甚至难以使用。 2.1.2 可缩性支架的工作原理

可缩性金属支架由若干支架节（构件）组成，节与节之间用连接件连接。当拧紧连接件的螺母或拧紧连接件的楔子后，连接件将支架节间搭接的型钢压紧，给它们提供预紧力（锁紧力）。要推动支架节间搭接部分滑动必须克服型钢与型钢之间、型钢与连接件之间的摩擦力。巷道掘进以后，围岩发生变形，压紧支架，支架承受载荷，产生内力。内力中对支架力学性能最有影响的是轴力（压力）和弯距。轴力推动支架节间搭接型钢的滑动，而弯距则阻止其滑动。支架内产生弯距以后，就会造成支架挠曲。设支架挠曲出中性层的曲率为k，曲率半径为ρ，弯距为M，型钢弹性模量为E，惯性距为Jx根据材料力学的推导，得到以下关系：

k=1/ρ=－M/(EJx) (公式2.1)

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这里规定凹面向里的曲率为正，凹面向外的曲率为负，正弯距产生负曲率，负弯距产生正曲率，因而式（1—1）中有负号。当E、Jx一定时，k与M成正比，M越大，k越大，型钢搭接处滑移越加困难。

从整体上看，轴力是支架的内力，但是将型钢从搭接处切开来看，轴力则是推动型钢滑移的力。当轴力推动型钢时，连接件将发生歪斜，连接件受力后也要产生变形，再加上弯距产生的曲率，这些都使连接件与型钢间的压力加大，这就是附加压紧力。预紧力加上附加压紧力就形成了型钢搭接部分之间的摩擦力。当轴向推力小于这个摩擦力时，支架不可缩，若轴向推力大于摩擦力时，型钢之间产生相对滑动，支架缩短。支架缩短后，减少了支架承受的外载，轴向推力小于摩擦阻力，型钢之间出现相对稳定，支架不再缩短，与外载处于平衡状态。此后围岩继续变形，外载增加，弯距和轴力又继续加大，当轴向推力大于摩擦阻力时，两型钢搭接处又产生相对滑动，支架缩短，如此反复。应该注意的是：由于型钢第一次产生相对滑动以后支架形状产生了变化，两型钢搭接处产生了错动，迫使连接件与型钢之间的挤压加大，再加上支架、连接件变形加大等原因，使得第二次滑动前的附加压紧力比第一次的要大，摩擦阻力也就增加，需要更大的轴向推力才能使型钢搭接处产生相对滑动。由于产生滑动所需要的轴向推力一次比一次加大，就出现了井下支架实际工作阻力的增阻现象。 2.2 架棚的种类

按支架的材料可分为木支架、金属支架、混凝土支架和砖拱支架等几种。金属支架按材料可分为矿用工字钢和U型钢；按架型可分为拱形、多铰曲腿形、梯形、圆形、方环形、长环形、拱梯形和斜梯形等；按支架是否具有可缩性分为刚性支架和可缩性支架。

3 煤巷维护费用的计算

巷道的维护费是指巷道开挖之后，为确保通风、运输、行人及安全生产而维护一定的巷道断面所花费的支护及维护费用总和。在煤巷中，由于支护形式的不同，巷道的维护费用存在很大的区别，下面对架棚支护的巷道和锚杆支护的巷道维护费用作一个简单的比较。 3.1 架棚支护

架棚巷道的维护费用主要由支架折旧费、护帮费、翻修费、卧底费及替棚费组成。用公式表示为：

W=（E1+E2+E3）/T ,元/m·a (公式3.1)

式中 W——回采巷道维护费用单价，元/m·a； E1——巷道支架折旧费，元/m； E2——巷道护帮费，元/m；

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E3——巷道修理费，主要包括翻修费、卧底费及替棚费，元/m； T——巷道服务年限，a。 3.1.1 支架的折旧费

支架的折旧费是指支架经过多次使用直到报废平均折算到每次支护上的费用。计算支架折旧费用的关键在于支架的复用次数的确定，而支架的复用次数受支架的折损率、支架的整形、支架的锈蚀等因素的影响。支架的折旧费用可近似地用下式表示：

E1=[Z+∑y(i)]/(N×l) ，元/m (公式3.2)

式中

Z ——支架成本，元；

y(i)——支架第i次的整形费用，元； N——支架复用次数，次； l——棚距，m。 3.1.2 巷道护帮费

巷道护帮形式主要有两种形式：一种是金属网加衬棍及木楔，另一种是芭片（竹芭或者柳芭）加衬棍及木楔。前者适用于围岩破碎、维护时间长的巷道，后者适合于围岩性质良好，维护时间不太长的巷道。

①金属网护帮护顶 梯形支架：

E2=（a+2h）×P1+（a+2h）×P2/4l+（a+2h）×2P3/4l

=（a+2h）×(P1+ P2/4l+ P3/2l) ，元/m (公式3.3)

式中 a——巷道顶宽，m；

h——巷道高度，m； l——棚距，m；

P1——金属网价格，元/m2； P2——衬棍价格，元/根； P3——木楔价格，元/个。

拱形支架：

E2=[πb/2+2（h－b/2）][P1+ P2/4l+2P3/(4l)]，元/m

②芭片护帮护顶

对于松软围岩的巷道，护帮要求严实，而对于中等稳定以上围岩的巷道，只需局部护帮，其护帮材料约为前者的三分之二。

梯形松软围岩巷道的护帮费：

E2=（a+2h）×(P4/B+ P2/4+ P3/2) /l，元/m (公式3.5)

式中 P4——芭片的价格，元/块； B——芭片的宽度，m。

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(公式3.4)

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其余符号意义同前。 拱形松软围岩巷道护帮费：

E2=（πb/2+2h－b）(P4/B+ P2/4+ P3/2) /l，元/m (公式3.6)

3.1.3 巷道修理费

巷道修理费包括巷道的翻修费、卧底费和替棚费。 ① 巷道的翻修费

巷道的翻修费视不同的巷道断面而不同，它主要包括巷道翻修所需要的人工费、护帮费和设备占用费。对于不同支架损坏率的巷道，其翻修费也不同。为了便于计算，将翻修巷道的支架折损率计入整个巷道的支架折旧费中去。

实际统计发现，巷道翻修费存在如下近似关系：

E3(1)=5+1.2S+ E2，元/m (公式3.7)

式中 E3(1)——巷道的翻修费（不包括支架），元/m； S——巷道断面，m2。 ② 巷道替棚费

金属支架支护的巷道往往采取超前工作面替棚的方法。替棚所用的材料，梁一般采用圆或半圆木，腿一般采用半圆木、摩擦金属支柱及单体液压支柱。运输巷的替棚梁可回收约一半，材料道替棚梁不再回收。替棚时，还需消耗一定的护帮材料，可取相同断面巷道掘进时护帮费的一半。每替一棚平均花费1个人工。替棚费由下式确定：

E3(2)= E2/2+(1.5+0.1S)(Φ/2)2×πP5/(2l)+3.5/l ，元/m (公式3.8)

式中 E3(2)——替棚费用，元/m； P5——坑木价格，元/m3； Φ——圆木直径，m； 3.5——平均工值，元/工。 ③ 巷道卧底费

由于巷道不同程度地存在巷道底鼓问题，严重的底鼓及帮凸往往造成巷道的高度不足1m，断面不足2m2。因此，巷道必须卧底，以保证一定的巷道断面。 根据现场经验，取卧底费标准为10.4元/m2，则每米巷道的卧底费为：

E3（3）=10.4[1.7－（h－U1）]（b－U2），元/m (公式3.9) 式中 h——巷道初始高度，m； b——巷道初始宽度，m； U1——巷道顶底板移近量，m； U2——巷道帮移近量，m。 巷道修理费可由下式确定：

E3= E3(1)+ E3(2)+ E3（3），元/m (公式3.10)

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