掘进工作面临时支护管理标准

一、临时支护形式：

1、金属前探梁:

巷道断面净宽4000mm以下的使用3根前探梁，净宽4000mm及其以上的使用4根前探梁（扩帮不在此列）。金属前探梁使用直径φ54mm （即2吋）无缝钢管制成，长度4000mm，壁厚不小于4.0mm；背木使用长度1600mm、厚度不小于50m和宽度不小于100mm的实木；吊环采用厚8mm的钢板弯曲而成，上焊M20螺帽，将螺帽与前探梁中心错开60mm的距离，下部为可以上下调动的螺栓。前探梁临时支护最大控顶距离为2000mm，最小控顶距离均为400mm，严禁人员在空顶下作业。

2、轻型单体支柱：

采用DWB28-30/100轻型单体支柱（2500mm或2800mm）配合3400m 长或3600mm长π型梁架棚进行支护，沿巷道倾向布臵，使用一梁二柱，排距800mm，单体支柱与巷道高、低帮距离均为500mm，巷道低帮使用2500mm长单体支柱，巷道高帮使用2800mm长单体支柱。单体为内注式，压力介质为矿静压水，迎头压力水压力必须达到 2.0MPa 以上。顶板破碎时在π型梁上方用圆木、半圆木或背板背紧刹紧。使用单体柱临时支护时最大控顶距离为2600mm，最小控顶距离为400mm，严禁人员在空顶下作业。

3、弧形前探梁：

采用弧形金属前探梁支护, 弧形前探梁弧长为2500mm，宽度为1200mm或800mm，弧形前探梁伞柱采用Φ40mm无缝钢管加工，伞缘及撑杆采用Φ25.4mm镀锌钢管加工，支腿采用Φ80mm无缝钢管模仿耙矸机支腿制作。采用弧型前探梁临时支护时，最大控顶距离1600mm，最小控顶距离400mm。

4、带帽点柱：

煤(半煤岩)巷跨度≤2400mm时打一排，跨度>2400mm时打两排，跨度＞3200mm打三排，打多排点柱时排距800mm；岩石巷道跨度≤2600mm时打一排，跨度>2600mm时打两排，跨度＞3600mm打三排，打多排点柱时排距800mm。点柱选用直径不小于150mm的圆松木或轻型单体支柱，点柱上要戴帽(帽规格500×200× 50mm的优质木料)，并用木楔楔紧。点柱要打设及时，并打在实底上，无法打在实底上要垫木料或枕木。使用轻型单体支柱时，水压必须达到2.0MPa。

二、临时支护理论计算：

(一)金属前探梁：

1、顶梁计算

掘进工作面空顶范围的顶压，可根据松散介质理论计算：

P k f aγ

=??

()

式中:P—顶压，kN/m；

f—冒落拱范围内顶板岩石硬度系数，f值取4；

k—顶压系数，中硬岩取k=4/3；

a—巷道跨度之半，a=1.8m；

γ—冒落范围内顶板岩石密度，取γ=22kN/m3。

代入上式计算的：

P=23.8kN/m

2、前探梁承受载荷计算

由于掘进工作面一般使用3根金属前探梁，则每根前探梁所承受的载荷为P/3，即7.9kN/m3，掘进工作面的最大空顶距离b为2.0m，每根前探梁上的线载荷

q=(P/3)×b=(23.8/3)×2.0=15.9kN

3、前探梁强度计算

前探梁的力学模型简化为悬臂梁，可计算出前探梁的最大弯矩

M=（q/2）×b=15.9/2×2.0=15.9kN〃m

前探梁承受的最大应力为：

M W σ=

其中W 为前探梁的抗弯模量，经计算W=8.9×10-6m 3

6615.9/(8.910) 1.7810Pa M W σ-==?=?

而前探梁梁体的许用应力[?]=2.4×106Pa ，所以前探梁的强度满足要求。

（二）轻型单体支柱：

在松散岩体介质及中硬以下岩石，以及小跨度地下巷道（跨度一般小于6m ），可以利用M.M.普罗托奇雅可诺夫的抛物形压力拱理论估计冒落带高度：

当f ≥4时，H=B/2f=4.0/(2×4)= 0.50m

式中 H ——冒落带高度，m ；

B ——巷道掘进宽度，取4.0m ；

f ——岩石坚固性系数，施工的直接顶为砂岩，取4。单体支柱需要支撑的岩石重力为：

R max =ρ×g ×L ×S ×H=2.2×103×9.8×0.8×3.6×0.50=31.0 kN

式中：

ρ——顶板冒落带范围内岩石密度，取2.2×103kg/m 3；

g ——重力加速度，取9.8 N/kg ；

L ——临时支护排距，取0.8m ；

S ——π型梁长度，取3.6m ；

H ——冒落带高度，取0.50m 。

轻型单体支柱的初撑力（指压强）为：

P ≥P max =R max /[2×π×（d/2）2]=31.0/[2×3.14×（0.1/2）

2]=1.97MPa

式中：

2——在π型梁上打设2根单体支柱；

d ——单体支柱柱体的直径，取100mm=0.1m 。

考虑一定富裕量，要求煤巷掘进工作面使用轻型单体柱作为临时支护时，轻型单体柱供液压力不小于2.0MPa 。

（三）弧形前探梁

静力学计算分析，简单的中心加载方式。

材料尺寸及性能参数：

①、②、③和④四根无缝钢管采用内径Φ51mm ，壁厚8mm ，即外径Φ67mm ，丝杠⑥最小内径Φ52mm ，丝杠对应的外部连接钢管⑤外径Φ80mm ，内径Φ60mm 以上钢管材料均选用27SiMn 高强度无缝钢管，材料属性：

弹性模量210GPa b σ=，抗拉强度MPa 1020=b σ，屈服点MPa 850=s σ。

丝杠材料为40Cr 等合金结构钢，屈服极限MPa 785=s σ。

具体结构如图1所示

图1弧形前探梁结构图

因为该前探梁主要起临时支护作用，忽略动态特性，在不考虑偏载的情况下，直接简化为轴向受载的静力学分析，通过对图1所示的结构图分析可以知道，在存轴向载荷作用下工作时主要存在以下两个

薄弱环节：钢管③截面处和钢管⑤截面处。

1、直接受压计算：

钢管③截面处强度校核：

在载荷F 作用下，该处截面压应力

)

051.0067.0(4)(422223-=-==ππσF d D F A F 安全系数 σσs n =

MPa 850=s σ 当n=3时， 22(0.0670.051)420.14kN 4s

F n πσ-== 钢管⑤截面处强度校核：

在载荷F 作用下，该处截面压应力

)

06.008.0(4)(422225-=-==ππσF d D F A F 安全系数 σσs n =

MPa 850=s σ 当n=3时，22(0.080.06)623.08kN 4s

F n πσ-==

2、轴心载荷稳定性计算

为安全起见，把前探梁简化为只有钢管③和钢管⑤承受轴向载荷，即形成一个变截面压杆稳定性问题，来求解该简化模形的临界载荷，如图2 所示：

这里

m mm L 9.09001==

m mm L 06.0602==

3757400 1.157L m =+=

1e 、2e 为偏载距离，这里取为021==e e

（1）根据力学原理，可建立如下平衡微分方程，即

i i i i i F dx d J E ωω=22（3~1=i ）

式中 i E

—立柱第i 段弹性模量；

i J —立柱第i 段惯性矩； i ω—立柱第i 段挠度。

解微分方程，可得方程通解，即

挠度 i i i i i i i x k y x k y sin cos 212+=-ω

转角 )cos sin (212i i i i i i i i

i x k y x k y k dx d --=-ω 弯矩 i i F M ω=

其中 i i i J E F k /=。

图2变截面压杆稳定结构简图

（2）边界条件

根据立柱计算模形，可得如下边界条件为

?????????????================2

332

2032102211021101333223222112111||||||||||e dx d dx d dx d dx d e l x x l x x l x x l x x l x x ωωωωωωωωωω 令：i i i S l k =sin ，i i i C l k =cos

可得如下方程组（以矩阵方式表达），即

B AY =

[]654321y y y y y y T =Y

[]21

0000e e T =B

式中 ?

???????????????????------=3332222222111

111

01011S C k C k S k S C k C k S k S C A 求解方程组，可得到参数1y 、2y 、3y ．．．6y ，再代入方程，就可

得到以F 、J 、E 、l 、α、e 为参变量的立柱各点的挠度、转角、弯矩。

（3）立柱稳定性校核

对于线性方程组，利用克莱姆法则，可求得挠度待定系数，即

A D /i i y =

其中，i D 为矩阵A 中第i 列被矩阵B 所代替而形成的矩阵行列式。

在式中，i y 的大小决定着挠度的大小。当∞→i y ，即0=A 时，挠度ω也趋向于∞，则立柱失稳，而对于给定立柱断面和高度时，i D 为一定值，因而0=A 为立柱失稳的必要条件。由式可知，0=A 即

032122132322313132121=-++S S S k S C C k k S C C k k S C C k k

该式为一超越方程，可用牛顿迭代法解此方程，求得给定立柱断面和立柱高度的临界载荷。

这里通过matlab 求解得出max 1344F kN =，即在该力作用下简化的

模形已经处于任意变形状态，所以，安全作用力应该为：

max max 2685

F F F kN n ≤== 三、临时支护施工工艺：

（一）金属前探梁（以使用三根前探梁为例）：

1、工作面每次放炮或割完煤后，安排设专人（至少2人，1人照灯观察、1人工作）站在已支护好的顶板下使用长度不小于2500mm 的专用工具进行敲帮问顶，将工作面活矸危石找净，确认安全后，进行前探梁临时支护工作。

2、连网工站在永久支护下，将续接的平焊铁丝网与迎头永久支护的顶网用铁丝临时固定（固定2～3道即可，搭接长度不小于100mm ），续接的顶网之间要用一块顶网连成整体。

3、架设前探梁需要四人，其中三人架设，一个监护，架设前探梁人员必须由跟班队长或班长指定的有经验的老工人来完成。监护人员要站在永久支护下的安全地点，并不得影响架前探梁人员的安全退路。

4、站在永久支护内，将6个前探梁吊环分别拧紧在靠近工作面

迎头的两排中间的三根（即2＃、3＃、4＃）锚杆上，要求上满丝扣。

5、将三根前探梁分别穿入两排吊环内，向前插至前排吊环前方约1m处，插好前探梁销子，在推前探梁过程中，将顶网顶到前探梁上方。

6、在距前排钢带600mm处，在前探梁上背两块1.6m长背木，与前探梁垂直紧贴放臵，两块背木之间错接长度600mm。

7、人员站在临时支护下，对肩窝不够处进行开刷达到巷道设计尺寸。

8、在背木前方紧贴背木放好钢带，钢带要与前探梁垂直。

9、在前探梁两侧安排人员稳固好钢带及背木，一人缓慢推前探梁，使前探梁紧贴工作面迎头。

10、在距前排背木800mm处，在前探梁上背两块1.6m长背木，与前探梁垂直紧贴放臵，两块背木之间错接长度600mm。在前排背木前方紧贴背木放好钢带，钢带要与前探梁垂直。

11、在前探梁两侧安排人员稳固好钢带及背木，一人缓慢将前探梁推至迎头，并将前排吊环的前探梁销子插到适当位臵并插好。

12、在后排吊环后方压前探梁，使前探梁背木与顶板贴实，然后用销子将前探梁压紧压死。

（二）轻型单体支柱（（以循环进度2400mm为例））：

2、施工人员站在永久支护下按设计位臵用铁锹挖出第一排所需要的两根单体柱的柱窝。待第一排柱窝挖完后，挂好第一排顶网，把单体柱放到挖好的柱窝里。

3、将M钢带放到柱窝前方，然后把π型梁放到柱头上，接着用压力水为单体柱注液，使单体柱顶紧π型梁，保证单体支柱初撑力不低于2.0MPa。接着将系在单体柱柱头的双钩防倒绳挂到距柱头300mm

范围内的顶网上（将π型梁兜住）。

4、第一排临时支护施工完毕后再次进行敲帮问顶，确保无问题后，施工人员站在第一排临时支护下按上述方法施工第二排的临时支护。第三排临时支护与第二排操作方法相同。

5、为方便永久支护，第一排临时支护距永久支护的间距为600mm，第二排临时支护距第一排临时支护为800mm，第三排临时支护距第二排临时支护为800mm，第三排距离煤壁控顶距离不得大于400mm，超过400mm需再加打一排。

（三）弧形前探梁：

1、工作面每次放炮后，安排设专人（至少2人，1人照灯观察、1人工作）站在已支护好的顶板下使用专用撬杠进行敲帮问顶，将工作面活矸危石找净，确认安全后，进行前探梁临时支护工作。

2、活矸危石找净后，安排一人使用铁锹，站在已支护好的顶板下，将待安装前探梁位臵处的矸堆铲平，将前探梁搬运至工作面，然后进行安设前探梁工作。

3、安排施工人员将前探梁的上部弧形和下部丝杠分别，搬至工作面，由2～3人抬起弧形部分，一人拿起下部丝杠进行对接，安装弧形前探梁的人员要协调好，只有确认安装牢固后，弧形前探梁的底座要坐实坐牢，方可放手。移动弧形前探时，要保持弧形前探梁平稳。

4、将顶部网片在工作面绑扎好，用12#铁丝每隔300mm双股双排绑扎，网片搭接长度为100mm，网片数目因放炮进尺不同，网片用量也不相同，确定网片用量的原则：弧形前探梁圆弧长度范围和炮掘进尺范围内网片要布满。将网片铺在弧形前探梁上。旋转弧形前探梁的下部丝杠，使弧形前探梁的弧形部分和巷道拱部楔合紧密。

5、针对顶板不平整的前探梁与顶板之间超过100mm的超挖处，可使用背木背实。若顶板尺寸未达到设计要求时，施工人员由外向里逐段开刷顶板达设计标准（开刷时站在有支护的顶板下，头严禁伸至空顶段），刷好一段，将挂好顶板支护所需网片的前探梁前移到开刷位臵最前端，直至开刷顶板达设计标准后，紧固前探梁下部支腿，是

前探梁与开始打注顶板锚杆。拱部锚杆支护完成后，及时将前探梁拆除，撤至耙矸机后方，以防放炮崩坏。

6、工作每循环爆破进尺应控制在1600mm（使用1200mm宽前探梁支护，控顶距保证在400mm）。当巷道进尺超过1600mm后，可先施工前探梁支护范围内的拱部锚杆。超过控顶距范围内的部分可移动弧形前探梁临时支护后，再施工锚杆即进行前探梁的二次使用。工作面支护上部时，任何人严禁进入空顶区。

四、安全注意事项：

1、掘进机施工的掘进工作面，严禁利用截割臂代替金属前探梁。迎头施工人员必须在正规的金属前探梁或带帽点柱保护下工作。

2、当顶板平整但矿静压水水压达不到设计值时，必须使用乳化液泵站或清水泵站（以现场实际使用为准）为单体柱供液并达到设计值，否则不得使用单体柱做为临时支护，但可以使用前探梁临时支护。

3、使用轻型单体支柱作为临时支护时，迎头50m范围内必须在供水管上安装一块水压表用来测量迎头水压，并备有一块柱压表用于测量单体支柱压力。

4、单体柱必须完整无缺，要支到实底上，迎山有力。单体柱活柱行程不得小于200mm，不得大于500mm，支柱初撑力不得小于2.0MPa。

5、单体柱有泄液、漏液、松动等现象导致无法使用时，必须及时补打单体柱后将原单体柱替换掉。

6、升柱时，手不能放在柱头或梁头上，注液枪使用时，枪头严禁指向人，且使用完毕后要及时挂在巷帮，严禁落地。

7、放炮后或割煤后必须及时进行临时支护，尽量减少顶板裸露时间。所有作业环节人员都必须站在临时支护下进行，严禁空顶作业。

8、煤巷使用单体支柱作为临时支护时，施工完成一排钢带顶锚（不包括锚索）后，即可将其附近一排临时支护拆除。单体支柱靠帮立放要用防倒绳将单体柱系到帮部钢筋网上。

9、放炮或割完煤后及时安设并前移临时支护，前探梁必须紧跟

迎头，人员必须在前探梁的掩护下工作，严禁空顶作业。临时支护使用完后放于固定位臵，不得挪作他用。

10、工作面使用的临时支护必须有备用量。使用金属前探梁临时支护的，必须备有一根完好的前探梁、两个前探梁环和两块背木；使用单体支柱临时支护时，必须备有两根完好的单体支柱和一根完好的π型梁；使用弧形前探梁临时支护时，必须备有一个同样完好的弧形前探梁。

11、巷道开口、遇到断层等特殊条件无法使用金属前探梁、轻型单体支柱或弧形前探梁作为临时支护时，巷道可使用带帽点柱作为临时支护，但循环进尺不得超过1200mm。

12、煤巷背木使用长度1600mm，岩巷背木使用长度1200mm，均采用厚度不小于50m和宽度不小于100mm的实木。

五、处罚标准：

1、掘进工作面不使用临时支护空顶作业的，罚跟班队长和班长各1000元，罚队长500元。

2、掘进工作面使用临时支护不规范，不能起到应有作用的，每次罚跟班队长和班长各200元。

3、井下使用的临时支护备用量不足本标准规定数量的，每少一件罚跟班队长和班长100元，罚技术队长（技术员）200元。

4、掘进工作面使用的前探梁或背木挪作它用的，每发现一次罚跟班队长和班长200元。

5、掘进工作面使用的金属前探梁、前探梁环和弧形前探梁出现质量问题不能继续使用的，要及时升井进行修复或更换，不能与正在使用的临时支护混放在一起，否则每发现一件罚跟班队长和班长各100元，罚队长和技术队长（技术员）各50元。

6、超前支护使用的前探梁吊环损坏（吊环螺丝老化、钢板弯曲变形严重）仍然使用的，每个罚跟班队长和班长各200元。

7、金属前探梁弯曲变形严重继续使用的，每根罚跟班队长和班长各200元。

8、使用卸压的单体柱或断裂的π型梁未及时更换，每处罚跟班队长和班长各100元。

9、严禁单体支柱打在浮煤或浮矸上，支柱高度与巷道要相符，不超高使用，单体柱活柱余量不少于100mm（达到初撑力），对超高处顶板必须背实，如果不采取措施，每根柱罚跟班队长和班长各100元。

10、新入井单体支柱或长期使用支柱，使用前必须先排气后支护。否则，每根罚跟班队长和班长各50元。

11、使用轻型单体支柱作为临时支护时，工作面迎头50m范围内必须在供水管上安装一块水压表，迎头备有一块柱压表。两块表必须完好表盘清晰，显示数据准确，否则每块表罚跟班队长和班长各50元，罚技术队长（技术员）100元。

12、使用乳化液(或清水)泵站为轻型单体支柱供液时，迎头水压应控制在3～4MPa范围内，否则每发现一次水压超过规定，罚机电队长和机电班长各200元。

六、本管理标准自下发之日起开始执行。

附图1：金属前探梁临时支护示意图

附图2：轻型单体支柱临时支护示意图

附图3：弧形前探梁临时支护示意图

生产技术科

2011年1月9日