井底車場鋼管混凝土支架的綜合支護(hù)方案解析

文/文增生史春芝

井底車場鋼管混凝土支架的綜合支護(hù)方案解析

文/文增生史春芝

沂源縣魯村煤礦有限公司位于沂源煤田，礦井始建于1978年，年產(chǎn)量20萬噸，采用一對斜井開拓。近年來，公司為提高產(chǎn)量投建混合立井，但在-270井底車場開掘中遭遇紅土巖地層，圍巖強(qiáng)度低，巖性較差，傳統(tǒng)的支護(hù)方式難以保證巷道穩(wěn)定，導(dǎo)致掘進(jìn)緩慢。本文分析了-270井底車場圍巖地質(zhì)特征，提出基于鋼管混凝土支架的綜合支護(hù)方案，并通過理論驗(yàn)算證實(shí)鋼管混凝土支架承載能力為U29型鋼支架的4倍，滿足巷道支護(hù)要求。

一、-270井底車場地質(zhì)特征分析

1.混合立井-270井底車場埋深600m，刀形布置。車場巷道已掘進(jìn)一半，因馬頭門過渡段、等待室交叉點(diǎn)和繞道最后施工，斷面較大，交叉點(diǎn)存在，且施工擾動較大，掘進(jìn)支護(hù)將存在較大困難，準(zhǔn)備采用鋼管混凝土支架進(jìn)行支護(hù)。

2.圍巖特征及巷道破壞分析?；旌狭⒕?270井底車場巷道圍巖尚未成巖，巖石強(qiáng)度低，巷道穩(wěn)定性差。檢測分析證實(shí)，巷道圍巖為紅色泥質(zhì)粉砂巖，巖石單周抗壓強(qiáng)度5.9～8.2MPa，內(nèi)摩擦角38.8°，凝聚力0.6MPa。圍巖中的粘土礦物含量為35.2%，巖石遇水具有一定的膨脹性。

目前，馬頭門支護(hù)采用錨網(wǎng)噴+鋼筋混凝土砌碹，錨桿長3m，間排距為1.0m×0.8m，掛普通鋼筋網(wǎng)噴層，砌碹厚度600mm，中等配筋率?；旌狭⒕筮呄仁┕?，施工6個月內(nèi)巷道穩(wěn)定，但當(dāng)混合立井右邊開始施工時，立井左邊混凝土開裂與片幫越來越嚴(yán)重，繞道采用錨噴網(wǎng)+29U型鋼支架支護(hù)，施工后6個月全面返修。

通過對-270井底車場圍巖特征及巷道破壞分析，其變形破壞主要原因一方面是圍巖單軸抗壓強(qiáng)度低，巷道自身承載力太低；另一方面是巷道交叉布置或近距離施工擾動影響，且現(xiàn)有支護(hù)體強(qiáng)度不足，導(dǎo)致無法有效地應(yīng)對擾動影響。

二、-270井底車場綜合支護(hù)方案設(shè)計(jì)

-270井底車場鋼管混凝土支架試驗(yàn)段長度約40m，巷道斷面為圓形，試驗(yàn)支架數(shù)量50架。其中，馬頭門過渡段支架間距0.8m，凈斷面由4.8m×4.1m遞減至3.4m×3.4m；交叉口支架間距0.75m，凈斷面3.4m× 3.4m；等候室支架間距0.8m，凈斷面3.0m×3.0m；繞道支架間距0.8m，凈斷面3.4m×3.4m。以鋼管混凝土支架為主要技術(shù)手段，巷道開挖后掛網(wǎng)打錨桿做臨時護(hù)頂支護(hù)，然后架設(shè)鋼管支架，支架后覆蓋彩條布并全斷面布置鋼筋網(wǎng)，鋼管支架灌注混凝土，壁后充填混凝土，支架外噴混凝土覆蓋，完成全部支護(hù)措施。

圖1 馬頭門過渡段鋼管支架設(shè)計(jì)圖

1.鋼管混凝土支架設(shè)計(jì)

鋼管采用20#結(jié)構(gòu)用無縫鋼管，分Φ194×8mm和Φ194×10mm規(guī)格，單位重量分別為36.7kg/m和45.4kg/m。試驗(yàn)段設(shè)計(jì)有馬頭門過渡段鋼管支架設(shè)計(jì)、交叉點(diǎn)支架設(shè)計(jì)、等候室支架設(shè)計(jì)和繞道支架設(shè)計(jì)。

（1）馬頭門過渡段鋼管支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。支架所用鋼管型號Φ194×10mm，支架分4段，套管連接，支架間使用頂桿連接，支護(hù)長度2.4m，共4架，斷面逐漸縮小，第一架鋼管支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1所示。

（2）交叉點(diǎn)鋼管支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。交叉點(diǎn)是支護(hù)中的難點(diǎn)，支架搭接更是難度大增。交叉點(diǎn)支架所用鋼管型號Φ194×10mm，交叉點(diǎn)長度3m，共4架搭接支架和1架支撐支架，搭接支架間距0.75m。支撐架的頂弧段和反底拱段分別焊置4對工字鋼搭接角架，搭接架頂弧段和反底拱段延長，并在延長起始點(diǎn)焊置工字鋼搭接角架，正好與支撐架相扣，保證緊密連接，良好傳遞壓力。搭接架分兩種斷面結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

（3）等候室鋼管支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。等候室支架與交叉點(diǎn)支撐架相同，其目的是保護(hù)支撐架免受端頭效應(yīng)，共同承擔(dān)交叉點(diǎn)壓力。支架所用鋼管型號Φ194× 10mm，支護(hù)長度1.6m，共2架。

（4）繞道鋼管支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。繞道支護(hù)長度32m，根據(jù)其他礦井施工經(jīng)驗(yàn)，端頭鋼管支架容易產(chǎn)生破壞，為避免該效應(yīng)，在繞道兩端使用Φ194×10mm加強(qiáng)支架，繞道中間使用Φ194×8mm普通支架。其中加強(qiáng)支架6架，普通支架34架。詳見圖3。

（5）核心混凝土配比設(shè)計(jì)。核心混凝土設(shè)計(jì)為強(qiáng)度等級C40混凝土，核心混凝土基本配料為水泥、砂子和石子，同時為滿足泵送要求、減少混凝土用量加入減水劑，摻量2%；為防止混凝土干縮導(dǎo)致核心混凝土與鋼管剝離加入膨脹劑，摻量8%；為增加混凝土的韌性和抗變形能力加入鋼纖維，摻量5%，按水泥重量比摻入。

2.錨網(wǎng)噴支護(hù)及壁后充填設(shè)計(jì)

巷道開挖后，先對圍巖噴射30～50mm厚混凝土封閉，掛網(wǎng)打錨桿。同時，為節(jié)省材料使用塑料網(wǎng)，錨桿長度3.0m，排距1000mm，頂部緊密，兩幫疏松。架設(shè)鋼管混凝土支架，在支架后鋪設(shè)彩條布與鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)緊貼支架，彩條布與圍巖預(yù)留200mm空間，以C40混凝土或噴漿混凝土充填。繞道綜合支護(hù)如圖4。

三、結(jié)論

1.-270井底車場圍巖主要泥質(zhì)粉砂巖，巖石強(qiáng)度低，承載能力差，現(xiàn)有錨網(wǎng)噴+U29型鋼支架支護(hù)和錨網(wǎng)噴+混凝土砌碹支護(hù)不能滿足支護(hù)要求，需要提高支護(hù)反力。

2.-270井底車場巷道斷面全部為圓形，支護(hù)布置分四段。馬頭門過渡段，支架型號Ф194×10mm，間距0.8m，4架；交叉口，支架型號Ф194×10mm，間距0.75m，搭接架3架，支撐架1架；等候室，支架型號Ф194×10mm，間距0.75m，2架；繞道，兩端加強(qiáng)支架型號Ф194×10mm，中間普通支架型號Ф194×8mm，間距0.,8m，加強(qiáng)支架6架，普通支架34架。

3.通過繞道鋼管混凝土支架承載力驗(yàn)算得出Ф194×10mm支架支護(hù)反力為1.14MPa，是U29型鋼支架的4倍，滿足巷道支護(hù)要求。

（作者單位：沂源縣魯村煤礦有限公司）

（責(zé)任編輯：周瓊）

圖3 繞道鋼管支架設(shè)計(jì)圖

圖2 交叉點(diǎn)鋼管支架設(shè)計(jì)圖

圖4 繞道綜合支護(hù)設(shè)計(jì)圖