钢管混凝土支架支护技术

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1、钢管混凝土支架支护技术冀中能源股份有限公司邢东煤矿一、邢东矿概况邢东矿位于邢台市东北约4km处，交通便利，地理位置优越。设计年产量60万吨，经过一系列技术改造，2009年核定生产能力为125万吨/年，目前矿井开采深度已接近-1200m，是华北地区开采深度最大矿井之一。二、钢管混凝土支架主要技术特点1.钢管混凝土支架结构特征钢管混凝土支架是在钢管外壳内填装混凝土组成的现代构件，钢管混凝土构件具有圆柱状外形，是当前最科学、最合理的截面形状，抗弯刚度大，无异向性，不易扭曲变形等结构优点。其工作原理是钢管壳约束作用使混凝土处于三向受压状

2、态，从而使夹心混凝土具有更高的抗压强度，内填混凝土与钢管管壳共同承受轴向压力。由于钢管混凝土结构具有突出的优点，在国内外建筑工程领域获得了广泛的应用。2.所选钢管混凝土支架支撑能力理论计算(1)钢管混凝土支架短柱支撑能力计算支架钢管选用型号为Ф194×8mm，钢管选用20号钢，20号钢材的屈服极限fs=215N/mm2，Ф194×8mm钢管的横截面积As=4673mm2。设计混凝土型号C40，加入钢纤维后的核心混凝土抗压强度为fc=25N/mm2，钢管内填混凝土横截面的净面积Ac=24872mm2。钢管混凝土结构中短柱极限承载力

3、设计值为N0：式中套箍指标为：(2)支架承载能力大小的计算钢管混凝土支架的极限承载能力表示为：式中：—钢管混凝土支架的极限承载力；—钢管混凝土轴压短柱承载力；--折减系数；考虑长细比和偏心率的影响，折减系数取=0.8。支架上部半圆拱的极限承载平衡方程为：=2521.3×0.8=2017（kN）即：支架承载能力为2017Kn，约202吨。(3)支架支护反力计算巷道中钢管混凝土支架结构力学模型如图1。图1.钢管混凝土支架结构力学模型根据该力学模型，支架支护反力为：式中：S—支架间距，0.7m；R—巷道计算半径，2.3m；—支架的支护

4、反力；—支架极限承载力。由上式求出钢管混凝土支架的支护反力为：=1.1MPa。3.钢管混凝土支架实验数据支持山东建筑大学实验室实验（2013年12月）：钢管型号φ194×8mm，36.7kg/m，椭圆形支架，支架断面为4300×3761mm，实测钢管混凝土支架极限载承载力为171.3吨；是相同断面U36型钢支架极限承载能力的2.34倍。三、钢管混凝土支架支护工艺及适应条件以邢东矿二水平皮带下山为例。1.皮带下山概况邢东矿二水平皮带下山水平标高介于-900～-1140m，其中-960m以上段巷道为岩巷，巷道变形较小；-960m以下

5、段为煤巷，沿煤层顶板掘进，巷道顶板为砂质泥岩，底板为细砂岩，煤层厚度在2.8m～3.5m之间；巷道坡度8～13°。二水平皮带下山煤巷段埋深大，地压明显，巷道围岩偏于软弱，经多次返修导致浅部围岩破碎加重，裂隙充分发育，围岩承载能力下降。支护体需提供足较大承载力，给予巷道强大支护力，使用钢管混凝土支架，联合锚网喷、壁后注浆构建巷道围岩承压环。2.钢管混凝土支架支护工艺施工工序为：扩断面→锚网支护→安装支架→充填→灌注混凝土→喷浆→壁后注浆。图2.皮带下山支护断面图（1）施工时先对二水平皮带下山进行扩帮卧底，扩出比支架半径大200mm

6、～300mm巷道断面，然后进行锚网支护，顶帮采用φ22×3000mm螺纹钢超强锚杆，每孔使用S2360树脂锚固剂和Z2360树脂锚固剂各一卷锚固，间排距为700×800mm，使用φ14mm钢筋梁，配合穹形托盘，φ6冷拔丝金属网，顶锚索采用φ21.8×8500mm钢绞线锚索配合使用2.6m14#槽钢、钢托盘、木垫板等进行支护，间排距为1600×2000mm，在正顶及两肩共打设3排，五花眼布置。帮锚索采用17.8×4500mm钢绞线锚索加强支护，每孔使用1卷S2360和2卷Z2360(共3卷)树脂锚固剂锚固，配合使用2.6m14#槽

7、钢、钢托盘、木垫板等，巷帮锚索间排距为1600×1500mm。（2）扩帮完成后，采用型号为Φ194×8（36.7kg/m）的钢管混凝土支架支护，支架分为四段，套管连接；支架间距为700mm，采用顶杆连接，顶杆采用Φ76×5的钢管混凝土短杆，长度500mm，每架11根。巷道断面形状采用椭圆形，断面尺寸：4848×4120mm(宽×高)，填底量620mm。为保证支架位置与施工安全，需对钢管混凝土支架进行锚固。每隔9架支架锚固一架（首架需锚固）。同时所有顶弧段都要锚固。锚固时使用Φ20×2400mm全螺纹锚杆穿过锚固耳板将支架固定在巷

8、道顶和帮上，每孔使用S2360树脂锚固剂和Z2360树脂锚固剂各一卷锚固。（3）支架支好后，壁后帮、顶处铺φ6mm金属网片，用编织袋装砟充填，可将支架受力变为整体均匀受力，砟石同样可作为让压层让压，之后对钢管进行泵送混凝土灌浆，对巷道进行喷浆，最后进行壁后注浆，