深井软岩巷道钢管混凝土支架支护研究新进展

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1、深井软岩巷道钢管混凝土支架支护研究新进展高延法中国矿业大学（北京）2013.11.2内容提要序言一钢管混凝土支架结构与应用二钢管混凝土支架实验三深井软岩巷道支护理论四深井软岩巷道支护设计方法五主要结论深井、软岩巷道支护，依然是煤矿生产中的技术难题；我国现有约50%的探明煤炭储量埋深大于1000m；我国煤矿采深正以8-12m/年的速度增加；国内采深达到1000m的矿井已经有50多处，其中：山东新汶5处，淄博5处，肥城临沂枣庄等11处；东北龙煤鸡西等5处；河北开滦与冀中能源4处；江苏徐州与大屯7处；河南平顶山

2、4处；安徽淮北淮南等6处。序言国外煤矿深井开采状况德国：最大开采深度达到1500m；俄罗斯：顿巴斯矿区已有30多个矿井采深大于1350m；波兰：开采深度已达1200m；英国：开采深度曾达到1100m；我国典型的软岩矿井山东龙口、新汶、济宁等矿区；内蒙古平庄、锡林浩特、鄂尔多斯上海庙等；辽宁沈阳；吉林舒兰、辽源、梅河；黑龙江鹤岗等；安徽淮南、淮北、皖北等；河南义马、郑州煤电、平顶山等青海大通，贵州六盘水，甘肃平凉等一钢管混凝土支架结构与应用钢管混凝土支架是一种高强度支架单个支架的承载能力可达200多吨，是U

3、型钢支架的3～4倍。由空钢管支架，在井下灌注混凝土而成。钢管混凝土支架一般采用闭合式结构，能有效抑制巷道底鼓。为深井、软岩巷道支护提供了全新的支架类型。现已应用到20多家矿井。1.1钢管混凝土支架整体结构一般由四节构成，地面分节弯管，井下组装成支架；支架每节之间连接方式：套管连接。1.2井下混凝土灌注用混凝土输送泵，每班能灌注15-20架1.3支架断面形状圆形浅底拱--圆形马蹄形椭圆形1.4钢管混凝土支架，已推广应用20多座矿井开滦钱家营矿：2008年八采区轨道下山；鹤岗南山、益新：2009年鹤岗南山矿

4、；新汶华丰矿：埋深1230m，大巷、回风联络巷、变电所水泵房；平朔井工三矿：煤层冲刷带软岩巷道中；峰峰大淑村矿：大巷的煤柱高应力带；锡盟查干淖尔：主斜井，井底车场，巷道交岔点；沈阳清水矿；深井软岩巷道；鹤壁三矿：变电所水泵房；长治三元荆宝矿：集中下山；淮北矿业集团：软岩大变形巷道；山东沂源鲁村矿：井底车场；内蒙榆树井矿：采区变电所；邢台邢东矿，神华宁煤清水营矿，龙口北皂矿，淮南国投新集口孜东矿，甘肃平凉新安矿，内蒙上海庙长城矿，通化八宝矿，等1开滦钱家营矿下山巷道2鹤岗南山矿集中运输巷3峰峰大淑村矿大巷4

5、内蒙锡林郭勒盟查干淖尔矿主斜井5平朔井工三矿大巷6鹤壁三矿泵房变电所7邢台邢东煤矿皮带下山—埋深1000-1200m8邢台邢东煤矿二水平车场9甘肃平凉新安煤矿10宁煤清水营矿+786临时水仓与机修硐室11龙口北皂煤矿工作面联络巷12新汶内蒙上海庙公司长城煤矿13新汶华丰煤矿-1100水平大巷14新汶华丰煤矿-1100水平水泵房15新汶华丰煤矿-1100水平水泵房16新汶华丰煤矿-1100水平变电所二钢管混凝土支架实验2.1钢管混凝土支架----承载能力实验钢管φ194×8mm，36.7Kg/m；钢管混凝土

6、支架--直墙半圆拱形；支架极限承载力：2107KN。圆形支架浅底拱圆形支架直墙半圆拱支架钢管混凝土抗压能力原理图2.2钢管混凝土短柱----轴向压缩实验钢管Φ168×8mm强度极限2000KN轴向压缩塑性变形20%变形形态：侧边鼓包为井下灌注混凝土，支架开有注浆孔补强措施：1、钢板强化2、注浆短管内插3、加封孔塞2.3支架注浆孔----强度实验2.4钢管混凝土支架----抗弯能力实验弧形金属支架（重量相同）极限载荷（吨）工字钢试件15.0U36型钢试件48.0空钢管试件70.7钢管混凝土试件114.5加强

7、圆钢钢管混凝土试件133.0加强翼板钢管混凝土试件136.0中性层偏移实验三深井软岩巷道支护理论3.1深井软岩巷道支护的基本原则（1）高强度支护软弱破碎巷道，围岩自承载能力弱，高强度支护是根本措施。（2）巷道断面优化应该根据区域地应力的分布特征，优化巷道断面形状，可降低支护难度。（3）围岩封闭及时喷层封闭围岩，避免围岩风化与吸水膨胀。全断面封闭支护可控制底鼓。（4）复合支护深井、软岩和破碎围岩巷道，往往需要采用复合支护方案。（5）适度让压适度让压使围岩尽可能地释放变形能，能能够降低支护难度。（6）提高围岩

8、的自承能力对围岩予以补强，提高围岩的整体强度，发挥围岩的自身承载力，防止围岩塑性区域的扩大，能取得事半功倍的支护效果。①深井软岩巷道载荷大于围岩强度，必须提高围岩的承载能力；②以钢管混凝土支架支护、锚喷等技术为基础的支护技术，能使围岩形成一个“承压环”，由承压环控制其外部围岩的稳定性；承压环力学模型3.2深井软岩巷道“承压环强化支护”理论锚杆：施加一对自平衡的法向力，强化承压环的承载能力支架：施加一个法向压力，强化承压环的承载