龙口矿区海域极软岩层钢管混凝土支架支护技术

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1、龙口矿区海域极软岩层钢管混凝土支架支护技术山东能源集团公司龙口矿区成煤于新生代古近系，含煤地层岩性多为泥岩、粘土岩、含油泥岩，炭质页岩和胶结松散的砂岩，是全国著名的软岩支护难点地区，北皂煤矿海域扩大区地质条件更为复杂，各层位岩石物理、化学性质较陆地范围均有所弱化。海域扩大区采掘作业范围目前主要集中在煤2中，该层位常用的支护形式为U36钢棚壁后浇注，但在局部应力集中区域如断层、地层破碎带附近、工作面回采动压影响范围内、煤2顶板含油泥岩层位施工巷道仍无法满足支护强度要求。为增加支护强度，自2012年引进了由中国矿业大学（北京）研制的钢管混凝土支架进行了多段巷道的施工。通过合理

2、确定支架型号，在施工过程中对支架结构进行适当改进后的实践证明:钢管混凝土支架的高强承载能力在软岩矿井支护中具有明显优势，是局部高应力集中区域稳定可靠的支护方案选择。一、局部应力集中区域施工巷道钢管混凝土支架的结构设计1.支架钢管选型支护钢管选用Φ194×10mm的无缝钢管，接头套管选用Φ219×10mm的无缝钢管。选型依据：根据《现代钢管混凝土结构（修订版）》、《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS28:90）对Φ194×10mm的无缝钢管支架短柱承载力、支架承载能力、支架支护反力进行计算，采用C20混凝土钢管混凝土支架承载能力为1428.2KN，约143吨，支护反力

3、为0.72Mpa，而U36型钢支架的承载能力为48吨，支护反力为0.25Mpa,Ф194×10mm支架钢管（20号钢）的支护反力是U36型钢支架的2.9倍。Φ194×10mm钢管混凝土支架支护强度及承载能力满足支护要求；Φ219×10mm的接头套管能够与Φ194×10mm钢管尺寸匹配较好。2.支架结构参数钢管混凝土支架结构分为五段：左帮段，右帮段，左底拱段，右底拱段，顶拱段，套管连接。支架之间采用钢拉杆连接，支架间距设计为0.6m。支架顶杆采用钢拉杆，能够有效防止支架发生压杆失稳。3.巷道断面设计巷道断面尺寸要求：净宽4.3m，净高3.1m。图1.五节圆形钢管混凝土支架4

4、.支架连接设计（1）接头套管连接设计支架顶拱段与左右两帮之间用接头套管连接，接头套管采用Φ219×10mm的钢管。接头套管连接方式：首先将顶拱段与左右帮段的钢管端面对齐，然后用相同弧度的钢管套接两端钢管，以保证两端钢管同心连接。为防止接头套管的滑动，在下端钢管上焊置挡环。（2）钢管混凝土支架间的连接设计相邻钢管混凝土支架间用金属拉杆连接。拉杆可以连接相邻支架使之成为整体结构，拉杆采用20mm厚铁板加工，不仅可以有效的抵制相邻钢管支架之间的拉力作用，还可以有效抵御相邻钢管支架之间的压力作用。支架之间的间距600mm，支架间设5根拉杆。图2.钢管混凝土支架拉杆及套管局部图5.

5、辅助支护设计（1）让压a.预留变形空间设计及让压层巷道围岩与钢管混凝土支架支护间需留一定量的变形空间，以满足巷道围岩变形卸压，从而减小所需支护反力，增强巷道稳定性，简称预留变形空间。预留变形量控制在100～200mm之间。预留变形空间用泡沫塑料板充填。b.巷道底板“窗口式”让压采用每隔2架支架在巷道底板与两帮预留卸压窗口，即仅支护巷道断面周长的三分之一，底板和两帮的下半截留作“卸压窗口”，进行适当让压，最总确保支架的稳定性。（如下图）图3.底板卸压窗口示意图图4.底板卸压窗口铅垂剖面图（2）钢筋网铺设为防止岩石破碎冒落，在钢管支架后全断面铺设钢筋网，钢筋网采用1020*4

6、20mm钢筋网【横筋使用Φ16mm钢筋（共5根，间距105mm），纵筋使用Φ10mm钢筋（共10根，间距60mm）】（见图1.4）。（3）混凝土喷碹设计支架安装、钢筋网铺设、泡沫塑料板充填完成后，对围岩进行混凝土喷碹处理，喷碹厚度250mm。喷碹混凝土采用PO32.5R的普通硅酸盐水泥配制，标号C20；水灰比控制在为0.4～0.6；同时为防止钢管混凝土支架锈蚀，喷碹时在钢管混凝土支架上喷10～15mm厚的混凝土保护层。辅助支护设计与钢管混凝土支架设计共同组成钢管混凝土支架支护设计。设计整体如图1.5.3图5.五节圆形钢管混凝土支架二、钢管混凝土支架施工工艺1.巷道支护施工

7、工艺流程①开挖巷道断面②临时支护（顶板布置锚杆）③安装空钢管支架（挑顶按底拱支棚腿）④在支架与围岩之间铺设钢筋网、防雨布⑤在支架与围岩之间浇注混凝土⑥10-20架钢管支架集中灌注混凝土。2.钢管混凝土支架施工顺序与方法按支架间距为0.6m确定支架位置，按顺序安装钢管支架：首先安装顶弧段；采用前探梁或固定锚杆将顶弧段钢管固定到预支位置，确保固定牢固。其次放入底拱段。再次安装两帮段，帮腿段靠近帮壁后先向上抬高一小段距离（超过接口100—150mm），将帮腿段缓慢插入接头套管，直到插入到底，并安装接头套管；最后将顶弧段固定锚杆适当松