鋼管混凝土支架在內蒙古查干淖爾煤礦建設中應用與研究

楊永遷

(冀中能源峰峰集團錫盟查干淖爾礦籌建處,河北邯鄲　056107)

鋼管混凝土支架在內蒙古查干淖爾煤礦建設中應用與研究

楊永遷

(冀中能源峰峰集團錫盟查干淖爾礦籌建處,河北邯鄲056107)

介紹在內蒙古白堊系膨脹軟巖地層進行鑿井施工時,因特殊的地質條件限制不能采用錨桿、錨索主動支護,常規的型鋼支架支護無法抵抗超大的膨脹壓力,采用鋼管混凝土支架支護作為一種新工藝應用到煤礦建設,能夠在軟巖地層克服地質條件困難,取得良好的支護效果。

白堊系膨脹軟巖地層鋼管混凝土支架應用

1　工程概況

內蒙古查干淖爾煤礦隸屬冀中能源峰峰集團有限責任公司，設計生產能力8.0M t/a，采用立斜混合開拓方式，即:主斜井、回風立井、副立井。主斜井:斜長770米，傾斜角度16度;井筒為半圓拱形斷面，凈寬度為5.0m，凈高度3.9m，凈斷面積為16.8m2。采用雙層井壁，外層井壁采用鋼筋網+16#工字鋼噴射混凝土聯合支護，支護厚度150mm;內層井壁為單層鋼筋混凝土砌碹支護，橫豎及環筋均為φ20@250，混凝土支護厚度450mm，混凝土鋪底厚度600mm，砌碹及底板砼強度等級C40。

從273m處主斜井完全進入泥巖段后已采取如下支護措施:(1)巷道支護采用錨噴網+16#對工字鋼棚支護;(2)支架后預留變形量，鋪設140mm泡沫板;(3)在柱腳打1米深軌道蹶子，加固柱腳，防止柱腳變形。

當主斜井施工到3 2 7m，砌碹成井到281m時，巷道突然來壓，泥巖段巷道變形嚴重，到目前為止，從275～327m巷道支架出現支架扭曲和腿斷梁折的情況，兩幫收縮量達到1m ，底鼓變形量也達到1.5m。支架變形情況如圖1。隨即采用12#對工鋼和U 36型鋼支架各返修一次均抵抗不住巷道變形，因而選用支護反力強大的鋼管混凝土支架。

圖1　巷道支架頂部變形圖

圖2　淺底拱圓形支架

2　地質特性

表1　圍巖礦物成分表

表2　粘土礦物成分表

(1)地質特性。井筒巷道失修段地層巖性為白堊系下統巴彥花組地層組成，其巖性為泥巖:灰色，一般與粉砂巖互層，手掰即碎，易軟化、易崩解，厚層狀，屬軟巖類。(2)巖性測試結果。經巖性測試分析，圍巖中具有膨脹性的粘土礦物含量為60.6%，圍巖的礦物成分見表1。粘土的礦物成分見表2，其中蒙脫石含量占82%，巖石吸水膨脹性能很強。

3　鋼管混凝土支架支護設計

(1)支架型號選擇。支架采用Φ194×10無縫鋼管型號，鋼管單位重量45.4Kg/m，鋼管內灌注40#混凝土，并摻加鋼纖維。支架間距0.5m。(2)支架結構。支架分為四段套管連接。支架之間頂桿連接。支架頂桿采用Φ76×5的鋼管混凝土短桿，頂桿間距1.5m，能夠有效防止支架發生壓桿失穩。(3)巷道斷面設計。巷道斷面尺寸要求:凈寬5000mm，凈高3900mm。支架斷面形狀選用“淺底拱圓形”的斷面形狀。上部采用約四分之三的圓形，下部采用一段反底拱。支架分為四節，采用套管連接，上部四分之三圓曲率半徑為2850mm，底拱段曲率半徑為5097mm。支架結構如圖2。

4　混凝土配比與灌注工藝

(1)混凝土配比:支架內灌注的混凝土使用鋼纖維混凝土。強度等級為C40的混凝土，水泥選用強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥;粗骨料碎石的最大粒徑為20mm。砂子選用優質河砂(中砂/粒徑為0.35mm～0.5mm)作為細骨料。坍落度要求≧180mm。混凝土中摻入H-508早強減水劑，用量為水泥質量的2%。鋼纖維為波紋狀，重量比約5%)。混凝土配比與材料用量見表3。

(2)混凝土灌注工藝:①每安裝5架～10架空鋼管支架后，進行混凝土注漿一次。②首先連接好電纜、布置好輸漿管路，輸送泵空載15～20分鐘。③第一次使用混凝土輸送泵應先泵送少許水泥砂漿潤滑管路。④混凝土每次攪拌1m3，混凝土攪拌均勻，以防管路堵塞。⑤注漿結束前，需頂部排漿孔流出約5kg混凝土作為結束標識點;⑥注漿結束后先停止泵送，封堵注漿孔、排漿孔。⑦沖洗管路，停止供水、最后斷電，然后拆卸管路。

5　支護效果

主斜井之前采用16#普通工作鋼支架、U 36型鋼支架、12#礦用工字鋼支架進行支護，其支架架設完畢后最多3天開始收縮變形，且每天變形均在100mm以上。自281m—322m段采用鋼管混凝土支護返修后，經過兩個月的觀測得到兩幫累計移近量約100mm，目前正逐漸趨于穩定。

6　結語

(1)內蒙古白堊系軟巖膨脹地層施工，其支護原理為“抗”而不是多次返修后的“讓”。(2)鋼管混凝土支架的支護強度遠遠大于各種材質的型鋼支架，適宜軟巖及膨脹巖性地層支護施工。(3)鋼管混凝土支架應用于礦井井下工程，為礦井建設支護方式開辟了一條新的思路。

表3　一立方混凝土材料配比表