深部巷道鋼管混凝土支架控制技術

劉 瑞

（山東科技大學，山東 青島 266590）

1 鋼管混凝土支架結構特征

鋼管混凝土支架是在鋼管外殼內填裝混凝土組成的現代構件，鋼管混凝土構件具有圓柱狀外形，是當前最科學、最合理的截面形狀，抗彎剛度大，無異向性，不易扭曲變形等結構優點。其工作原理是鋼管殼約束作用使混凝土處于三向受壓狀態，從而使夾心混凝土具有更高的抗壓強度，內填混凝土與鋼管管殼共同承受軸向壓力[1]。

2 鋼管混凝土支架總體結構

2.1 基本結構

鋼管混凝土支架基本結構一般分為四段頂弧段、兩幫段、反底拱段，各段之間通過套管或法蘭盤軸向連接，核心混凝土在支架內澆筑成整體。如圖所示為圓形支架的基本結構示意圖。圖為套管連接結構，圖1.1為基本結構圖。

與其他金屬支架類似，鋼管混凝土支架也具有多種支架形狀，如圖所示幾種支架形狀①圓形支架②直墻半圓拱加反底拱支架③弧墻圓拱形支架④弧墻三心拱形支架。就支架的加工難易與支護能力大小而論，前兩種支架形式為最優選擇。支架形狀見圖1.2。

2.2 連接方式

鋼混支架各段之間采用套管連接，套管管徑比主體支架鋼管管徑稍大，二者的彎曲曲率相同。在支架左幫段或右幫段底部一定位置布置有注漿口，空鋼管支架在井下安裝完畢后，利用混凝土輸送泵通過注漿口注入充填漿液。在頂弧段上一般布置有排氣排漿孔，保證混凝土漿液能充實鋼管內空間。同時各架支架之間采用連桿連接，使巷道軸線方向的支架能形成整體，不偏斜失穩，保證支架的穩定性，各支架間的連接方式見圖1.3所示。

2.3 支護技術要點

鋼管混凝土支架支護技術要點包括：

① 根據巷道圍巖壓力及巷道形狀，設計支架合理的支護反力，選擇合理的鋼管混凝土支架型號及斷面形狀；

② 在地面將空鋼管加工成需要的斷面形狀，切割，各段之間采用套管連接，支架之間采用連桿連接，使巷道軸線方向的支架能形成整體，不偏斜失穩，保證支架的穩定性；

③ 鋼混支架分段運輸到井下，安裝過程中給一次支護后的圍巖預留一定的變形量；

④ 空鋼管支架安裝完畢后用混凝土輸送泵灌注混凝土，形成鋼管混凝土支架。

3 鋼管混凝土支架支護技術類型

3.1 可縮性鋼管混凝土支架柔性支護技術

可縮性鋼管混凝土支架是以多孔金屬接頭作為受力構件產生縮變的新型支架，摒棄了傳統金屬支架中所采用的依靠連接件摩擦-滑動的方式來產生縮動變形和工作阻力的方法，用低碳鋼制作多孔金屬接頭，多孔金屬接頭含有豐富的孔洞，當外荷載達到某一數值時開始產生塑性變形，隨著孔洞被壓縮會產生大的變形以適應圍巖的變形。多孔金屬材料的結構簡單，可提供穩定的壓縮變形和工作阻力，并且變形量和阻力大小均可利用接頭的幾何尺寸、孔洞率等加以調整，其受力變形特點清晰，便于準確描述其工作阻力和變形量的大小。可縮性鋼管混凝土支架主要有圓弧形鋼管混凝土支架、多孔金屬接頭、鋼管混凝土柱三部分組成。

3.2 鋼管混凝土支柱巷旁支護沿空留巷技術

鋼管混凝土支柱巷旁支護沿空留巷技術采用“鋼管混凝土支柱＋柔性墊層”作為巷旁支護體的沿空留巷方法[2]，具體的施工步驟包括：1）在地面加工制作空鋼管支柱，鋼管上、下兩端口均用鋼板焊接堵死，在支柱的中 上部加工 預留注漿口；2）自切眼開始，滯后工作面2～3m 的距離在預留巷道靠近采空區的邊緣處用矸石袋壘砌一層矸石墻接頂，并進行噴漿處理，用以隔絕采空區；3）緊貼矸石墻支設空鋼管支柱（可視具體情設1排或2排），支柱上端用矸石袋或木墊塊充填接頂，作為柔性墊層，厚度200mm～300mm；4）對空鋼管支柱進行井下混凝土注漿，形成鋼管混凝土支柱巷旁支護結構，留巷方案如圖1.4所示（以2排鋼混支柱為例）。