井底车场钢管混凝土支架的综合支护方案解析

文/文增生史春芝

井底车场钢管混凝土支架的综合支护方案解析

文/文增生史春芝

沂源县鲁村煤矿有限公司位于沂源煤田，矿井始建于1978年，年产量20万吨，采用一对斜井开拓。近年来，公司为提高产量投建混合立井，但在-270井底车场开掘中遭遇红土岩地层，围岩强度低，岩性较差，传统的支护方式难以保证巷道稳定，导致掘进缓慢。本文分析了-270井底车场围岩地质特征，提出基于钢管混凝土支架的综合支护方案，并通过理论验算证实钢管混凝土支架承载能力为U29型钢支架的4倍，满足巷道支护要求。

一、-270井底车场地质特征分析

1.混合立井-270井底车场埋深600m，刀形布置。车场巷道已掘进一半，因马头门过渡段、等待室交叉点和绕道最后施工，断面较大，交叉点存在，且施工扰动较大，掘进支护将存在较大困难，准备采用钢管混凝土支架进行支护。

2.围岩特征及巷道破坏分析。混合立井-270井底车场巷道围岩尚未成岩，岩石强度低，巷道稳定性差。检测分析证实，巷道围岩为红色泥质粉砂岩，岩石单周抗压强度5.9～8.2MPa，内摩擦角38.8°，凝聚力0.6MPa。围岩中的粘土矿物含量为35.2%，岩石遇水具有一定的膨胀性。

目前，马头门支护采用锚网喷+钢筋混凝土砌碹，锚杆长3m，间排距为1.0m×0.8m，挂普通钢筋网喷层，砌碹厚度600mm，中等配筋率。混合立井左边先施工，施工6个月内巷道稳定，但当混合立井右边开始施工时，立井左边混凝土开裂与片帮越来越严重，绕道采用锚喷网+29U型钢支架支护，施工后6个月全面返修。

通过对-270井底车场围岩特征及巷道破坏分析，其变形破坏主要原因一方面是围岩单轴抗压强度低，巷道自身承载力太低；另一方面是巷道交叉布置或近距离施工扰动影响，且现有支护体强度不足，导致无法有效地应对扰动影响。

二、-270井底车场综合支护方案设计

-270井底车场钢管混凝土支架试验段长度约40m，巷道断面为圆形，试验支架数量50架。其中，马头门过渡段支架间距0.8m，净断面由4.8m×4.1m递减至3.4m×3.4m；交叉口支架间距0.75m，净断面3.4m× 3.4m；等候室支架间距0.8m，净断面3.0m×3.0m；绕道支架间距0.8m，净断面3.4m×3.4m。以钢管混凝土支架为主要技术手段，巷道开挖后挂网打锚杆做临时护顶支护，然后架设钢管支架，支架后覆盖彩条布并全断面布置钢筋网，钢管支架灌注混凝土，壁后充填混凝土，支架外喷混凝土覆盖，完成全部支护措施。

图1 马头门过渡段钢管支架设计图

1.钢管混凝土支架设计

钢管采用20#结构用无缝钢管，分Φ194×8mm和Φ194×10mm规格，单位重量分别为36.7kg/m和45.4kg/m。试验段设计有马头门过渡段钢管支架设计、交叉点支架设计、等候室支架设计和绕道支架设计。

（1）马头门过渡段钢管支架结构设计。支架所用钢管型号Φ194×10mm，支架分4段，套管连接，支架间使用顶杆连接，支护长度2.4m，共4架，断面逐渐缩小，第一架钢管支架结构设计，如图1所示。

（2）交叉点钢管支架结构设计。交叉点是支护中的难点，支架搭接更是难度大增。交叉点支架所用钢管型号Φ194×10mm，交叉点长度3m，共4架搭接支架和1架支撑支架，搭接支架间距0.75m。支撑架的顶弧段和反底拱段分别焊置4对工字钢搭接角架，搭接架顶弧段和反底拱段延长，并在延长起始点焊置工字钢搭接角架，正好与支撑架相扣，保证紧密连接，良好传递压力。搭接架分两种断面结构，结构设计如图2所示。

（3）等候室钢管支架结构设计。等候室支架与交叉点支撑架相同，其目的是保护支撑架免受端头效应，共同承担交叉点压力。支架所用钢管型号Φ194× 10mm，支护长度1.6m，共2架。

（4）绕道钢管支架结构设计。绕道支护长度32m，根据其他矿井施工经验，端头钢管支架容易产生破坏，为避免该效应，在绕道两端使用Φ194×10mm加强支架，绕道中间使用Φ194×8mm普通支架。其中加强支架6架，普通支架34架。详见图3。

（5）核心混凝土配比设计。核心混凝土设计为强度等级C40混凝土，核心混凝土基本配料为水泥、砂子和石子，同时为满足泵送要求、减少混凝土用量加入减水剂，掺量2%；为防止混凝土干缩导致核心混凝土与钢管剥离加入膨胀剂，掺量8%；为增加混凝土的韧性和抗变形能力加入钢纤维，掺量5%，按水泥重量比掺入。

2.锚网喷支护及壁后充填设计

巷道开挖后，先对围岩喷射30～50mm厚混凝土封闭，挂网打锚杆。同时，为节省材料使用塑料网，锚杆长度3.0m，排距1000mm，顶部紧密，两帮疏松。架设钢管混凝土支架，在支架后铺设彩条布与钢筋网，钢筋网紧贴支架，彩条布与围岩预留200mm空间，以C40混凝土或喷浆混凝土充填。绕道综合支护如图4。

三、结论

1.-270井底车场围岩主要泥质粉砂岩，岩石强度低，承载能力差，现有锚网喷+U29型钢支架支护和锚网喷+混凝土砌碹支护不能满足支护要求，需要提高支护反力。

2.-270井底车场巷道断面全部为圆形，支护布置分四段。马头门过渡段，支架型号Ф194×10mm，间距0.8m，4架；交叉口，支架型号Ф194×10mm，间距0.75m，搭接架3架，支撑架1架；等候室，支架型号Ф194×10mm，间距0.75m，2架；绕道，两端加强支架型号Ф194×10mm，中间普通支架型号Ф194×8mm，间距0.,8m，加强支架6架，普通支架34架。

3.通过绕道钢管混凝土支架承载力验算得出Ф194×10mm支架支护反力为1.14MPa，是U29型钢支架的4倍，满足巷道支护要求。

（作者单位：沂源县鲁村煤矿有限公司）

（责任编辑：周琼）

图3 绕道钢管支架设计图

图2 交叉点钢管支架设计图

图4 绕道综合支护设计图