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鋼管混凝土支護在失修巷道中的應用工學論文
摘要：根據開灤錢家營礦業(yè)分公司井下失修巷道的實際情況，探討了鋼管混凝土支護的施工工藝，同時在實踐中采用了鋼管混凝土支護對失修巷道進行了維修治理，取得了較好地技術經濟效益，為失修巷道的修復提供了一條行之有效的施工方法。
關鍵詞：失修；鋼管混凝土；支護
開灤錢家營礦業(yè)分公司巖石巷道一般布置在12-1煤層的底板巖層內內，距12-1煤層10-15m，可采煤層有5個，煤層間距較小，屬于近距離可采煤層。從而，煤層間的開采應力相互影響，使采區(qū)內的巷道受重復應力的影響，造成巷道重復修復率提高，這不僅給行人帶來不安全隱患，而且給煤礦企業(yè)提高了經營成本。這公司原來治理失修巷道一般采用架設U25或U29型鋼加工的三心拱支架，由于U型鋼拱形支架是可塑性的，所以受礦壓影響，拱形支架易變形，而且易發(fā)生折斷，反復修復率較高。2008年這公司修復八采軌道山利用鋼管混凝土支護，取得了較好地經濟效益。
一、八采軌道山的地質反水文情況
(一)地質情況：八采軌道下山巷道開口位于600西軌道大巷，測點W71前90m，其方位為313°，傾角17°，巷中與六采下部運煤石門間距20m。巷道位于12-l煤層以下2-16m，巖性為中砂巖、細沙巖、粉砂巖、煤線，如表1。
(二)地質構造情況：根據實際揭露的構造情況，在F3測點前8m左右遇到fl’斷層，該斷層傾角40°，落差2.0m。變坡點前32m遇到f2’斷層，該斷層傾角55°，落差2.0m。
(三)水文情況：八采軌道山位于煤12-1底板含水層中。正常涌水量0.2m3／min，最大涌水量0.4 m3／min。
二、動壓巷道支護原則
(一)優(yōu)選巷道層位：煤系地層的巖性差異較大，動壓巷道應盡量布置在堅硬巖層中，以期求得穩(wěn)定性好、返修率低。
(二)優(yōu)化巷道斷面：應該根據區(qū)域地應力的分布特征，優(yōu)化巷道斷面形狀，能使巷道圍巖具有良好的應力狀態(tài)。
(三)適度讓壓：動壓巷道變形較大，要做到不許巷道變形是難以實現的，在保證巷道穩(wěn)定的前提下，適度讓壓即給定巷道一定的允許變形值是最為經濟合理的支護策略。在巷道允許變形的范圍內充分讓壓，使圍巖盡可能地釋放變形能，能有效地發(fā)揮圍巖的自承能力。這就要求支護體必須具備一定的柔性。
(四)強化支護：在適度讓壓的基礎上，為了滿足巷道使用的要求，必須對圍巖的變形進行控制�？赏ㄟ^優(yōu)化巷道支護參數，提高支護體的整體強度，來控制巷道的變形。深井軟巖巷道最終的穩(wěn)定，主要還是依靠支護體的支護強度。
(五)控制巷道底板變彩：動壓巷道圍巖處于 “四面來壓”應力狀態(tài)，即頂板、底板和兩幫同時受壓。當巷道圍巖應力較大時，圍巖變形能必然從巷道的未支護面或支護薄弱面釋放出來，局部圍巖變形量大，進而導致巷道整體失穩(wěn)。因此采取全封閉的支護形式，可以有效地控制巷道失穩(wěn)。
(六)提高圍巖的自承能力：巷道圍巖不僅具有一定的自承力，而且還是一種天然的承載構件。保護圍巖原始結構的完整性，適時對圍巖予以補強，提高圍巖的整體強度，發(fā)揮圍巖的自身承載力，防止圍巖塑性區(qū)域的無限制擴大，能取得事半功倍的效果。
三、鋼管混凝土支護的原理及優(yōu)點
(一)鋼管混凝土支護的原理：鋼管混凝土支護是在鋼管支架外殼內填裝混凝土組成的支架，其工作原理是：借助內填混凝土，增強管殼的穩(wěn)定性，借助鋼管殼的約束作用，使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使夾心混凝土具有更高的抗壓強度和抗變形能力。鋼管混凝土支架具有圓柱狀外形，是最合理的截面形狀，它不僅有慣性矩大的特點，而且無異向性，不易扭曲變形。
(二)鋼管混凝土支護的優(yōu)點：鋼管混凝土支架具有突出的優(yōu)點是支護能力強，與同質量的u型鋼支架相比，其支護反力可達u型鋼支架的2，5倍多。u型鋼支架支護能力較小，鋼管混凝土支架是一種“經濟型高強度支架”，是“性價比”最優(yōu)的支護方式。
四、鋼管混凝土支護參數的選擇
(一)鋼管參數的選擇依據：φ140×8.5mm鋼管混凝土支架支護強度及承載能力滿足支護要求。
(二)鋼管參數的選擇：φ159×8mm的接頭套管能夠與中140×8淺談綜采5mm鋼管尺寸匹配較好。鋼管選用φ140×8.5mm無縫鋼管，單位長度重量為27.57kg／m。接頭套管φ159)<8mm無縫鋼管，單位長度重量為29.79kg／m。
(三)混凝土配制：混凝土采用425#普通硅酸鹽水泥配制，石子采用最大粒徑為15mm的碎石作為粗骨料，優(yōu)質河砂(中砂)作為細骨料。在配制混凝土時摻入適量減水荊，摻量為水泥重量的O.5％；摻入適量速凝劑，摻量為水泥重量的2.5％；摻入適量膨脹劑，摻量為水泥重量的2％。
五、施工方法
首先用釬子將原來支護的背板拆除，在找清浮掉的情況下，用風鎬由巷頂向兩幫進行拆除原支護，用木背板進行臨時支護，然后，按間距500mm架設鋼管混凝土支架，在鋼管混凝土支架上面背700×120X70mm(長×寬×厚)木背板，木背板與巷頂、巷幫接觸不實部位用木背板接頂背實。鋼管混凝土支架架設10架后，在一起用注漿泵向鋼管支架內注入混凝土。附鋼管混凝土支護施工圖。
六、結語
鋼管混凝土支護與u型鋼拱形支架相比，抵抗礦壓能力較強，延長了巷道服務年限，對失修巷道的加固可以廣泛推廣。
在鋼管混凝土支護中，注漿速度較慢，需要對注漿工具進行改造。
對于有底鼓現象的失修巷道的加固，應采用加底彎拱鋼管混凝土支架進行加固，加固效果較好。
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