钢管混凝土支架支护技术在益新矿的应用

金海城，陈贵林

（黑龙江龙煤矿业集团股份有限公司 鹤岗分公司，黑龙江 鹤岗154100）

1 简述

益新煤矿四水平南一运输石门区是四水平首采区运输石门，巷道标高－450m，施工区域地质构造复杂，F13断层构造影响区域施工。该矿以前采用传统的支护方式在四水平南一石门区域曾多次掘进巷道，均未成功，具体表现为巷道支护系统在矿山压力的作用下失效，巷道底鼓，顶板下沉，两帮突出。

益新煤矿四水平南一运输石门先期施工210m，采用的巷道支护系统（36U型钢拱形支架见图1）已经失效，龙煤集团矿建23处一工区08队（原29队）于2010年5月5日承接该项工程，采用钢管混凝土支护系统，需恢复后掘进。到2010年12月10日，恢复210m，掘进巷道120m，经过效果检验，钢管混凝土支架支护系统适用于深部软岩条件。为加快施工进度和降低成本，从2011年1月起采用中空注浆锚索支护系统，到2012年7月31日，共安装中空注浆锚索820根，其中：7.3m规格510根，2.8m规格310根，“一梁五索”的组合208组，支护新掘巷道205m。

图1 架棚注浆示意图

2 支护设计方案的选择

依据南一轨道石门已掘巷道的变形情况，参考《鹤岗矿区深部软岩巷道支护的研究》研究成果，该项工程施工区域属于鹤岗矿区深部软岩区域，传统支护工艺不适用于该项施工。工程技术人员选择二种新支护工艺，即钢管混凝土环形支架支护系统和注浆锚索支护系统进行现场试验。本文就钢管混凝土支架支护等统作简要介绍。

2.1 钢管混凝土支架

（1）支护方案

采用钢管混凝土环形支架支护（见图2），钢管混凝土增强了传统支架的支护强度，混凝土钢管壁后充填碎石起到让压作用。拆除失效支架前的注浆，加固围岩形成混凝土管体符合《鹤岗矿区深部软岩巷道支护的研究》提出的新的支护理念。

（2）支护设计

①临时支护：采用瑞米1号加固剂进行工作面预注浆，浆液配比为1∶1，前探锚杆间距200mm，与掘进方向一致，3.5m与5m两种规格间隔布置，锚杆材料为Φ20 mm左旋无纵筋螺纹钢。

②永久支护：钢管混凝土支架为圆形闭合支架，分三段，采用套筒式组合，支架所用钢管为Φ159mm×8mm无逢钢管，圆形支架的净规格为Φ4.4m，棚距500mm，设一个加注孔和2个排气孔，并配有丝堵，每架设5道筋巴力拉杆，混凝土标号为C30，配比为水泥∶沙子∶石子＝1∶1.26∶2.45；水灰比0.44。

图2 圆形钢管混凝土支架

钢筋网规格为1m×2m，沿支架外侧周边铺设至两帮底脚，相邻钢筋网搭接宽度100mm，每架铺设7片，喷射混凝土标号为C15，配比为水泥∶沙子∶石子＝1∶1.87∶2.24，水灰比0.57，喷厚150mm。

2.2 钢管混凝土支架的施工

（1）支护工艺

首先将原有巷道内的U型钢支架按照由外向里的顺序逐架拆除。拆除支架前采用瑞米1号加固剂对工作面进行预注浆，然后每拆除1架棚打前探锚杆进行临时支护，按设计棚距用风镐开挖临时支护内的岩石，达到设计规格后架设空钢管支架，支架外侧铺钢筋网，网后充填矸石，每安装10架（或20架）空钢管支架集中灌注一次混凝土，最后按设计厚度喷射混凝土。

（2）施工方法

①工作面预注浆，采用瑞米堵水／加固1号，按1∶1配比混合。注浆技术参数见表1。施工时A、B两种材料按1：1的体积比注入，浓度固定。注浆压力视围岩裂隙发育程度而定，最高为18MPa，泥质围岩时，注浆压力要相应提高。一根注浆管的注浆量为t＝P·P1·M·V

式中：t为一根注浆管的注浆量；P为浆液浓度，取1.35t／m3；P1为变动系数，取1.05；M 为裂隙率，取0.10；V为一根注浆管的注浆范围内的体积，约为1.26m3。

代入数值，t＝0.15。

整个巷道断面布置8根注浆管，总注浆量为1.2t。

注浆浆液最小渗透空隙0.14mm，注浆扩散半径3m左右，可根据注浆量控制注浆时间，当每孔注满0.15t时，停止注浆；也可通过注浆压力控制注浆时间，开动注浆泵后设置一定注浆速度，当注浆压力达到定额压力时停止注浆。

根据浆液扩散半径3m可以预估，巷道横断面上注浆加固有效宽度可达3m以上，巷道掘进方向超前加固宽度也可达3m以上。因此，每掘进2.8m注浆加固一次，满足两排注浆管搭接长度的要求，即可保证围岩加固的连续性。

表1 注浆参数

②空钢管支架架设

以激光线为基准，根据巷道支护设计图确定支架各部分的准确位置。

空钢管支架架设完成后，从支架拱顶向两侧铺设钢筋网，网间通过绑扎联接，网后用碎矸石装袋充填，充实充严。

③空钢管支架注混凝土

每安装10架（或20架）空钢管支架，集中灌注一次混凝土。混凝土搅拌每次1m3，并保证均匀，以防止堵管。

3 支护效果检验

从2011年3月20日开始施工，截止2011年12月31日，共架设钢管混凝土支架825架，支护巷道330m，其中：修复巷道210m，新掘巷道120m。

通过对修复后和新掘巷道的观测，巷道顶、帮和底板移变形量符合巷道质量管理标准，直接观察和实际量测都证实支架没有发生变形。

4 结语

鹤岗矿区开采水平逐渐向深部延深，深部软岩巷道支护的方式和标准亟待确定。在益新四水平南一石门恢复和掘进的工程实践表明，钢管混凝土支架支护系统能应用于类似益新煤矿深部软岩地质条件的巷道维修和掘进的支护。