钢管混凝土支架在内蒙古查干淖尔煤矿建设中应用与研究

杨永迁

(冀中能源峰峰集团锡盟查干淖尔矿筹建处,河北邯郸　056107)

钢管混凝土支架在内蒙古查干淖尔煤矿建设中应用与研究

杨永迁

(冀中能源峰峰集团锡盟查干淖尔矿筹建处,河北邯郸056107)

介绍在内蒙古白垩系膨胀软岩地层进行凿井施工时,因特殊的地质条件限制不能采用锚杆、锚索主动支护,常规的型钢支架支护无法抵抗超大的膨胀压力,采用钢管混凝土支架支护作为一种新工艺应用到煤矿建设,能够在软岩地层克服地质条件困难,取得良好的支护效果。

白垩系膨胀软岩地层钢管混凝土支架应用

1　工程概况

内蒙古查干淖尔煤矿隶属冀中能源峰峰集团有限责任公司，设计生产能力8.0M t/a，采用立斜混合开拓方式，即:主斜井、回风立井、副立井。主斜井:斜长770米，倾斜角度16度;井筒为半圆拱形断面，净宽度为5.0m，净高度3.9m，净断面积为16.8m2。采用双层井壁，外层井壁采用钢筋网+16#工字钢喷射混凝土联合支护，支护厚度150mm;内层井壁为单层钢筋混凝土砌碹支护，横竖及环筋均为φ20@250，混凝土支护厚度450mm，混凝土铺底厚度600mm，砌碹及底板砼强度等级C40。

从273m处主斜井完全进入泥岩段后已采取如下支护措施:(1)巷道支护采用锚喷网+16#对工字钢棚支护;(2)支架后预留变形量，铺设140mm泡沫板;(3)在柱脚打1米深轨道蹶子，加固柱脚，防止柱脚变形。

当主斜井施工到3 2 7m，砌碹成井到281m时，巷道突然来压，泥岩段巷道变形严重，到目前为止，从275～327m巷道支架出现支架扭曲和腿断梁折的情况，两帮收缩量达到1m ，底鼓变形量也达到1.5m。支架变形情况如图1。随即采用12#对工钢和U 36型钢支架各返修一次均抵抗不住巷道变形，因而选用支护反力强大的钢管混凝土支架。

图1　巷道支架顶部变形图

图2　浅底拱圆形支架

2　地质特性

表1　围岩矿物成分表

表2　粘土矿物成分表

(1)地质特性。井筒巷道失修段地层岩性为白垩系下统巴彦花组地层组成，其岩性为泥岩:灰色，一般与粉砂岩互层，手掰即碎，易软化、易崩解，厚层状，属软岩类。(2)岩性测试结果。经岩性测试分析，围岩中具有膨胀性的粘土矿物含量为60.6%，围岩的矿物成分见表1。粘土的矿物成分见表2，其中蒙脱石含量占82%，岩石吸水膨胀性能很强。

3　钢管混凝土支架支护设计

(1)支架型号选择。支架采用Φ194×10无缝钢管型号，钢管单位重量45.4Kg/m，钢管内灌注40#混凝土，并掺加钢纤维。支架间距0.5m。(2)支架结构。支架分为四段套管连接。支架之间顶杆连接。支架顶杆采用Φ76×5的钢管混凝土短杆，顶杆间距1.5m，能够有效防止支架发生压杆失稳。(3)巷道断面设计。巷道断面尺寸要求:净宽5000mm，净高3900mm。支架断面形状选用“浅底拱圆形”的断面形状。上部采用约四分之三的圆形，下部采用一段反底拱。支架分为四节，采用套管连接，上部四分之三圆曲率半径为2850mm，底拱段曲率半径为5097mm。支架结构如图2。

4　混凝土配比与灌注工艺

(1)混凝土配比:支架内灌注的混凝土使用钢纤维混凝土。强度等级为C40的混凝土，水泥选用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥;粗骨料碎石的最大粒径为20mm。砂子选用优质河砂(中砂/粒径为0.35mm～0.5mm)作为细骨料。坍落度要求≧180mm。混凝土中掺入H-508早强减水剂，用量为水泥质量的2%。钢纤维为波纹状，重量比约5%)。混凝土配比与材料用量见表3。

(2)混凝土灌注工艺:①每安装5架～10架空钢管支架后，进行混凝土注浆一次。②首先连接好电缆、布置好输浆管路，输送泵空载15～20分钟。③第一次使用混凝土输送泵应先泵送少许水泥砂浆润滑管路。④混凝土每次搅拌1m3，混凝土搅拌均匀，以防管路堵塞。⑤注浆结束前，需顶部排浆孔流出约5kg混凝土作为结束标识点;⑥注浆结束后先停止泵送，封堵注浆孔、排浆孔。⑦冲洗管路，停止供水、最后断电，然后拆卸管路。

5　支护效果

主斜井之前采用16#普通工作钢支架、U 36型钢支架、12#矿用工字钢支架进行支护，其支架架设完毕后最多3天开始收缩变形，且每天变形均在100mm以上。自281m—322m段采用钢管混凝土支护返修后，经过两个月的观测得到两帮累计移近量约100mm，目前正逐渐趋于稳定。

6　结语

(1)内蒙古白垩系软岩膨胀地层施工，其支护原理为“抗”而不是多次返修后的“让”。(2)钢管混凝土支架的支护强度远远大于各种材质的型钢支架，适宜软岩及膨胀岩性地层支护施工。(3)钢管混凝土支架应用于矿井井下工程，为矿井建设支护方式开辟了一条新的思路。

表3　一立方混凝土材料配比表