深部巷道钢管混凝土支架控制技术

刘 瑞

（山东科技大学，山东 青岛 266590）

1 钢管混凝土支架结构特征

钢管混凝土支架是在钢管外壳内填装混凝土组成的现代构件，钢管混凝土构件具有圆柱状外形，是当前最科学、最合理的截面形状，抗弯刚度大，无异向性，不易扭曲变形等结构优点。其工作原理是钢管壳约束作用使混凝土处于三向受压状态，从而使夹心混凝土具有更高的抗压强度，内填混凝土与钢管管壳共同承受轴向压力[1]。

2 钢管混凝土支架总体结构

2.1 基本结构

钢管混凝土支架基本结构一般分为四段顶弧段、两帮段、反底拱段，各段之间通过套管或法兰盘轴向连接，核心混凝土在支架内浇筑成整体。如图所示为圆形支架的基本结构示意图。图为套管连接结构，图1.1为基本结构图。

与其他金属支架类似，钢管混凝土支架也具有多种支架形状，如图所示几种支架形状①圆形支架②直墙半圆拱加反底拱支架③弧墙圆拱形支架④弧墙三心拱形支架。就支架的加工难易与支护能力大小而论，前两种支架形式为最优选择。支架形状见图1.2。

2.2 连接方式

钢混支架各段之间采用套管连接，套管管径比主体支架钢管管径稍大，二者的弯曲曲率相同。在支架左帮段或右帮段底部一定位置布置有注浆口，空钢管支架在井下安装完毕后，利用混凝土输送泵通过注浆口注入充填浆液。在顶弧段上一般布置有排气排浆孔，保证混凝土浆液能充实钢管内空间。同时各架支架之间采用连杆连接，使巷道轴线方向的支架能形成整体，不偏斜失稳，保证支架的稳定性，各支架间的连接方式见图1.3所示。

2.3 支护技术要点

钢管混凝土支架支护技术要点包括：

① 根据巷道围岩压力及巷道形状，设计支架合理的支护反力，选择合理的钢管混凝土支架型号及断面形状；

② 在地面将空钢管加工成需要的断面形状，切割，各段之间采用套管连接，支架之间采用连杆连接，使巷道轴线方向的支架能形成整体，不偏斜失稳，保证支架的稳定性；

③ 钢混支架分段运输到井下，安装过程中给一次支护后的围岩预留一定的变形量；

④ 空钢管支架安装完毕后用混凝土输送泵灌注混凝土，形成钢管混凝土支架。

3 钢管混凝土支架支护技术类型

3.1 可缩性钢管混凝土支架柔性支护技术

可缩性钢管混凝土支架是以多孔金属接头作为受力构件产生缩变的新型支架，摒弃了传统金属支架中所采用的依靠连接件摩擦-滑动的方式来产生缩动变形和工作阻力的方法，用低碳钢制作多孔金属接头，多孔金属接头含有丰富的孔洞，当外荷载达到某一数值时开始产生塑性变形，随着孔洞被压缩会产生大的变形以适应围岩的变形。多孔金属材料的结构简单，可提供稳定的压缩变形和工作阻力，并且变形量和阻力大小均可利用接头的几何尺寸、孔洞率等加以调整，其受力变形特点清晰，便于准确描述其工作阻力和变形量的大小。可缩性钢管混凝土支架主要有圆弧形钢管混凝土支架、多孔金属接头、钢管混凝土柱三部分组成。

3.2 钢管混凝土支柱巷旁支护沿空留巷技术

钢管混凝土支柱巷旁支护沿空留巷技术采用“钢管混凝土支柱＋柔性垫层”作为巷旁支护体的沿空留巷方法[2]，具体的施工步骤包括：1）在地面加工制作空钢管支柱，钢管上、下两端口均用钢板焊接堵死，在支柱的中 上部加工 预留注浆口；2）自切眼开始，滞后工作面2～3m 的距离在预留巷道靠近采空区的边缘处用矸石袋垒砌一层矸石墙接顶，并进行喷浆处理，用以隔绝采空区；3）紧贴矸石墙支设空钢管支柱（可视具体情设1排或2排），支柱上端用矸石袋或木垫块充填接顶，作为柔性垫层，厚度200mm～300mm；4）对空钢管支柱进行井下混凝土注浆，形成钢管混凝土支柱巷旁支护结构，留巷方案如图1.4所示（以2排钢混支柱为例）。