钢管砼支架支护技术在软岩巷道维修中的应用分析.pdf

当代化工研究 Modem Chemical Research60 技术应用与研究 2020 17 钢管硅支架支护技术在软岩巷道维修中 的 应用分析 *姜足涛 山西阳煤集团二矿山西045000 摘耍本文针对清水营煤矿受到软岩影响之后产生的巷道变形问题，在分析软岩性质之后来分析围岩应力和变化的规律，之后才能够提 出合适丝支护方案.本文在介绍完钢管支架餉结构和工作原理之后全面地分析力学性能和施工的工艺.专业人员在分析完相关的施工工艺 之后再有效地进行比较.为的是更好地体现出钢管程支架在软岩巷道支护过程中时作用. 关键词钢管程支架；支护技术；软岩巷道；维修技术；应用策略 中图分类号TD82 文献标识码A Application Analysis of Concrete-filled Steel Tube Bracket Support Technology in Soft Rock Roadway Maintenance Jia n g Jin gta o No .2 Min e, Sh a n xi Ya n gmei Gr o up, Sh a n xi, 045000 Abstract z In this paper, aiming at the roadway deation caused by soft rock in Qingshuiying Coal Mine, after analyzing the properties of soft rock, the stress and variation law of surrounding rock are analyzed, and then the appropriate supporting scheme can be put forward. After introducing the structure and working principle ofsteel pipe support, this paper comprehensively analyzes the mechanical properties and construction technology. After analyzing relevant construction techniques, professionals can effectively compare them, so as to better reflect the role of concrete- filled steel tube bracket in soft rock roadway support. Key words i concrete-filled steel tube bracket support technology soft rock roadway maintenance technology application strategy 引言 软岩巷道的支护和维护是多数煤矿安全生产的过程中一 种技术难题。正因为软岩有着一定的特殊性，传统的锚网支 护方式已经不能够满足巷道支护的要求。本文通过结合实际 案例来分析巷道内部软岩性质和巷道围岩应力的分布变化规 律，最终才能够体现出钢管轻支架在支护中的优越性。 1 工程背景 某清水煤矿位于回族自治区境内，地处某化工基地 东侧的煤田北部。井田的南北长度约为12km,东西宽度约 为6km,整个井田的面积约为78km2,井田设计生产能力为 6. 0Mt/a ,服务年限为 116.84a。 该煤矿于2006年就开始动工，在2008年投入生产。但 是，到了2016年却因为矿井生产的成本过高而实际停产。但 是，该矿井在停产的过程中缺少实际的维护，所以回风斜 井、副立井和水平车场内部都会出现巷道变形。 本工程维修段的井口将会直接向下746. 42-835. 63m,长 度为90.22m。该巷道为内部穿层的巷道，地层多数存在于白 垩纪时期，地层中的内容主要是由粉砂岩和细砂岩组成的。 在实际施工的过程中，只有具体分析整个煤矿工程的背景， 才能够在关键时刻发挥重要的作用。 2.软岩巷道围岩变形的规律 经过观测和分析之后，软岩巷道在变形的过程中可以表 现为如下几点内容第一，多数软岩巷道围岩在变形的过程中 将会表现出明显的时间效应。不仅多数变形的速度较快，而且 变形趋向在稳定之后更会产生大的流变，整体持续的时间也较 长。如果专业人员不采用有效的支护措施进行建设，围岩变形 更会变得更加剧烈。巷道内部的结构自然会被破坏讥第二， 多数软岩巷道不仅会直接表现为环向受压，周围的部件也会 表现出强烈的不对称性。最后不仅软岩巷道顶板容易变形， 底板部分也会表现出强烈的底鼓，两帮的顶板也会直接坍 塌。第三，软岩巷道周围的变形会随着埋深的加大而不断地 增大。如果在建设的过程中超过了临界的深度，则会在短时 间内急剧增加。在实际建设的过程中，相关人员需要全面分 析软岩巷道围岩变形的相关情况。 3.主斜井巷道变形原因 多数主斜井的围岩都是以粉质的砂岩为主的。作为一种 分布范围非常广泛的软岩将会具有较高的力学强度。但是， 其在遇到谁之后则会直接膨胀和软化。当内部力学强度在实 际降低之后，甚至会不断地分解。 图1承压环及围岩弹塑性应力分布 从“承压环”的概念来看，巷道在开挖之后会直接被破 坏。于是，整个巷道的周围会形成一大环状的破碎区。该破 碎围岩内部的残余性强度将会承担着围岩内部的切向应力， 并提供一定的径向应力。当岩石吸水膨胀之后，围岩的流动 状态会直接破坏这种平衡⑵。只有全面地使用巷道支护的措 施才能够更好地提升巷道围岩承受压力的能力。专业人员则 当代化工研究 Modem Chemical Research 6161 2020 17 技术应用与研究 应该注意在控制承压环破坏程度之后更好地提供径向反力。 但是，实际原本的支护强度并没有直接被控制，后期巷道变 形的情况将会变得非常严重。整个现状如图1所示 只有遵照图1的模式来分析主斜井巷道变形的情况，才 能够让主斜井在关键的时刻更好地发挥作用。从实践的过程 可以看出，主斜井内部确实存在诸多变形的情况。 4.钢管碇支架支护分析 ⑴钢管钢菅牲结构和实际支护原理 钢管轻支架是存在于软岩巷道内部的一种新型的支架。 本次维修的过程是由D支架为基础的，主要是由196nn n*12mm 的钢管组成的闻。多数钢管的尺寸可以根据主要斜井维修的 现场实际断面在制定，并和一定尺寸的套管有效地连接，整 体长度在600mm左右。每架内部设有灌浆孔、排气孔和拉杆 等多个不同的结构。 在实际工作的过程中，专业人员可以借助核心混凝土来 避免钢管出现扭曲的现象，从而使得钢管变得更加稳定。专 业人员更可以借助钢管内部的约束作用来让混凝土内部存在 一定的压力，这样自然也能够防止混凝土内部存在更多的裂 缝。于是，更多的混凝土自然可以更好地抵抗压力，混凝土 本身的韧性自然就能够有效地提升。钢管和核心混凝土自然 能够在使用的过程中充分地协调。如果能够更好地发挥两者 的长处，自然能够让钢管混凝土更好地承受本身的能力。整 个结构如图2所示 ⑵钢之家经济性能对比 ① 钢支架支护费用对比 可以先以4.3m*3.5m位断面来进行对比。U29型钢之家内 部的重量被控制在26kg/m,支架的间距将会被控制在0. 7m, 整体支护的费用会被控制在8400元/m。整个钢管混凝土的支 架的间距被控制在0.9m,支护的反作用力为1. 3MPao多数支 架在后期填充的过程中，其成本被控制在8960元，支架的间 距被控制在0.7m,从实际建设的过程可以看出，支护的费用 可以被控制在11186. 6元。 ② 支架性价比分析 从支架的性价比可以看出，钢管混凝土支架的性价比将 是目前U29支架的2. 16倍。 5.施工工艺 ⑴施工工艺流程 整个工艺主要包括如下几个步骤第一，先在巷道内 部完成扩帮挑顶的工作，再让锚网支护发挥更好的作用。第 二，全面安装空钢管支架，并集中向空的支架内部灌入混凝 土。第三，通过铺设模板再直接向钢管和巷壁之间浇灌C20 的混凝土。第四，完成所有任务之后，再直接喷50mm厚度的 混凝土来全面地覆盖钢管支架。 ⑵工艺流程 ① 扩修巷道和支护锚网 整个巷道的断面主要为圆角矩形断面，内部净宽度 为4300mm,之后可以在分析巷道变形的情况再全面地进行 分析。其中，内部最低的宽度为5193mm,净高度最低为 3500mm。在实际挑顶帮的过程中，专业人员需要遵循“先顶 后帮”的顺序，并在之后直接加工底板。 在所有的锚网工程都完成支护过程之后，专业人员可以 以巷道中心线为基础再有效地安装空钢管支架。相关人员可 以先确定反底拱段安放的位置，并直接放入反底拱端，并在 之后安装顶弧段。等到所有的钢管架都更好地被固定之后再 安装顶弧段。在固定好钢管架的基础上更可以让支架变得更 加稳定。 ② 直接灌注混凝土 在灌注混凝土的过程中可以遵循以下几个步骤第一， 注意先连接注浆管路，并让每个环节的管路都能够发挥重要 的作用。第二，让输送泵空载试运行达到15min之后，再检 查泵体运行的实际情况。第三，先将混凝土的强度控制为 C40,再按照实际的内容来添加水泥、石子和其他内容，并 将所有的内容都搅拌的更加均匀。第四，全面地灌注混凝 土，并在之后全面地控制混凝土的质量。注意先灌注1罐的 水泥砂浆，之后再全面正常灌浆。相关人员在实际灌注的过 程中有效地关注输送泵运行的情况。如果一旦发现输送泵在 使用的过程中出现异常的情况，则应该在第一时间进行停机 排查，最终才能够有效地排除故障。 从实际施工的过程中来看，只有遵循相关的流程来有效 地进行施工，才能够让施工的过程变得更加顺利。 6.结论与支护效果 第一，如果在软岩巷道的条件下采用钢管混凝土支架 的方式来有效地支护，自然能够在降低维护次数的基础上降 低维护的费用。第二，多数施工工艺显得非常简单，现场如 果采用合适的施工方法自然能够更好地降低施工的难度。第 三，虽然钢管混凝土本身的加工成本较高，但是内部钢管混 凝土支架的承载能力也较大。在使用的过程中，U型支架的 总成本要降低，最终也能够减少巷道维修的次数。从实际支 护的过程来看，本工程的支护效果会变得更好。 【参考文献】 [1] 高延法.深井软岩巷道钢管混凝土支架结构性能试验及应 用[J].岩石力学与工程学报, 2017 5 39-43. [2] 姜喜林.钢管混凝土支架在煤矿深部支护中的应用[J],山 东煤炭科技,2 016. [3] 张雷.钢管殓支护技术在软岩巷道中的应用[J].神华科 技,2017. 【作者简介】 姜京涛 1980-,男，山西阳煤集团二矿；研究方向煤矿 掘进生产.