1、江西煤炭科技2023年第1期涂志鹏，胡剑鹏，雷洪华（丰城曲江煤炭开发有限责任公司，江西 丰城3 3 1 1 3 6）深井软岩巷道钢管混凝土支架支护技术应用摘要：巷道变形一直是困扰矿山发展的难题，软岩巷道的支护技术在实践中逐渐成熟。曲江公司在深井软岩巷道中积极应用钢管混凝土支架支护技术，该技术从实践中体现出的安全性、可靠性、实用性、耐久性远远超过传统U型钢支架支护技术，有效地缓解了曲江公司软岩巷道需要多次返修的难题。关键词：深井；软岩巷道；钢管混凝土支护；应用中图分类号：TD3 5 3文献标识码：A文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 0 0 1-0 3Appli
2、cation of Steel Tube Concrete Support Technology in Soft Rock Roadway of Deep WellTu Zhipeng，Hu Jianpeng，Lei Honghua(Fengcheng Qujiang Coal Development Co.,Ltd.,Fengcheng,Jiangxi 331136)Abstract:In view of the difficult problem of mine roadway deformation,the steel tube concrete support technology,w
3、hose safety,reliability,practicality and durability are far beyond the traditional U-shaped steel support technology,has been applied in softrock roadway in Qujiang Co.,which effectively relieves the difficult problem of Qujiang Companys soft rock roadway that needsmultiple repairs.Key words:deep we
4、ll;soft rock roadway;steel tube concrete support;application采矿技术丰城曲江煤炭开发有限责任公司曲江矿井位于江西省丰城市境内，属煤与瓦斯突出矿井。曲江矿井开采单一B4煤层，目前开采深度-6 5 0-9 8 0m，埋藏深度6 8 7 10 2 7m，面临深部开采高地应力、高地温和强开采扰动的复杂环境1-4。B4煤层顶底板为粉砂岩、泥岩，遇水易膨胀，岩层中布置的巷道变形严重，失修率高。井下巷道支护方式主要采用锚网梁索联合支护，U 2 9或U 3 6型钢支架支护。由于巷道两帮变形、底鼓严重，不得不多次返修，因此每年矿井巷修成本高达80 0
5、0 90 0 0万元，巷修工程既费时又费力，且严重制约矿井采掘接替。为解决巷道变形严重，需反复巷修的难题，曲江公司引进了一种新型的支护技术钢管混凝土支架支护。1钢管混凝土支护理论及优点1.1深井巷道围岩应力分布（1）软岩巷道载荷大于围岩强度，因此必须以锚网梁索支护为基础支护，提高巷道围岩的承载力。（2）根据软岩巷道承压理论，仅靠锚网梁索支护是不够的，必须及时采用钢管混凝土支架配合围岩喷浆二次支护，如图1所示。图1圆形巷道承压环形状图1.2钢管混凝土支架支护优点根据新奥尔良法，确保巷道围岩稳定主要是依靠围岩自身的承载力，锚杆、锚索、钢管混凝土支架和围岩注浆加固等支护方式都是为了强化围岩的承载能力
6、。当巷道需要二次支护时采用钢管混凝土支架支护技术。根据岩石三轴强度理论，钢管混凝土支架侧向支撑力为1 1.4M P a，则相应围岩提高承载力3 4M P a，可以为巷道围岩提供强大侧向支撑力。现场实践结果表明：采用传统U 2 9或U 3 6型钢支架支护的巷道巷旁充填体表面位移降低了2 7%，围岩应力降低了1 5.7%，水平应力偏移了5 0；采用钢管混凝土支架支护技术后，1江西煤炭科技2023年第1期现场窥视表明围岩结构完整性显著提高，两帮相对移近量减少了9 2%，如图2所示。通过六点均布荷载和非均布荷载条件下钢管混凝土跨中位置处位移以及对钢管外壁的应变和极限承载能力进行分析，对不同径厚比的圆弧
7、拱试件以及极限承载能力进行分析，探究中性层位置的偏移规律。结果表明：减弱支架四段圆弧拱整体的轴力，进而降低了钢管与内部核心混凝土的变形、破坏速度。通过1 9 4 1 0的钢管混凝土短柱试验测得其承载能力达4 1 0t，短柱屈服变形达到2 0%仍具有较强的承载力。钢管混凝土支架力学性能试验如表1所示5。钢管混凝土支架试验第一次试验第二次试验第三次试验第四次试验第五次试验实验地点清华大学结构实验室中国矿业大学（北京）实验室清华大学结构实验室北京工业大学建筑结构实验室山东建筑大学土木工程防灾减灾省级重点实验室支架材料1 4 0 4.5钢管，1 5kg/m1 2 7 8钢管，2 4.8kg/m1 9
8、4 8钢管，3 6.7kg/m1 9 4 8钢管，3 6.7kg/m1 9 4 8钢管，3 6.7kg/m支架结构圆形支架支架直径1.8m圆形支架支架直径1.6m直墙半圆拱加反底拱支架宽2.1m高2.7m浅底拱圆形支架宽4.5 9m高3.8m浅底拱圆形支架宽4.3m高3.8m支架承载力15 0 4kN24 0 0kN21 0 7kN20 3 5kN17 0 9kNU型钢承载力对比/4 6 0kN4 0 0kN/U3 6:6 4 4kN表1钢管混凝土支架力学性能试验（a）钢管混凝土支架（b）U型钢支架图2钢管混凝土支架与U36型钢支架对比试验52钢管混凝土支架结构及制作钢管混凝土支架由四个2 2
9、 3 1 0接头套管、四节1 9 4 1 0钢管、八根顶杆组成，其制作过程较为简单，就是在选定空钢管型号并组成支架，然后在支架管内灌注混凝土而形成。其制作工序：在地面将选定型号的钢管热煨加工成指定型号的支架，为便于运输与安装，先把支架分段运输到指定地点安装，支架分段组装完毕后，使用混凝土输送泵向空钢管支架内灌注混凝土，形成钢管混凝土支架。3钢管混凝土支架支护设计根据巷道断面适应性与围岩应力场关系，支护方案采用锚网喷+钢管混凝土支架支护。1）钢管混凝土支架：支架间距7 0 0m m；支架型号1 9 4m m 1 0m m；钢管内灌注混凝土，强度为C 4 0。2）锚杆：间排距为10 0 0m m
10、7 0 0m m；锚杆型号2 0m m 24 0 0m m高强锚杆；铁丝网为矿用常规型号即可。3）锚索：间排距为15 0 0m m 14 0 0m m；锚索型号1 7.8m m 73 0 0m m。4）壁后喷射1 5 0m m厚的混凝土，强度为C 2 0以上。5）巷道全断面喷射混凝土（水泥、石子、砂子）厚度5 0m m（以盖棚为准），强度为C 2 0以上。巷道复合支护方案设计如图3所示。图3钢管混凝土支架结构2江西煤炭科技2023年第1期4钢管混凝土支架安装在工作地点安装钢管混凝土支架，该安装过程可由一个班组完成。在实际安装操作过程中，一个小班时间（6小时）内可安装支架5 7架。钢管混凝土支架
11、安装常规配备工具有：2t导链4根，撬杠2个，活口扳手2把，大锤1个，编织袋若干。1）钢管混凝土支架安装工艺流程：确定钢管混凝土支架安装位置安装底弧段安装两帮段安装顶弧段支架位置微调支架注浆。2）井下安装：将钢管混凝土支架拆解分段运输至施工位置，到达施工位置后，先卧底安装多个反底拱段，再用顶杆定位，分段架设两帮段，逐步安装顶弧段，在顶弧段布置相邻支架上部顶杆。钢管混凝土支架与相邻围岩填充背板，预留环形让压缝。3）混凝土灌注要点：钢管混凝土支架安装完成后，采用混凝土输送泵向钢管内灌注混凝土，首先泵送少许清水湿润泵体管路与支架内壁，待泵体管路与支架内壁完全湿润后，再灌注混凝土。混凝土灌注过程不得中断
12、暂停，否则不易注实，混凝土强度等级要求一般为C 4 0，添加钢纤维强化核心混凝土，水灰比为1 1。5钢管混凝土支架支护效果对比为对比钢管混凝土支架支护技术与传统U 2 9或U 3 6型钢支架支护效果，曲江公司选定西二进风石门作为实验地点，将西二进风石门3 0 0 5 0 0m区段采用钢管混凝土支架支护，剩余区段采用传统U 2 9或U 3 6型钢支架支护。试验地点采用人工观测对比，人工观测数据对比如表2所示。通过对钢管混凝土支架承载力进行监测分析对比发现，采用钢管混凝土支架支护技术对围岩的承载能力有大幅度提高，且巷道围岩变形量明显减小。6结语曲江公司西二进风石门自2 0 2 0年8月安装好钢管混
13、凝土支架以后，巷道支护强度得到提高，巷道变形稳定，减少了巷道重复巷修的支护投入，同时杜绝了顶板安全事故，有效缓解了西二采区采掘接替紧张局面。参考文献：1 廖俊春，汤国禹，刘后明，等.浅谈某煤矿深部巷道支护技术的应用J.黑龙江科技信息，2 0 1 2（2 2）：2 5-2 6.2 张农，阚甲广，杨森.锚杆（索）和U型钢支架支护失效形式与控制技术J.北京：煤炭 科学技 术，2 0 1 5，4 3（6）：4 1-4 7.3 侯朝炯，王襄禹，柏建彪，等.深部巷道围岩稳定性控制的基本理论与技术研究J.徐州：中国矿业大学学报（自然科学版），2 0 2 1，5 0（1）：1-1 2.4 康红普.我国煤矿巷道
14、围岩控制技术发展7 0年及展望J.武汉：岩石力学与工程学报，2 0 2 1，4 0（1）：1-3 0.5 张晓楠.钢管混凝土拱架力学性能与模型试验D.北京：中国矿业大学，2 0 2 0（1 0）：1 1 4.作者简介：涂志鹏（1 9 8 4），男，江西高安人，本科学历，通风安全工程师，通风副总工程师，现从事煤矿安全技术管理工作。收稿日期：2 0 2 2-0 4-2 7编辑：彭呈喜序号位置初始观测数值观测数值变形量高/m宽/m高/m宽/m顶底板移近量/mm两帮变形量/mm1钢管混凝土支架支护2.0 23.5 11.9 9 3.5 04 02 022.1 33.6 11.9 8 3.4 94 01
15、 032.1 73.6 62.0 9 3.6 03 02 042.3 53.8 22.1 4 3.6 43 02 052.2 93.5 52.3 2 3.8 05 0062.4 13.6 72.2 4 3.5 53 01 072.5 83.8 42.3 8 3.6 63 0082.6 53.7 02.5 5 3.8 43 0092.5 23.8 82.6 2 3.7 03 01 01U2 9或U3 6型钢支架支护2.9 33.6 32.4 93.8 76 3 04 1 022.6 63.7 02.33.2 25 4 03 8 033.3 23.4 62.1 23.3 27 2 04 5 043.6 22.9 82.63.0 16 1 03 5 052.8 43.5 73.0 12.6 36 5 04 3 062.1 73.6 22.1 93.1 45 9 03 9 072.8 13.5 11.5 83.2 36 3 04 2 082.7 93.6 02.1 83.0 97 2 04 8 0初始观测日期：2 0 2 1年9月1 5日；观测日期：2 0 2 2年4月2日表2西二进风石门试验地点围岩变形观测情况3
