鋼管混凝土支架在內(nèi)蒙古查干淖爾煤礦建設(shè)中應(yīng)用與研究

楊永遷

(冀中能源峰峰集團(tuán)錫盟查干淖爾礦籌建處,河北邯鄲　056107)

鋼管混凝土支架在內(nèi)蒙古查干淖爾煤礦建設(shè)中應(yīng)用與研究

楊永遷

(冀中能源峰峰集團(tuán)錫盟查干淖爾礦籌建處,河北邯鄲056107)

介紹在內(nèi)蒙古白堊系膨脹軟巖地層進(jìn)行鑿井施工時(shí),因特殊的地質(zhì)條件限制不能采用錨桿、錨索主動(dòng)支護(hù),常規(guī)的型鋼支架支護(hù)無法抵抗超大的膨脹壓力,采用鋼管混凝土支架支護(hù)作為一種新工藝應(yīng)用到煤礦建設(shè),能夠在軟巖地層克服地質(zhì)條件困難,取得良好的支護(hù)效果。

白堊系膨脹軟巖地層鋼管混凝土支架應(yīng)用

1　工程概況

內(nèi)蒙古查干淖爾煤礦隸屬冀中能源峰峰集團(tuán)有限責(zé)任公司，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力8.0M t/a，采用立斜混合開拓方式，即:主斜井、回風(fēng)立井、副立井。主斜井:斜長770米，傾斜角度16度;井筒為半圓拱形斷面，凈寬度為5.0m，凈高度3.9m，凈斷面積為16.8m2。采用雙層井壁，外層井壁采用鋼筋網(wǎng)+16#工字鋼噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)，支護(hù)厚度150mm;內(nèi)層井壁為單層鋼筋混凝土砌碹支護(hù)，橫豎及環(huán)筋均為φ20@250，混凝土支護(hù)厚度450mm，混凝土鋪底厚度600mm，砌碹及底板砼強(qiáng)度等級C40。

從273m處主斜井完全進(jìn)入泥巖段后已采取如下支護(hù)措施:(1)巷道支護(hù)采用錨噴網(wǎng)+16#對工字鋼棚支護(hù);(2)支架后預(yù)留變形量，鋪設(shè)140mm泡沫板;(3)在柱腳打1米深軌道蹶子，加固柱腳，防止柱腳變形。

當(dāng)主斜井施工到3 2 7m，砌碹成井到281m時(shí)，巷道突然來壓，泥巖段巷道變形嚴(yán)重，到目前為止，從275～327m巷道支架出現(xiàn)支架扭曲和腿斷梁折的情況，兩幫收縮量達(dá)到1m ，底鼓變形量也達(dá)到1.5m。支架變形情況如圖1。隨即采用12#對工鋼和U 36型鋼支架各返修一次均抵抗不住巷道變形，因而選用支護(hù)反力強(qiáng)大的鋼管混凝土支架。

圖1　巷道支架頂部變形圖

圖2　淺底拱圓形支架

2　地質(zhì)特性

表1　圍巖礦物成分表

表2　粘土礦物成分表

(1)地質(zhì)特性。井筒巷道失修段地層巖性為白堊系下統(tǒng)巴彥花組地層組成，其巖性為泥巖:灰色，一般與粉砂巖互層，手掰即碎，易軟化、易崩解，厚層狀，屬軟巖類。(2)巖性測試結(jié)果。經(jīng)巖性測試分析，圍巖中具有膨脹性的粘土礦物含量為60.6%，圍巖的礦物成分見表1。粘土的礦物成分見表2，其中蒙脫石含量占82%，巖石吸水膨脹性能很強(qiáng)。

3　鋼管混凝土支架支護(hù)設(shè)計(jì)

(1)支架型號(hào)選擇。支架采用Φ194×10無縫鋼管型號(hào)，鋼管單位重量45.4Kg/m，鋼管內(nèi)灌注40#混凝土，并摻加鋼纖維。支架間距0.5m。(2)支架結(jié)構(gòu)。支架分為四段套管連接。支架之間頂桿連接。支架頂桿采用Φ76×5的鋼管混凝土短桿，頂桿間距1.5m，能夠有效防止支架發(fā)生壓桿失穩(wěn)。(3)巷道斷面設(shè)計(jì)。巷道斷面尺寸要求:凈寬5000mm，凈高3900mm。支架斷面形狀選用“淺底拱圓形”的斷面形狀。上部采用約四分之三的圓形，下部采用一段反底拱。支架分為四節(jié)，采用套管連接，上部四分之三圓曲率半徑為2850mm，底拱段曲率半徑為5097mm。支架結(jié)構(gòu)如圖2。

4　混凝土配比與灌注工藝

(1)混凝土配比:支架內(nèi)灌注的混凝土使用鋼纖維混凝土。強(qiáng)度等級為C40的混凝土，水泥選用強(qiáng)度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥;粗骨料碎石的最大粒徑為20mm。砂子選用優(yōu)質(zhì)河砂(中砂/粒徑為0.35mm～0.5mm)作為細(xì)骨料。坍落度要求≧180mm?；炷林袚饺際-508早強(qiáng)減水劑，用量為水泥質(zhì)量的2%。鋼纖維為波紋狀，重量比約5%)?；炷僚浔扰c材料用量見表3。

(2)混凝土灌注工藝:①每安裝5架～10架空鋼管支架后，進(jìn)行混凝土注漿一次。②首先連接好電纜、布置好輸漿管路，輸送泵空載15～20分鐘。③第一次使用混凝土輸送泵應(yīng)先泵送少許水泥砂漿潤滑管路。④混凝土每次攪拌1m3，混凝土攪拌均勻，以防管路堵塞。⑤注漿結(jié)束前，需頂部排漿孔流出約5kg混凝土作為結(jié)束標(biāo)識(shí)點(diǎn);⑥注漿結(jié)束后先停止泵送，封堵注漿孔、排漿孔。⑦沖洗管路，停止供水、最后斷電，然后拆卸管路。

5　支護(hù)效果

主斜井之前采用16#普通工作鋼支架、U 36型鋼支架、12#礦用工字鋼支架進(jìn)行支護(hù)，其支架架設(shè)完畢后最多3天開始收縮變形，且每天變形均在100mm以上。自281m—322m段采用鋼管混凝土支護(hù)返修后，經(jīng)過兩個(gè)月的觀測得到兩幫累計(jì)移近量約100mm，目前正逐漸趨于穩(wěn)定。

6　結(jié)語

(1)內(nèi)蒙古白堊系軟巖膨脹地層施工，其支護(hù)原理為“抗”而不是多次返修后的“讓”。(2)鋼管混凝土支架的支護(hù)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于各種材質(zhì)的型鋼支架，適宜軟巖及膨脹巖性地層支護(hù)施工。(3)鋼管混凝土支架應(yīng)用于礦井井下工程，為礦井建設(shè)支護(hù)方式開辟了一條新的思路。

表3　一立方混凝土材料配比表