下山岩巷中应用钢管混凝土支架.pdf

2 0 1 2年第 2期 No 2 201 2 煤 炭 科 技 COAL S CI ENCE & TECHNOL0GY MAGAZI NE 5 7 文章编 号 ： 1 0 0 8 3 7 3 1 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 5 7 0 2 下 岩巷 中应用铜 管渴凝 土支 夏欢阁 ， 张少峰2王东旭2刘国磊 ， 王 超 ， 陈明程 ( 1 _ 开滦集团蔚州矿业有限公司 北阳庄煤矿， 河北 唐山0 6 3 0 1 8 ；2 中国矿业大学( 北京 ) 力建学院 ， 北京1 0 0 0 8 3 ) 摘要 ： 钱 家营煤矿八采 区轨道 下 山受采动压 力影响较 大 ， 采用 钢管 混凝土 支架支护 ， 巷道 稳定性良好。理论计算了钢管混凝土支架的极限承载能力。 关键词 ： 钢管混凝土支架 ； 承栽能力 ； 支护反 力； 应用 中图分类号 ： T D 3 5 3 文献标 志码 ： B 1 轨道下 山围岩地质条件 钱家营煤矿八采区轨道下山位于一 6 0 0 m西轨 道大巷， 倾角 1 7 。 。巷道位于 l 2 1 煤以下 2 1 6 m， 岩性为中砂岩、 细砂岩、 粉砂岩、 煤线( 见表 1 ) 。 此下 山在煤层底板强含水层中施工 ，八采区轨道下山曾 揭露到出水点 ， 最大涌水量 2 4 m m i n 。 表 1 八 采区轨道 下山 围岩 岩性 1 2 1煤 层 序 岩石名称厚 m以下 累 岩性描述 计 厚 ， m 1 粉砂岩 1 2 6 质较均一， 水平纹理 2 腐泥岩0 7 质较均一， 含碳质较多 3 1 2 1 煤 2 9 以亮煤为主， 玻璃光泽 4 粉砂岩 1 0 1 0富含植物根化石 5 l 2 2 煤0 0 1 6 1 1 6 光泽暗淡， 半亮型煤 6 粉砂岩0 9 2 0 6 质欠均一， 含植物根化石 7 细砂岩 3 5 5 5 4 以石英为主， 泥硅质胶结， 条带状 8 中砂岩 8 3 1 3 8 4 以石英为主 ， 泥硅质胶结 ， 公选差 9 粉砂岩 2 9 1 6 7 4 泥质胶结 ， 条带状 ， 中部致 密 1 0 中砂岩 5 6 2 2 3 4 以石英为主， 泥硅质胶结 ， 公选差 2 钢管混凝土支架支护方案设计 2 1 U型钢支护方案及其破坏原因 此轨道下山原采用的支护方案是 ：先进行锚 网 喷 ， 再架设 U 2 9型钢支护 。 轨 道下 山的上 口处埋深 6 1 5 m， 围岩岩性为 中 砂 岩 、 细 砂岩 、 粉砂 岩等 ， 取岩 石 密度 2 4 k g m ， 则其 垂直原 岩地应力 为 垂：1 5 MP a 。由于受到 工作面采动影响，巷道围岩应力增加 ，如图 1 所 示 。 塑性 区 弹性区 图 1 下 山巷道受采动压力影响示惹 由于 u型钢所能提供 的支护反力较小 ， 且巷道 围岩应力较高 ， 导致巷道变形破坏。 钢管混凝土支架 提供 的支护反力是相 同重量 U型支架 的 24倍 ， 十分适用于动压、 破碎、 深井和软岩巷道。 2 2 钢管型号的选择和核心混凝土的配制 此 下 山巷道支架选 用 西1 4 08 5 m m无 缝钢 管做成 。 核 心混凝 土强度等级为 C 4 0，坍落度应 1 8 0 m m。配制混凝土所选用的普通硅酸盐水泥标号为 4 2 5， 粗骨料为最大粒径 1 2 mm的碎石 ， 优质河沙 ( 中沙 ) 作为细骨料， 并加入掺人水泥重量 0 5 的减水剂 、 2 5 的速 凝剂 和 2 的膨胀 剂 。配制 一 立 方混 凝 土材 料 所 需各 材 料 的 用量 如 表 2所 列 表 2 1 m。 混凝土材 料配 比 2 3 巷道断面形状和支护方案 此下山由于受到动压的影响，巷道围岩应力较 大，巷道底板较坚硬 ，因此采用直墙半圆拱断面形 状。支架的各项参数如图 2 所示。 5 8 煤炭科技 2 0 1 2年第 2期 4 2 0 0 图 2直 墙半圆拱 形( m) 支护方案： 先进行锚网喷， 再架设空钢管支架 ， 最后 向空钢管内注浆 ， 支架间距为 0 8 m。 3 钢管混凝土支架承载能力的计算 3 1 钢管混凝土极限承载力的计算 根据文献 【 1 】 ， 钢管混凝土支架轴压短柱 极限 承载力设计值为 N o =A 。 ( 1 + 、 + ) 式中： 为 套箍 指标， 且 = 争。 A 、 分别为 钢管 c Jc 的截面积和屈服强度 ， = 2 1 5 N m m2 ； A f c 分 别为 核, t f E 凝土的截面积和抗压强度 , f c =1 9 1 N m m 。 支架所用钢管为 1 4 0 X 8 5 mm， 外径 =1 4 0 m m， 内径 2 ：1 2 3 mm， 则 ： A =3 5 0 9 7 4mm ； A 1 1 8 76 2 7mm ； 0=3 3 2 7 No ： 1 3 9 5 3 k N 即钢管混凝土短柱极限承载能力为 1 3 9 5 3 k N。 3 2 支护反力计算 以圆形巷道承受均匀围压力计算为例，结构力 学模型见图 3 。 图 3结构力学模型 结构力学分析 ， 极限承载平衡方程为 9 0 s I s i n 0 Or R d O ： 6 式中：s 为支架排距， 0 6 m；巷道计算半径 R为 2 1 m； 支架承载力设计值 N 1 3 9 5 3 k N 。由平衡方程 求得围岩应力 o r =1 0 1 7 MP a 。 支架极限支护反力为 1 01 7 MPa 。 4 应用效果 使用钢管混凝土支架支护 的巷道变形量小 ， 支 架架设半年后两帮收敛量和顶底相对变形量均小于 3 0 mm， 巷道稳定性 良好。巷道支护效果对比如图 4 所示 。 ( a )使用前的 U型钢支架 ( b )使用后 的钢管混凝土支架 图 4 巷道支护状态 5结论 ( 1 ) 八 采 区轨道 下 山采 用钢管混 凝土 支架 支 护 ， 断面形状为直墙半 圆拱 ， 支架使用 1 4 0 X 8 5 m m无缝钢管做成 ， 钢管核心混凝土标号为 C 4 0 。 ( 2 ) 钢管混凝土短柱极限承载能力为 1 3 9 5 3 k N。在支架 间距 0 6 IT I 的条件下 ， 钢管混凝土支架 的支护反力为 1 0 1 7 MP a ，远大于 U 2 9支架所能提 供的极限支护反力。 ( 3 ) 钢管混凝土支架架设半年后两帮收敛量和 顶底相对变形量均小于 3 0 m m， 巷道稳定性 良好 。 参考 文献 ： 1 蔡绍怀 现代钢管混凝土结构( 修订版 ) M 北京： 人民交通 出版 社 ， 2 0 0 7 作者简介： 夏欢阁( 1 9 6 7 一) ， 男， 河北滦县人， 1 9 8 9年毕 业于河北煤炭建筑工程学院采矿专业， 开滦集团蔚州矿业有 限公司北阳庄煤矿工程师。 ( 收稿 日期 ： 2 0 1 2 一 O l 一 2 1 )