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鋼管混凝土支護(hù)在失修巷道中的應(yīng)用工學(xué)論文
摘要：根據(jù)開(kāi)灤錢家營(yíng)礦業(yè)分公司井下失修巷道的實(shí)際情況，探討了鋼管混凝土支護(hù)的施工工藝，同時(shí)在實(shí)踐中采用了鋼管混凝土支護(hù)對(duì)失修巷道進(jìn)行了維修治理，取得了較好地技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，為失修巷道的修復(fù)提供了一條行之有效的施工方法。
關(guān)鍵詞：失修；鋼管混凝土；支護(hù)
開(kāi)灤錢家營(yíng)礦業(yè)分公司巖石巷道一般布置在12-1煤層的底板巖層內(nèi)內(nèi)，距12-1煤層10-15m，可采煤層有5個(gè)，煤層間距較小，屬于近距離可采煤層。從而，煤層間的開(kāi)采應(yīng)力相互影響，使采區(qū)內(nèi)的巷道受重復(fù)應(yīng)力的影響，造成巷道重復(fù)修復(fù)率提高，這不僅給行人帶來(lái)不安全隱患，而且給煤礦企業(yè)提高了經(jīng)營(yíng)成本。這公司原來(lái)治理失修巷道一般采用架設(shè)U25或U29型鋼加工的三心拱支架，由于U型鋼拱形支架是可塑性的，所以受礦壓影響，拱形支架易變形，而且易發(fā)生折斷，反復(fù)修復(fù)率較高。2008年這公司修復(fù)八采軌道山利用鋼管混凝土支護(hù)，取得了較好地經(jīng)濟(jì)效益。
一、八采軌道山的地質(zhì)反水文情況
(一)地質(zhì)情況：八采軌道下山巷道開(kāi)口位于600西軌道大巷，測(cè)點(diǎn)W71前90m，其方位為313°，傾角17°，巷中與六采下部運(yùn)煤石門間距20m。巷道位于12-l煤層以下2-16m，巖性為中砂巖、細(xì)沙巖、粉砂巖、煤線，如表1。
(二)地質(zhì)構(gòu)造情況：根據(jù)實(shí)際揭露的構(gòu)造情況，在F3測(cè)點(diǎn)前8m左右遇到fl’斷層，該斷層傾角40°，落差2.0m。變坡點(diǎn)前32m遇到f2’斷層，該斷層傾角55°，落差2.0m。
(三)水文情況：八采軌道山位于煤12-1底板含水層中。正常涌水量0.2m3／min，最大涌水量0.4 m3／min。
二、動(dòng)壓巷道支護(hù)原則
(一)優(yōu)選巷道層位：煤系地層的巖性差異較大，動(dòng)壓巷道應(yīng)盡量布置在堅(jiān)硬巖層中，以期求得穩(wěn)定性好、返修率低。
(二)優(yōu)化巷道斷面：應(yīng)該根據(jù)區(qū)域地應(yīng)力的分布特征，優(yōu)化巷道斷面形狀，能使巷道圍巖具有良好的應(yīng)力狀態(tài)。
(三)適度讓壓：動(dòng)壓巷道變形較大，要做到不許巷道變形是難以實(shí)現(xiàn)的，在保證巷道穩(wěn)定的前提下，適度讓壓即給定巷道一定的允許變形值是最為經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)策略。在巷道允許變形的范圍內(nèi)充分讓壓，使圍巖盡可能地釋放變形能，能有效地發(fā)揮圍巖的自承能力。這就要求支護(hù)體必須具備一定的柔性。
(四)強(qiáng)化支護(hù)：在適度讓壓的基礎(chǔ)上，為了滿足巷道使用的要求，必須對(duì)圍巖的變形進(jìn)行控制。可通過(guò)優(yōu)化巷道支護(hù)參數(shù)，提高支護(hù)體的整體強(qiáng)度，來(lái)控制巷道的變形。深井軟巖巷道最終的穩(wěn)定，主要還是依靠支護(hù)體的支護(hù)強(qiáng)度。
(五)控制巷道底板變彩：動(dòng)壓巷道圍巖處于 “四面來(lái)壓”應(yīng)力狀態(tài)，即頂板、底板和兩幫同時(shí)受壓。當(dāng)巷道圍巖應(yīng)力較大時(shí)，圍巖變形能必然從巷道的未支護(hù)面或支護(hù)薄弱面釋放出來(lái)，局部圍巖變形量大，進(jìn)而導(dǎo)致巷道整體失穩(wěn)。因此采取全封閉的支護(hù)形式，可以有效地控制巷道失穩(wěn)。
(六)提高圍巖的自承能力：巷道圍巖不僅具有一定的自承力，而且還是一種天然的承載構(gòu)件。保護(hù)圍巖原始結(jié)構(gòu)的完整性，適時(shí)對(duì)圍巖予以補(bǔ)強(qiáng)，提高圍巖的整體強(qiáng)度，發(fā)揮圍巖的自身承載力，防止圍巖塑性區(qū)域的無(wú)限制擴(kuò)大，能取得事半功倍的效果。
三、鋼管混凝土支護(hù)的原理及優(yōu)點(diǎn)
(一)鋼管混凝土支護(hù)的原理：鋼管混凝土支護(hù)是在鋼管支架外殼內(nèi)填裝混凝土組成的支架，其工作原理是：借助內(nèi)填混凝土，增強(qiáng)管殼的穩(wěn)定性，借助鋼管殼的約束作用，使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使夾心混凝土具有更高的抗壓強(qiáng)度和抗變形能力。鋼管混凝土支架具有圓柱狀外形，是最合理的截面形狀，它不僅有慣性矩大的特點(diǎn)，而且無(wú)異向性，不易扭曲變形。
(二)鋼管混凝土支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)：鋼管混凝土支架具有突出的優(yōu)點(diǎn)是支護(hù)能力強(qiáng)，與同質(zhì)量的u型鋼支架相比，其支護(hù)反力可達(dá)u型鋼支架的2，5倍多。u型鋼支架支護(hù)能力較小，鋼管混凝土支架是一種“經(jīng)濟(jì)型高強(qiáng)度支架”，是“性價(jià)比”最優(yōu)的支護(hù)方式。
四、鋼管混凝土支護(hù)參數(shù)的選擇
(一)鋼管參數(shù)的選擇依據(jù)：φ140×8.5mm鋼管混凝土支架支護(hù)強(qiáng)度及承載能力滿足支護(hù)要求。
(二)鋼管參數(shù)的選擇：φ159×8mm的接頭套管能夠與中140×8淺談綜采5mm鋼管尺寸匹配較好。鋼管選用φ140×8.5mm無(wú)縫鋼管，單位長(zhǎng)度重量為27.57kg／m。接頭套管φ159)<8mm無(wú)縫鋼管，單位長(zhǎng)度重量為29.79kg／m。
(三)混凝土配制：混凝土采用425#普通硅酸鹽水泥配制，石子采用最大粒徑為15mm的碎石作為粗骨料，優(yōu)質(zhì)河砂(中砂)作為細(xì)骨料。在配制混凝土?xí)r摻入適量減水荊，摻量為水泥重量的O.5％；摻入適量速凝劑，摻量為水泥重量的2.5％；摻入適量膨脹劑，摻量為水泥重量的2％。
五、施工方法
首先用釬子將原來(lái)支護(hù)的背板拆除，在找清浮掉的情況下，用風(fēng)鎬由巷頂向兩幫進(jìn)行拆除原支護(hù)，用木背板進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，然后，按間距500mm架設(shè)鋼管混凝土支架，在鋼管混凝土支架上面背700×120X70mm(長(zhǎng)×寬×厚)木背板，木背板與巷頂、巷幫接觸不實(shí)部位用木背板接頂背實(shí)。鋼管混凝土支架架設(shè)10架后，在一起用注漿泵向鋼管支架內(nèi)注入混凝土。附鋼管混凝土支護(hù)施工圖。
六、結(jié)語(yǔ)
鋼管混凝土支護(hù)與u型鋼拱形支架相比，抵抗礦壓能力較強(qiáng)，延長(zhǎng)了巷道服務(wù)年限，對(duì)失修巷道的加固可以廣泛推廣。
在鋼管混凝土支護(hù)中，注漿速度較慢，需要對(duì)注漿工具進(jìn)行改造。
對(duì)于有底鼓現(xiàn)象的失修巷道的加固，應(yīng)采用加底彎拱鋼管混凝土支架進(jìn)行加固，加固效果較好。
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