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鋼管混凝土支護在失修巷道中的應(yīng)用工學(xué)論文
摘要:根據(jù)開灤錢家營礦業(yè)分公司井下失修巷道的實際情況,探討了鋼管混凝土支護的施工工藝,同時在實踐中采用了鋼管混凝土支護對失修巷道進行了維修治理,取得了較好地技術(shù)經(jīng)濟效益,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
開灤錢家營礦業(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,煤層間距較小,屬于近距離可采煤層。從而,煤層間的開采應(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,這不僅給行人帶來不安全隱患,而且給煤礦企業(yè)提高了經(jīng)營成本。這公司原來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,取得了較好地經(jīng)濟效益。
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口位于600西軌道大巷,測點W71前90m,其方位為313°,傾角17°,巷中與六采下部運煤石門間距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)實際揭露的構(gòu)造情況,在F3測點前8m左右遇到fl’斷層,該斷層傾角40°,落差2.0m。變坡點前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、動壓巷道支護原則
(一)優(yōu)選巷道層位:煤系地層的巖性差異較大,動壓巷道應(yīng)盡量布置在堅硬巖層中,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:動壓巷道變形較大,要做到不許巷道變形是難以實現(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)濟合理的支護策略。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。這就要求支護體必須具備一定的柔性。
(四)強化支護:在適度讓壓的基礎(chǔ)上,為了滿足巷道使用的要求,必須對圍巖的變形進行控制?赏ㄟ^優(yōu)化巷道支護參數(shù),提高支護體的整體強度,來控制巷道的變形。深井軟巖巷道最終的穩(wěn)定,主要還是依靠支護體的支護強度。
(五)控制巷道底板變彩:動壓巷道圍巖處于 “四面來壓”應(yīng)力狀態(tài),即頂板、底板和兩幫同時受壓。當(dāng)巷道圍巖應(yīng)力較大時,圍巖變形能必然從巷道的未支護面或支護薄弱面釋放出來,局部圍巖變形量大,進而導(dǎo)致巷道整體失穩(wěn)。因此采取全封閉的支護形式,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。保護圍巖原始結(jié)構(gòu)的完整性,適時對圍巖予以補強,提高圍巖的整體強度,發(fā)揮圍巖的自身承載力,防止圍巖塑性區(qū)域的無限制擴大,能取得事半功倍的效果。
三、鋼管混凝土支護的原理及優(yōu)點
(一)鋼管混凝土支護的原理:鋼管混凝土支護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,而且無異向性,不易扭曲變形。
(二)鋼管混凝土支護的優(yōu)點:鋼管混凝土支架具有突出的優(yōu)點是支護能力強,與同質(zhì)量的u型鋼支架相比,其支護反力可達u型鋼支架的2,5倍多。u型鋼支架支護能力較小,鋼管混凝土支架是一種“經(jīng)濟型高強度支架”,是“性價比”最優(yōu)的支護方式。
四、鋼管混凝土支護參數(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強度及承載能力滿足支護要求。
(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無縫鋼管,單位長度重量為27.57kg/m。接頭套管φ159)<8mm無縫鋼管,單位長度重量為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
首先用釬子將原來支護的背板拆除,在找清浮掉的情況下,用風(fēng)鎬由巷頂向兩幫進行拆除原支護,用木背板進行臨時支護,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×寬×厚)木背板,木背板與巷頂、巷幫接觸不實部位用木背板接頂背實。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。附鋼管混凝土支護施工圖。
六、結(jié)語
鋼管混凝土支護與u型鋼拱形支架相比,抵抗礦壓能力較強,延長了巷道服務(wù)年限,對失修巷道的加固可以廣泛推廣。
在鋼管混凝土支護中,注漿速度較慢,需要對注漿工具進行改造。
對于有底鼓現(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行加固,加固效果較好。
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