钢管混凝土支架在深井巷道中的支护实验研究

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发布时间：2021-09-12

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钢管混凝土支架在深井巷道中的支护实验研究
高延法，谢浩，刘珂铭，张凤银，张葆森，许亚林
(中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京100083)
[摘要] 为解决华丰煤矿一1100m水平风井联络巷变形持续时间长、变形量大、难支护的问
题，结合巷道围岩地质条件和巷道变形破坏特征，设计了以钢管混凝土支架为主的复合支护方案：支
架断面为圆形，支架主体钢管采用~b219mmx8mm无缝钢管，充填C40混凝土，辅助锚网喷和围岩注
浆加固。而后，利用FLAC 对支护效果进行模拟分析，结果表明：巷道支护稳定后顶底板最大移近
量为90ram，两帮移近量为80mm，围岩变形得到有效控制。最后，将复合支护技术成功应用于工程现
场，充分证明基于钢管混凝土支架的复合支护能够有效控制巷道围岩变形，保证巷道的长期稳定。
[关键词] 钢管混凝土支架；深井巷道；数值模拟；复合支护
[中图分类号]TD353 [文献标识码]A [文章编号]1006—6225(2015)03—0050．04
Experiment of Steel Tube Filled with Concrete for Supporting Roadway in Deep M ine
GAo Yan．fa， XIE Hao， LIU Ke．ming， ZHANG Feng．yin． ZHANG Bao—sen， XU Ya．1in
(Mechanics and Architecture School，China University of Mining＆ Technology(Beijing)，Beijing 100083，China)
Abstract：In order to solve the supporting dificult problem of long—term and large deform ation of air-shaft connection roadway at—
l l00m level in Huafeng Colliery，considering surrounding rock geological condition and roadway deform ation and damage eharaeteris—
tics，combined supposing scheme which took concrete filled steel tube support as main supporting pattern was designed．Supporting
section shape was circle．219mmx8mm seamless tube filled by C40 concrete was applied，assisted by anchored mesh and injection and
grunting for reinforcement．FLAC numerical simulation results showed that maximum roof and floor convergence was 90mm，two．side
convergence was 80mm after supposing reached stable，and surounding rock deform ation was controlled effectively．Field application
of the supporting system fully proved that the combined supporting system could effectively control surrounding rock deform ~ion and
make roadway keeping long-term stable．
Keywords：concrete filled steel tube suppo~；deep roadway；numerical simul~ion；combined supporting
随着浅部煤炭资源的日益减少，煤矿开采逐渐
进入深部。开采深度的增加使井巷条件变得更为复
杂，大地压、大变形、难支护等一系列问题导致作
业环境恶化、巷道维护困难、地质灾害增多 J，
深井巷道的支护问题变得越来越突出。现有的支护
技术已经遇到越来越多无法解决的难题：一方面支
护效果不好，围岩变形难以控制，巷道无法稳定；
另一方面支护成本、巷道返修率高。基于以上原
因，钢管混凝土支架作为一种新型深井软岩巷道支
护方式应运而生。
自2004年开始研究至今，课题组对钢管混凝
土短柱、钢管混凝土直梁、钢管混凝土圆弧拱和钢
管混凝土支架等结构体进行了10多次的实验室实
验。实验表明，在单位用钢量相同的条件下，钢管
混凝土支架的极限承载力可达u型钢支架的3倍
以上 J，特别适合在深井巷道和软岩巷道中使
用。文章以华丰煤矿一1 100m水平风井联络巷为工
程背景，对巷道原支护条件下的失稳破坏原因进行
了深入分析，改用钢管混凝土支架复合支护结构对
巷道进行支护，现场应用证明了优化后的支护方案
是合理的，能够实现巷道的长期稳定。
1 工程概况
1．1 工程背景
华丰煤矿-1 100m水平风井联络巷埋深1230～
1250m，揭露地层岩性为煤8(2)至煤7 (2)之
间的岩层，所穿岩石大部分为粉砂岩、中砂岩、细
砂岩，岩层倾角平均30。。岩石单轴抗压强度30～
40MPa，垂向地应力为32MPa，水平构造应力在35
～ 47MPa之间。该联络巷断层及煤层附近顶板较
为破碎，巷道掘进过程中受到煤6采动影响，巷道
变形量大，破坏严重，后期又受到煤4采动影响，
【收稿日期】2014—10—31 [DOI]10．13532／j．cnki．cnll一3677／td．2015．03．017