国家能源集团宁夏煤业有限责任公司清水营煤矿 宁夏银川 750000
摘要：钢管混凝土支架是在钢管内充填混凝土而成的组合材料，钢管约束混凝土，使混凝土处于三向应力状态，其强度和塑性大为改善，核心混凝土充满钢管，避免或延缓钢管屈曲，是目前承载力最优的结构，具有抗压抗剪性好，支撑力高，塑性韧性好，抗冲击和抗震性好，耐火耐腐蚀性，经济效益好等优点，清水营煤矿主斜井搭接硐室段冒落高度大，巷道围岩应力集中，导致变形严重，以往的支护形式已经无法较好的控制巷道成型，通过在现场施工钢管混凝土支架，有效的控制巷道成型，保证了正常安全生产。
关键词：钢管混凝土支架；高冒落软岩井巷；
前言
冒落是裂隙岩体巷道中出现的、对作业人员安全威胁很大、突发性工程事故，尤其是巷道处于软弱围岩层位，给巷道的施工和支护带来了一定的困难和威胁，因此研究高冒落软围岩巷道的支护方式对安全生产具有重要意义[1-3]。目前，对普通小面积低冒落巷道的加固方法有：（1）锚索加固法[4]；（2）注浆加固法[5]；（3）锚网梁喷注联合支护法[6]等，这些方法优点是可以节约材料，施工快捷，缺点是在围岩极不稳定的情况下，会造成二次冒顶，存在严重安全隐患。因此，针对清水营煤矿+1089m水平搭接硐室高冒落软围岩区域，经过验证，在现场施工钢管混凝土支架来对巷道进行支护，起到较好了的支护效果。
1工程概况
清水营煤矿+1089m水平搭接硐室处于主斜井维修+1076.913m～+1039.172m段，坡度25°，该段岩性为粉砂岩、细砂岩，粉砂岩为浅灰色，含少量云母片，岩石致密，具水平层理；细砂岩与中砂岩为灰白色，成分以石英为主，次云母，泥质胶结，分选性好，次棱角壮岩石较坚硬。施工中，水平层理容易脱层片帮冒落，粉砂岩遇水底鼓变形，泥质胶结的粉砂岩遇水泥化，后期遇水变形。现场巷道跨度大、冒落高，围岩软等特点，依靠常规的锚索网梁支护已经不能有效控制巷道成型，需采用加强支护形式来有效控制巷道变形，通过在现场施工钢管混凝土支架，有效的控制了巷道成型，为安全生产提供了保障。
2 钢管混凝土支护理论
钢管混凝土支架是无缝钢管经中频热煨弯管成型，焊接各种附属件，防锈处理后做成空钢管支架，运至井下安装，再经现场灌注混凝土而成。钢管混凝土支架的突出优点是高支撑力，相同用钢量条件下，Φ194×10钢管混凝土支架承载力210吨，36U支架承载力仅60吨左右，支撑力提高2倍以上。
根据《现代钢管混凝土结构（修订版）》，钢管混凝土结构轴压短柱极限承载力设计值为：
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θ为套箍指标，Φ 194×10：θ=3.11
As、fs分别为钢管的横截面积和屈服强度，A3钢fs=215N/mm2
Ac、fc分别为核心混凝土的横截面积和抗压强度，C40混凝土的 fc=19.1N/mm2
将As、fs、Ac、fc代入式（2）得套箍指标：
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将θ、Ac、fc代入式（1）得理论极限承载力为：N0=2812.7KN，相当于281吨，U36型钢短柱极限承载能力约为823KN，钢管混凝土承载能力是U36型钢3.4倍。
3 钢管混凝土支护试验
目前钢管混凝土支架主要有圆形、马蹄形、浅底拱圆形、椭圆形、直墙半圆拱形等型号，清水营+1089m水平搭接硐室主要采用马蹄形、椭圆形型号混凝土钢支架，以Φ194×10椭圆形钢支架架型（附图1）为例进行受力分析。
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图1：椭圆形钢支架 图2：钢管混凝土 图2：钢管混凝土
短柱荷载试验 直梁跨中荷载试验
4.钢管混凝土支架现场应用效果
+1089m水平搭接硐室处采用钢管混凝土支架支护方式，并通过采用矿压观测方法得出，该段高冒软岩区得到有效支护的结论。
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图4：维修前支 图5：维修后支 图6：维修后矿压显
护效果图 护效果图 现数据趋势图
5.结论
（1）相比较于U36型钢，在高冒落软围岩巷道中，使用钢管混凝土支架的效果更具有明显优势，承载力是前者的3倍以上。
（2）从钢管混凝土支架短柱荷载试验中得出，随直径增加轴向承载力逐渐增大。
（3）通过对近6个月的矿压观测数据趋势分析，+1089m水平搭接硐室顶板下沉量无明显变化，支护稳定可靠。
个人简介：周少华，男，1982.2，宁夏银川，硕士研究生，研究方向：煤矿安全生产、巷道支护、瓦斯治理
参考文献：
[1]缪协兴，等，采场覆岩厚关键层破断与冒落规律分析[J].岩石力学与工程学报，2005，4（2）：1290-1293.
[2]钱鸣高，等，岩层控制中关键层的理论研究[J].煤炭学报，1996，21（3）：225-230.
[3]钱鸣高，等，岩层控制的关键层理论[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000.
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[5]梁勇生，等，超高范围冒落巷道注浆处理技术[J].矿业安全与环保，2004，116-120.
[6]张传安，等，锚网梁喷注联合支护技术在大冒顶区的应用[J].煤炭科技，2004.