型钢支护桩（精选7篇）
型钢支护桩 篇1
由型钢和水泥搅拌桩共同组成复合挡土桩体的一种基坑支护形式，近几年在我市适用条件下的深基坑侧壁支护工程中正得到推广应用。该支护形式不仅结构上安全可靠，而且价格适中偏低，在工期、施工、环保等方面比混凝土桩 (沉管或冲<钻>孔灌注桩）支护明显优越。
1、工程概况
该工程主体为一座8～1 8层临街商住楼，设一层地下室，地下室底板面设计标高为-5.2 (-3.6) m，实际基坑开挖深度5.5 (3.9) m，基坑侧壁安全等级为二级。
2、支护结构选型
根据本基坑特点和业主对本支护工程工期、造价方面的要求，基坑支护主要考虑两种形式：土钉墙和钢桩f钢板和型钢) 支护。土钉墙支护造价低，施工简单，便于土方挖运，但在软土条件下（尤其对本场地厚层淤泥），锚固力小，坑壁位移较大，安全性差。钢桩（力口单层内支撑）支护相对土钉墙造价高些，水平支撑对土方开挖和地下室底板结构施工也会有一定的影响，但其结构稳固，水平抗力大，坑壁位移小，安全性好。为确保支护结构和周建筑和设施安全，保证地下室施工顺利进行，也基于本场地地质条件、施工场地和周边环境等因素综合考虑，决定选用H型钢桩加水泥搅拌桩的复合支护形式。
3、支护结构设计思路和计算
本支护设计思路为H型钢桩加水泥搅拌桩（单排壁状) 和单层钢管内支撑 (对撑) 两部分结构组成的空间受力体系，水泥搅拌桩设置于H型钢桩外侧，它除了主要与H型钢桩共同组成复合排桩，承受基坑侧壁水平荷载外，同时又起止水帷幕作用。本支护结构主要依据《建筑基坑支护技术规程》中有关排桩（桩墙）支护规定的计算方法计算。考虑到基坑外围实际施工条件，故地面附加荷载按20kN/m2取用。土压力按朗肯土压力理论分层计算，并采用水土合算。土压力计算中不考虑工程桩对被动土压力的影响。
经计算，桩身承受最大弯矩计算值（下同）为126.33kN.m/m（基坑开挖面为3.9m部分略小），腰梁按简支梁计算（计算跨度暂不考虑八字撑1），最大弯矩为223kN.m，腰梁处水平支点反力为75kN，水平支撑承受最大轴力为938kNf，其他内力数据略1。根据各构件受力性状，保证构件抗弯 (压) 刚度和满足支护结构体系稳定性要求，支护结构设计如下： (1) 钢排桩选用日产400×400和350×350H型钢f坑壁深3.9m段1，排桩间距为1000mm，桩长12m。 (2) 水泥搅拌桩径600mm，桩长9m，相互搭接长度100mm。 (3) 腰梁采用400×400H型钢，腰梁中心距自然地面1.4m； (4) 基坑呈近长条形，纵向跨度不大，设计三道单向水平对撑，对撑选用Φ609×12钢管，对撑支撑点采用H型钢封头，两端施加300kN预紧力：相邻支撑间距大于4m，支撑端部增设八字撑；对撑跨中点处设一350×350H型钢立杆，杆长12m，伸入到第4层中砂层中；对撑之间设两道350×350H型钢连杆，基坑四角设两道水平角撑，内角撑采用350×350H型钢，外角撑采用Φ609x12钢管。
4、支护结构施工
施工流程：水泥搅拌桩——H型钢排桩——H型钢腰梁——钢管水平
支撑 (含立杆、连杆、角撑）。
4.1 水泥搅拌桩
由于场地系旧厂房杂地，故桩位放样后，应先对桩位范围内地下障碍物进行全面清理，以保证成桩顺利进行。搅拌桩施工过程主要控制好桩位偏差和垂直度偏差，严格按照设计要求的水泥标号、所需水泥掺量、搅拌时间、搅拌提升速率以及桩体搭接长度和复拌次数施工，保证水泥桩强度均匀性和帷幕连续性，达到增强钢桩间土体强度和有效止水的双重效果。
4.2 H型钢桩施工
H钢桩施工方法相对简单，工艺要求不高，主要是控制桩位偏差、垂直度偏差。压桩起点顺序尽可能与搅拌桩成桩起点顺序相一致，以保证水泥桩体固结所需足够的龄期。
4.3 H型钢腰梁安装
由于本基坑拟采取一次性开挖到底的施工方案，因此，基坑土方全面开挖前，在钢桩内侧先开挖一道供安装腰梁的沟槽，沟槽深度和宽度以满足安装操作时基本工作面的需要即可。安装过程主要控制腰梁设置位置、安放水平度和钢桩接触面的焊接质量，腰梁与钢桩存在空隙待水平支撑全部安装完成时，采用C 2 5细石混凝土充填。
4.4 钢管水平支撑安装
按设计水平支撑位置开挖沟槽，沟槽深度和宽度视安装需要而定。在钢管支撑跨中位置先压入H型钢立杆至设计深度。压入时，主要控制立杆压入垂直度和压入深度，确保立杆具有足够轴向承载力。立杆压入完好后安放钢管；钢管端部由H型钢封头与腰梁相接，连接就位后，钢封头处施加预紧力，预紧力经现场确认无误和连接处的缝隙塞入钢锲锚固后，拆卸油压千斤顶，而后再进行施焊加固。接着安装焊接端部八字撑和水平对撑之间的连杆。支撑安装过程，主要控制立杆与支撑、支撑与腰梁连接点处的安装焊接质量，尽量减少因安装误差或安装不牢固产生的较大偏心弯矩对支撑稳定性的影响。角撑跨度较小，没有设立支承立杆和施加预紧力，其安装方法和质量要求与水平对撑基本相同。
5、土方挖运
本基坑土方挖运主要以机械开挖为主，只有基坑修底部分和基础承台及其他加深部分采用人工开挖。按规定和设计要求，土方应分层均衡开挖。但由于本基坑开挖深度内以软土为主，分层开挖不但对机械化施工有一定的困难，且开挖工期较长。为了节省工期，也基于本基坑开挖规模、深度和施工条件等实际情况，根据施工单位要求，经业主、监理部门商定后，最后还是采用了一次性开挖到底的做法。然而，由于一次性开挖到底土坡高差过大，坡度过陡，在土体自身应力释放和挖土机座推力的共同作用下，引起土体向坑内侧移，结果7根超长未截工程桩被推断，部分工程桩严重偏位，影响了基桩工程质量，给基础承台施工造成了很大的困难。
6、换撑层素砼带施工、钢管水平支撑拆解和钢桩起拔
换撑层系位于地下室底板与围护桩之间一条素砼带，其设计厚4 0 0 m m C 2 0。当水平支撑拆除后，换撑层便替代钢管支撑承受支护桩外水平荷载。因此，该砼带施工时，主要控制好换撑层厚度和砼浇注质量 (包括浇后养护等) ，确保砼强度，满足传力要求。钢管支撑拆解时要逐步释放预紧力并注意构件的吊放安全，避免支撑体滑落或重放，确保底板砼不受过大振动影响其质量。地下室剪力墙和顶板砼基本达到设计强度后，剪力墙外坑按设计要求的填料分层回填并夯实，之后起拔钢桩，并及时用砂回填灌实桩坑。
7、基坑监测
本基坑共设有坑顶位移、桩体测斜和支撑轴力三个监测项目。监测单位在土方开挖起先阶段曾对桩体测斜项目作过数次监测，但由于包括测斜孔被破坏没有及时补设等种种原因，监测工作被迫中止，故没有提供基坑监测成果报告。基坑支护结构变形及坑壁位移等情况不详。但从基坑土方开挖到地下室结构工的整个过程的现场观察，支护结构体系始终处于正常使用状态，没有出现桩身明显弯曲变形、桩顶位移和坑外地面下陷等异常情况。搅拌桩桩身完整，止水效果较好，整个施工过程没有出现坑内渗水现象。
8、结束语
(1) 通过该支护形式在本支护工程的实践，认为此支护形式对基坑平面形状相对简单、软土场地、施工条件和基坑周边环境条件差以及基坑侧壁安全等级二级以下条件下的深基坑支护较为适宜，它基本上符合基坑支护作为一种临时性结构既要安全又要经济的原则。
(2) 从保护工程桩质量的角度考虑，尽可能地避免因基坑土方开挖造成工程桩的断裂或桩位严重偏移等质量缺陷，减少基础承台施工麻烦，基坑土方分层均衡开挖还是很有必要的。尤其是场地工程地质条件较差时更是如此。分层开挖虽然比一次性开挖工期长，但它能够有效保护工程桩质量，比起一次性开挖到底所造成的工程桩质量缺陷而不得不采取人工挖孔接桩或通过加大加深基础承台等补强措施所带来的经济和工期上的损失划算的多。
摘要：本文通过型钢和水泥搅拌桩复合支护结构在深基坑侧壁支护实例工程中的应用, 表明该支护形式在适用条件下的深基坑支护工程中具有安全、经济、节工、施工方便等优点, 值得推广应用。
关键词：支护结构,H型钢桩,水泥搅拌桩,施工
型钢支护桩 篇2
某工程位于城市中心地带,地皮价格可谓是寸土寸金,开发商为充分利用规划用地,地下室的边线离规划用地红线的最近距离大约为3 m～4 m,红线外为待拆迁的2层～3层居民楼。该工程为了尽可能的给上部结构腾出施工空间及施工道路,前期仅对地下室的基坑进行了支护,待上部主体结构施工完成后才单独对位于地下室以外的车道基坑进行支护。车道外墙轴线离3层居民楼外墙边线的最近距离为2.40 m,支护区域开挖深度为2.00 m～3.50 m。
2 场地岩土工程条件
根据勘察报告,场地地貌上属长江Ⅲ级阶地,与基坑支护有关的地层从上至下依次为:(1)杂填土(Qm),呈松散状态;(2)粉质粘土(Q4al),呈可塑～硬塑状态;(3)粘土(Q3al+pl),呈硬塑状态。地下水主要为赋存于(1)层杂填土中的上层滞水,主要受大气降水、生活用水等补给,其水位、水量随季节而变化。地层的计算参数见表1。
3 基坑支护设计
3.1 方案选择
由车道外墙轴线离3层居民楼外墙边线的最近距离为2.40 m,上部结构已封顶,车道基坑施工场地狭小,不便于大型机械的进场和施工;坑底为硬塑状态的老粘土、坑壁主要为可塑～硬塑状态的粉质粘土和硬塑状态的老粘土;基坑开挖深度为2.00 m～3.50 m,结合该地区的基坑设计相关经验并考虑施工可行性及经济性的前提下,采用悬臂压浆型钢桩作为支护方式。
3.2 基本理论
考虑场地的平面布置及施工作业条件,地面超载按15 k Pa考虑,居民楼楼层荷载按每层15 k Pa考虑。基坑分段进行支护设计计算。土压力采用朗肯土压力,水土合算。
支护计算时,桩的入土深度根据等值梁法和桩端嵌固的土层性质综合确定,采用弹性抗力法(杆件有限元法)计算桩身内力和桩的变形,其模型如图1所示。
土抗力弹簧的水平反力系数可按下式计算:
式中:m———土的水平反力系数的比例系数,k N/m4,对多层土,按不同土层分别取值;
z———计算点距地面的深度,m;
ho———计算工况下的基坑开挖深度,m。
第i土层的水平向抗力系数随深度变化的比例系数m(k N/m4)可按下列经验公式计算:
式中:φik———第i土层内摩擦角标准值,(°);
cik———第i土层粘聚力标准值,k Pa;
Δ———基坑底面处位移量,可取10 mm;
ξ———经验系数,一般粘性土取1.0;老粘性土取1.8。
3.3 支护结构设计
支护桩采用28a工字钢,桩排间距500 mm,桩长4.5 m～9.0 m。基坑支护计算采用《天汉软件》ver2005.1中“桩锚2005”模块,各段具体计算及设计参数见表2。桩顶锁口梁按构造要求,采用2根28a工字钢焊接组成。
3.4 地下水处理设计
场地地下水为上层滞水,基坑开挖后,可对坑壁产生侵蚀和渗透破坏,应采取封堵和疏导措施,具体如下:
1)在坡顶设置截排水沟,过水断面尺寸为300 mm×300 mm,采用红砖砌筑;
2)在坑底设置若干集水坑进行明排,汇集上层滞水后,用水泵抽排至坑顶明渠;
3)对场内周围地面进行硬化,设置50 mm厚C15混凝土。
4 基坑支护施工及监测要求
4.1 压浆型钢桩施工要求
压浆型钢桩桩排施工采取跳打法,其具体施工程序如下:
1)采用钻机引孔成桩,成孔直径350 mm,将工字钢压入孔内前按500 mm间距错位打花眼;
2)工字钢置入孔内后,应预埋高强注浆管(至工字钢底部),充填粒径20 mm～30 mm碎石,最后压力注入水泥浆;
3)注浆应使浆液从孔内溢出较浓的带有碎石的浆液为止,以确保钢桩桩体与桩外土体能形成整体。
4.2 土方开挖要求
基坑开挖前,应做好坑顶周边截排水的设施,对坡顶1 m～2 m范围内的地面采用厚3 cm～5 cm的C15混凝土作硬化处理,防止地表雨水对坑壁浸润冲蚀;基坑开挖中应做好坑内积水排放。
土方开挖必须和土钉挂网支护施工密切配合,减少无支护暴露时间,采取分层分段开挖,每层开挖深度应满足施工要求,每日开挖长度应满足当日支护作业能力,不得超挖。
基坑开挖后,地下室土建单位应尽早进场,作好下步土建施工的各项准备工作,减少基坑暴露时间。
4.3 基坑监测要求
本基坑虽然开挖深度不深,但由于离3层居民楼较近,基坑开挖过程中及土方开挖完成后应加强监测。
监测内容包括:
1)支护桩桩顶地面水平位移及沉降观测;
2)居民楼的地面沉降观测;
3)土体及支护桩深层水平位移观测(测斜)。
监测频率不得少于2 d一次。当暴雨阶段或出现异常情况时应增加监测次数,监测结果(包括图表)及时反馈给设计、监理等有关各方。
水平位移及沉降警报值:总变形为20 mm,或连续2 d～3 d以上变形速率达到5 mm/d。
5 结语
1)基坑支护设计是一项理论与实际联系紧密的工作,既要考虑支护的安全性、经济性,又要考虑现场实际的施工可行性。
2)采用压浆型钢桩进行基坑支护,具有施工占地空间小、对周边环境影响较小等优点。
摘要：根据某车道基坑场地狭小、周边环境复杂的特点,选用小型钻机即可施工的压浆型钢桩对该基坑进行支护,并对压浆型钢桩的施工进行了阐述,为类似条件下的基坑支护设计提供一定的参考。
关键词：复杂环境条件,基坑支护,压浆,型钢桩
参考文献
[1]DB42/159-2004,基坑工程技术规程[S].
[2]JGJ120-99,建筑基坑支护技术规程[S].
型钢支护桩 篇3
综采工作面出口支护管理一直是回采生产实现安全、快速推进的瓶颈难题。按照煤矿安全质量标准化要求:工作面机头、机尾处要正确使用2对长钢梁进行支护 (有后部刮板输送机时使用4对) 。由于工作面出口处于切眼与顺槽相交的“三角”区域, 受顶板压力大、地质条件恶劣、设备多和作业空间狭窄等因素影响, 员工在采用传统的π型长钢梁进行串梁支护作业时, 不仅耗时、费力, 而且存在安全隐患。
为从根本上解决这一困扰生产的难题, 我矿综三区结合现场实际, 以“缩短钢梁长度、改变钢梁结构”为整体思路, 加工制做出了一种长度短 (1.6m) 、重量轻, 可以用卡缆快速连接的新型U型钢梁, 并付诸生产实践。
1 工程地质概况
1.1 地质概况
Y292下工作面位于岳胥区11水平, 南部上方为冲积层防水保护煤柱;西部无采掘工程;东部为7050西、7170甲、7170乙第二出煤系统、7173、7173第一出煤系统等巷道;北部Y294工作面采空区;上部为Y292采空区。Y292下风道上部为Y292工作面, 5煤层为Y252采空区。开采深度:-489.1~-586.4m。
Y292下工作面煤层较厚该礃为8、9煤层分合区, 属于稳定煤层, 除已采煤层外剩余煤层厚度在4.5~12.0m之间, 属半亮型, 亮煤、镜煤为主, 间夹少量暗煤条带, 局部夹石较发育, 合区区域夹石厚度在0~1m左右, 分区内夹石厚度在1~1.54m左右。煤层倾角平均30°。
Y292下工作面顶底板的主要特征为:直接顶为深灰色粉砂岩, 厚度一般为6.51m, 质均一, 岩性致密, 具滑动面, 含植物碎屑化石及菱铁质结核, 具水平层状。老顶为浅灰色中细砂岩, 厚度一般为4.89m, 以石英为主, 次为岩屑, 泥硅质胶结, 夹细砂岩薄层, 呈条带状及水平层理状, 具滑动面。直接底为深灰色粉砂岩, 厚度3.14m, 岩性致密, 质地均一, 细腻, 具滑动面, 含有少量植物化石, 可见方解石脉及菱铁矿散晶。底板为褐灰色细砂岩, 厚度3.29m, 成份以石英为主, 次为暗色矿物及少量岩屑, 局部含钙质, 较坚硬。
矿井瓦斯含量不高, 涌水量较小。
1.2 工作面概况
唐山矿Y292下工作面采用走向长壁综合机械化放顶煤采煤法, 采2.8m, 放4.6m, 截深0.5m。工作面倾斜长度124m, 走向长度804m, 工作面支护选用工作面支护选用ZQF6200-16/32型支架, 额定工作阻力6200k N, 工作面前部使用SGZ-730/400输送机, 后部使用SGZ-960/750输送机。工作面运输巷使用SZZ-960/375型转载机和PLM2200型破碎机及SSJ-1200/2×250型带式输送机, 供液系统使用BZRK-400/31.5型乳化液泵远方供液。该工作面是唐山矿的高产高效工作面, 日生产能力3000t。
2 上下出口工艺支护
2.1 长钢梁支护
在以往使用长钢梁支护时, 工作面前、后部刮板输送机机头、机尾上方均采用3.8m或4.5mπ型钢梁配合单体柱进行支护, 要求π型钢梁成对交错布置 (至少保持一对π型钢梁支护) , π型钢梁交错步距0.6m, π型钢梁移动步距0.6m, 间距不大于200mm。正常情况下要求工作面前、后部刮板输送机机头、机尾上方3.8mπ型钢梁保持一梁四柱, 工作面割煤到距透上下出口小于30m (即:机组透机头、机尾) 。出口移前后部输送机或倒换补打单体柱时3.8mπ型钢梁下可临时保持一梁三柱。工作面出现全封闭支护或工作面输送机缩进支架支护范围内时可不使用π型钢梁;前串π型钢梁后老塘侧及时用1.2m金属铰接顶梁或木板配合单体柱对老塘侧进行支护。
2.2 U型钢支护
U型钢长度1.6m, 使用29U的U型钢制作, 使用过程中每两块U型钢上下搭接400mm, 并使用两副卡缆在搭接处固定。煤壁超前以外保证有2根U型钢配合单体柱进行支护, 并在其前方继续搭接2~3根U型钢。
U型钢使用过程中执行两刀回撤一块U型钢的作业循环, 即机头进一刀后 (顶溜-移架-拉后溜) , 按正常顺序实施老塘掏窝工作, 机头进两刀后 (顶溜-移架-拉后溜) 开始回末根U型钢, 回末根U型钢后及时将其下方单体柱补齐, 补齐后进行老塘掏窝作业。回末根U型钢前, 在末根U型钢与支架间用5尺木板 (或5尺以上) , 一板两柱打好临时支护, 以加强顶板控制, 避免回撤U型钢时顶板下沉。回末根U型钢时利用长柄套管松解两副卡缆, 降下末根U型钢的其中一棵单体柱, 再使用铅丝或3分级以上绳爪把另一棵单体柱和待回U型钢拴好, 采用远方操作的方法缓慢降下单体柱, 并将U型钢回撤。
顶面溜子后走支架前及时补齐单体, 同时拉老塘溜子前后配合相应的回和补单体柱工作。回掉末根U型钢完成老塘掏窝工作后, 及时将回下的U型钢搭接到第一根U型钢梁端, 并将卡缆上紧补齐。
机组距出口30m位置时, 及时将影响机头透刀的单体柱摘除, 并及时将其依次补打到煤壁以外无支护的U型钢下方。由于在机头支架移架后, 老塘侧压力增大, 回撤U型钢及松解卡缆较困难, 在移架前末第二根U型钢下方可以打单体柱支护情况下, 可提前将末一根U型钢进行回撤, 回撤后在该处及时补打单体柱。
3 U型钢支护使用技术要求
巷道替超前工作要沿巷道中心线替回, 要求平直顺, 严禁出现大的起伏。两根U型钢搭接长度400mm, 且用两只卡缆固定, 扭紧力矩:150N·m以上, 每班开工前设专人用长把扳手 (0.8m以上) 紧固卡缆。
除机头上顶外, 老塘至煤壁以外2根U型钢下方单体柱排距不大于0.6m (出口行人侧的单体柱排距可控制在0.8m, 保证有0.8m行人侧) , 末根U型钢保证不少于二棵。排头支架与机头U型钢间距大于0.5m时, 必须采用3.8mπ型钢梁或3.0m木板配合单体柱加补支护。当溜子上方U型钢无法加打单体柱时, 必须在临近U型钢下方加打单体柱, 以保证支护强度。
4 更换U型钢支护后的优点
新型钢梁投入0290工作面试用后, 极大地简化了支护工艺。以前至少需要3人同时配合作业才能完成的串梁支护工序, 如今, 在不停止现场设备运转的情况下, 仅需2人就能在距离出口较远的安全地带提前完成顶板支护工作, 基本上实现了工作面连续割煤、循环进刀作业。施工时间由过去的40min以上缩短至10min左右, 员工的安全也从源头上得到了可靠保证。
5 结论
0290综放工作面出口作业中, 创新应用U型钢梁支护新工艺取得了成功。此举不仅改变了沿袭多年应用传统π型钢梁进行支护的施工方式, 填补了生产工艺上的一项空白, 而且极大地降低了员工的劳动强度, 有效地提高了综采工作出口支护的整体稳固性和安全性。目前, 这项新工艺已经在我矿综采单位大规模进行推广, 这种新型U型钢梁将在公司安全生产工作中发挥巨大的作用。
参考文献
[1]杨双锁.回采巷道围岩控制原理及锚固结构的适应性研究[D].徐州:中国矿业大学, 2001:30~35.
可缩性U型钢棚支护的应用 篇4
1.1 抗压力强, 支护达到一次成巷
U型钢棚支护结构严谨, 用卡子连接后, 形成一体, 压力均匀分布, 本身拱形或圆形与巷道冒落的自然形状一样, 比梯形的工字钢棚和木棚的耐压压能力强, 不易变形, 支护服务时间长, 减少重复翻棚, 安全生产有保证。
1.2 抗灾能力强, 安全系数大
工字钢和木棚梁腿不是一体, 棚腿一但折断、撞掉棚梁上顶板浮货将冒落下来, 造成巷道堵塞, 危胁安全生产, 而U型钢支护梁腿用卡子连成一体, 整体合力强, 即使腿子悬空, 支护也不会整体失效, 顶板更不会冒落压垮。木支护在压力大时容易折梁断腿、工字钢支护受压后容易发生变形失效, 容易使巷道冒严, 造成后路关门, 而U型钢支护很少发生折梁断腿。实践证明, 采用U型钢支护确实具有很强的抗压能力。
1.3 保证巷道断面
以前木支护和工字钢支护时, 梁腿断了变形了, 备棚、套棚, 挑棚都容易缩小断面, 不好干时, 人为缩小断面, 帮顶还淌货, 造成浮货多, 环境不好。而U型钢支护是可缩性支护, 可以卸压, 遇到压力大采高不够时, 拉底后仍然保持原有支护强度和巷道断面。使用U型钢支护, 高度不够棚子给不上, 必须按标准施工, 帮顶挂上金属网, 不淌货, 保证了安全通风、安全行人。
1.4 减少了瓦斯积存和发火事故
翻挑的次数越多, 帮顶越容易脱落超高, 超高冒顶容易产生高温火源、积存瓦斯, 为发生瓦斯和发火事故埋下重大隐患, 巷道断面缩小影响通风, 也容易发火, 而使用U型钢支护, 服务时间长, 恢复次数少, 不易超高, 不易缩小断面, 西安煤业公司使用U型支护几年来, 不仅杜绝了瓦斯事故, 也而且也杜绝了发火事故, U型钢支护强度大, 在处理高温火点时, 可以直接插管, 发碹处理, 不用考虑支护强度问题, 为全安全消除火情赢得时间。
2 U型钢棚支护加强要点
(1) 注重搭接长度, 结构合理, 正负不能差100mm, 要保证梁腿搭接紧合缝, 防止局部咬合不严, 减弱抗压力。
(2) 注重紧固卡子, 紧固卡子要注重重复紧固, 因为随矿压变卡子松紧也会变化, 要坚持经常检查和紧固, 特别是放炮前和放炮后更要注意, 掌子头前10米应不能放松卡子, 一旦松动, 抗压力大大减小。
(3) 要注重调整棚距, 棚距不能千篇一律, 一成不变, 要紧紧适应现场矿压, 按压力调整棚距, 压力大时适当缩小棚距, 较大时用圆棚支护, 加密棚距, 也能做到安全支护
(4) 要加强施工质量, 迎山、叉角、要刹好帮顶杆, 劲木要结实打牢, 倾斜巷道增加拉条, 使各支护连成一体, 形成整体抗压。
3 U型钢棚支护经济效益
(1) 支护用品每年节约资金5600万元。
(2) 翻修巷道每年节约用工18000个工时。
(3) 杜绝巷道冒顶, 保证安全高效开采。
参考文献
[1]地下开采现代技术理论与实践新进展[M].北京:煤炭工业出版社, 2007.
型钢支护桩 篇5
郑煤集团大平煤矿主要开采二1 煤层, 设计年生产能力0.6 Mt, 1986年投产。1996年以来, 矿井年生产能力在0.9 Mt以上。
目前, 大平矿施工的准备巷道 (煤巷掘进工作面) 及回采巷道 (切巷除外) 中, U型钢支架占到了90%以上, 其中5%为巷道开门及变向部分, 该处“十字头”或“丁字头”直接采用U型钢开门的方法。根据近2年U型钢支架支护情况看, 承压状态及服务年限较矿工钢支架都有明显优势。但是, U型钢支护巷道的交岔点处理 (“十字头”支护) 属技术难题, 目前仍采用矿工钢对开门U型钢巷道顶梁进行联锁加固、然后直接靠U型钢棚双向开门的方法, 但在施工及维护过程中对该“十字头”或“丁字头”不易管理, 容易出现顶板控制不严导致顶煤冒落、支架变形, 且开口后受断层影响, 给设备安置带来一定困难。为此, 根据U型钢支架支护特性, 对U型钢支护巷道交岔点进行了技术研究。
2技术方案的论证
目前大平矿巷道主要采用9.01, 10.5 m2 29U型钢和12, 14 m2 36U型钢支护, 其巷道的“丁字头”开门仍是直接采用U型钢开门, 即直接采用矿工钢对开门位置U型钢进行联锁加固。加固时开口帮2道抬梁 (交错加固) , 对帮1道抬梁, 然后即可直接开门施工, 施工工序比较容易掌握;而U型钢交岔点开门技术还不成熟, 受地质构造影响, 交岔点U型钢支架受压下沉量大, 支架变形量大, 维护周期短且维修困难, 无法满足建设现代化矿井的要求。
开门角度在60～90°之间时, 开门方便快捷, 可直接采用U型钢开门施工, 开门时按照设计要求小圈帮并棚转弦施工, 此种开门方法较为简单。当开门角度小于60°时, 由于采用小圈帮并棚转弦无法实现, 大部分仍采用矿工钢穿棚开门, 但其方法由于开口断面小、矿工钢支架受压变形快、不易维护等因素, 使运输存在较大的困难。由于在承担运料任务的巷道开门时, 转弦半径 (要满足轨道铺设) 制约着巷道开门角度, 所以, 在巷道开门施工中, 小角度开门比较频繁, 目前利用现有的U型钢开门方法还无法实现小角度开门。
3开门技术方案确定
按照设计要求, 待U型钢巷道施工到开门位置时, 及时变更为特殊U型钢支架支护;特殊U型钢支架施工到位后, 要求在开口中心及对帮分别联锁2道和1道抬梁;然后按照设计要求对交岔点特殊U型钢支架进行打锚索加固 (加固采用打锚索用托板加固的方法) ;待锚索加固工作完成后, 在打锚索托板 (开口帮) 位置按架棚工艺架设4.0 m×3.5 m矿工钢双抬棚, 架设的矿工钢双抬棚必须紧靠反戗齿, 防止受侧压影响使支架变形, 影响运输及行人。10.5, 9.01 m2 U型钢开门梁、腿如图1、图2所示。
4应用情况分析
新设计的特殊U型钢支架架设完成后, 及时对特殊U型钢支架进行了锚索加固, 经过近期的详细观察, 并对每周收集的相关数据进行对比, 特殊U型钢支架开门没有出现支架受压变形现象, 锚索加固后的支架稳定、没有出现支架变形等现象, 取得了较好的锚索加固效果。
(1) 应用效果。
经过长期的观察对比, 发现新设计的U型钢开门方案 (图3) 有效增强了支架的抗压能力, 支架整体承压稳定性增加, 安全系数提高, 并且比较符合质量标准化要求。
(2) 存在问题。
应将U型钢四抬棚改为六抬棚支护, 增加支护强度;针对扩修交岔点断面大、比原交岔点巷道高的问题, 新设计的弯梁目前还不能加工;对特殊U型钢支架“十字头”施工方案还有待考虑解决。
5效益分析
(1) 经济效益。
由于原U型钢支护巷道开门地点支护强度低, 抗压能力弱, 导致支架变形较快, 维护难度大, 维修率增加。按目前U型钢支护“丁字头”的统计, U型钢支架本身具有可缩的优点, 但在目前开门技术上平均每6个月就需要对开口地点进行扩修维护1次;返修工程1项按850元/m计算, 一个“丁字头” (约6 m长) 需5 100元, 则每年一个U型钢支护“丁字头”就需维修费用10 200元。而特殊U型钢支架根据目前观测数据对比来看, 可将原每6个月维修1次延长到1 a维修1次, 一个“丁字头”每年节约费用约5 000元, 每年节约费用约20万元。按此推算, 特殊U型钢支护“丁字头”所产生的经济效益十分明显。
(2) 安全效益。
原U型钢支架开门技术采用矿工钢上抬梁直接开门, 但为满足运料、运煤需要, 需摘除开门帮1或2条U型钢腿, 降低了支架的抗压能力, 支架受压变形快, 不利于通风及运输需要;同时由于开门帮无法使用戗口支架, 导致开门支架受侧压影响较大, 不利于支架整体稳定。而特殊U型钢支架避免了开门摘腿的因素, 也增加了抗侧压支架, 使其抗变形能力强, 安全系数远大于原U型钢支架直接开门的方案。
6结语
经过论证, U型钢巷道完全可利用特殊U型钢支架开门。利用特殊U型钢支架开门方案与原U型钢开门方案相比, 有效解决了抗压能力低、支架变形快、不易维护等弊端, 有较好的推广应用前景。但是, 特殊U型钢支架开门 “十字头”双向开门、“十字头”扩修等问题仍需要进一步研究和改进。
摘要：随着煤矿开采深度的增加, 受地质构造和生产条件的影响, 大平矿的开口及变向巷道逐渐增加、矿山压力越来越大, 而且伴随着水患, 因此对巷道支护要求越来越高。通过对U型钢巷道交岔点开门综合支护技术的研究与探索, 有效解决了抗压能力低、支架变形快、不易维护等问题, 并且给通风管理、运料管理、行人等方面均创造了良好的条件, 有较好的推广应用价值。
型钢支护桩 篇6
义安矿近两年力推大断面支护, 使用净断面为19.9m2的4节可缩性U型棚进行支护, 在使用大断面支护时, 发现由于断面大造成顶、帮压强不变的情况下, 压力增大, 最明显的特点是在使用大断面的U型钢棚后数月就会出现U型钢棚顶部下沉、帮部U型钢腿倒扎角现象较为普遍。我矿解决方法是打设12#工字钢点柱进行支护顶板, 在14010工作面两巷、12020工作面两巷为36U型棚大断面支护, 使用的U型棚中间点柱为4.1m12#工字钢点柱。据观测4.1m12#工字钢极易变形, 为我矿顶板安全管理带来一定压力, 更换变形点柱费工、费时。12#工字钢点柱相对于36U型棚大断面支护来说比36U型钢强度低;4.1m长工字钢点柱由于长度过大, 一定程度削减工字钢点柱的抗压强度, 即弯曲时承受的最大压力;工字钢由于刚性极强, 无伸缩性, 易变形。36U型棚在受到较大矿压压力时易收缩, 工字钢点柱不能承受较大压力时需变形 (弯曲) 后释放压力。在更换工字钢点柱后, 此根为等压点柱, 两侧未更换的点柱很大程度分担了等压点柱的压力, 两侧点柱也极易变形。现研究此点柱主要需解决点柱极易弯曲, 打设点柱时需要挖柱窝, 费时费力的难题。如果能有一种点柱具有可伸缩性, 打设点柱时可根据现场巷道高度进行伸缩, 不必再挖柱窝;在顶板来压时, 如果点柱承受不了太大压力, 可进行收缩的方式释放压力, 从而使点柱不变形。这样就能节省人力物力, 且能够带来很大的安全效益。因此我公司设计了36U型钢可缩式点柱支护工艺的研究与应用。
2 巷道支护情况及36U型可缩式点柱的设计
(1) 巷道支护情况
12040轨道顺槽及12040胶带顺槽巷道采用顶板锚网索+36U型钢棚进行支护。
顶部锚网索:巷道顶部打设锚杆每排7根, 锚杆间、排距为800mm×700mm, 锚杆采用规格为Ф20mm×2000mm的螺纹钢锚杆, 锚杆托盘规格:Ф120mm×10mm, 每根锚杆使用一个K2340和一个Z2350型树脂药卷锚固, 锚杆设计锚固力5吨/根;打设锚索每排3根, 锚索间、排距为2100mm×2100mm, 锚索采用规格为Ф15.2mm×5000mm的钢绞线, 锚索托盘采用300mm长工字钢短节加工而成, 每根锚索使用2卷K2340和4卷Z2350型树脂药卷锚固, 锚固力不低于20吨/根, 锚杆、锚索均垂直巷道顶板打入。锚网所铺设冷拔丝金属网规格:长×宽=2150mm×800mm, 金属网搭接长度100mm。金属网铺设必须平展, 并且紧贴顶板, 网与网搭接宽度不小于100mm, 每隔200mm用12#铁丝连接牢固, 严禁有网兜现象。
36U型钢棚:为4节36U型钢棚, 梁长3400mm, 腿长3300mm, 巷道净宽5964mm, 净高3932mm, 全断面依次采用小圆木+塑料网进行裱褙, 小圆木长1700mm, 直径不小于80mm, 紧贴36U型钢棚进行背设, 净间距300mm, 搭接背设;塑料网搭接100mm, 孔孔必连, 空帮、空顶部分用煤袋进行充填, 要求靠帮接顶, 背牢背实。36U型钢棚支架要求每棚打设连杆5块, 其中梁正中一根, 梁腿搭接处各一块, 底盘以上1600mm两帮各一块;卡缆每棚11套, 左右梁腿搭接处各3套, 双梁组合搭接3套, 两帮连板处各1套。支架梁、腿搭接500mm, 卡缆间距 (中-中) 180mm。卡缆螺母不得有松动现象, 用力矩扳手上紧, 卡缆螺母扭矩:300-350N·M, 连板打设要求成一条直线。
(2) 由于巷道顶压较大, 原设计在巷道正中打设4.1m长工字钢点柱, 由于工字钢点柱在顶板压力大的情况下极易造成点柱弯曲, 故此两条巷道设计中间点柱为36U型钢可缩式点柱。
3 36U型钢可缩式点柱研究方法和研究结果
根据36U型钢的承压力, 设计36U型钢可缩性点柱, 特设计使用配套的36U型钢来做可缩式点柱。借鉴36U型棚的可伸缩性, 制作36U型钢的可缩性点柱是一条捷径。可缩性点柱由两节或者三节36U型钢组成, 三节的点柱能够更好地伸缩, 但是由于安装、拆除烦琐, 且点柱较长, 节数越多安装拆除时越会影响安全。此点柱由托梁卡 (需焊接) 、一根3m36U型钢、一根1.6m36U型钢、3套36U型钢卡缆、一块400mm×400mm×10mm钢板垫板 (需焊接) 组成。
4 36U型钢可缩式点柱优、缺点
(1) 36U型钢可缩式点柱优点: (1) 36U型钢支护强度大于12#工字钢; (2) 具有可缩性, 巷高较低段在打设点柱时, 不必再施工较深柱窝; (3) 压力较大时可收缩后释放压力, 不易变形。 (4) 点柱垫板较大, 有较大摩擦力, 遇到岩底段可直接打设在底板上, 不必挖柱窝。 (5) 维护费用相对于工字钢点柱较低, 可缩式点柱不易变形, 不必经常更换弯点柱, 只需每月两次紧固点柱卡缆。见36U型钢可缩性点柱示意图。
(2) 36U型钢可缩式点柱缺点: (1) 初期投资大, 单根36U型钢可伸缩点柱比12#工字钢点柱价钱高580元; (2) 4.1m长36U型钢可伸缩点柱比工字钢点柱重。
(3) 结论:36U型钢可缩性点柱具备不弯曲、易打设、可随顶板压力大小控制可缩性程度、能够释放顶板压力的特点, 可节省大量的人力物力。36U型钢可缩性点柱的缺点, 只能满足支撑顶板压力带来的36U型棚顶部下沉, 但不能解决帮部压力带来的36U型棚腿倒扎角问题。
5 36U型钢可缩式点柱应用情况
应用地点:12040轨道顺槽、12040胶带顺槽
应用数量:12040轨道顺槽234根, 12040胶带顺槽396根
应用结论:36U型钢可缩性点柱在打设后的数月内没有出现弯曲或趋弯曲现象;打设方便, 不需要挖柱窝;在顶板压力大时有明显收缩性、能够释放顶板压力, 36U型钢可缩式点柱压弯情况极少。
6 经济效益
按照12040轨道顺槽打设36U型钢可缩性点柱234根, 12040胶带顺槽打设36U型钢可缩性点柱396根计算, 共计630根。36U型钢可缩性点柱1160元/根, 12#矿用工字钢点柱575.5元/根。36U型钢可缩性点柱不用使用人力挖柱窝, 12#矿用工字钢点柱平均每根挖柱窝0.7×0.5×0.3=0.2m3, 花费0.2/1.21×175=28.9元/根/次, U型钢可缩性点柱可循环使用10次, 12#矿用工字钢点柱可循环使用3次, 每3个月更换一次12#矿用工字钢点柱, 1.5%的36U型钢棚因点柱弯导致U型棚变形严重不能回收使用, 每个工作面可回采2.5年, 2.5年时间内两种点柱的支护费用如下:
36U型钢可缩性点柱支护费用=630×1160=730800元。
12#矿用工字钢点柱支护费用=630×575.5×2.5×12/3/3=1208550元。
36U型钢可缩性点柱维护费用=0元。
12#矿用工字钢点柱维护费用=630×28.9×2.5×12/3=182070元。
36U型钢可缩性点柱合计费用730800元
12#矿用工字钢点柱合计费用1390620元。
使用12#矿用工字钢点柱因点柱弯导致U型棚变形, 造成损失为1600×2/0.7×3%×3123.2=428324.6元。
每个工作面从开始回采到结束, 使用36U型钢可缩性点柱比12#矿用工字钢点柱节约1390620+428324.6-730800=1088144.6元。
7 结论
36U型钢可伸缩点柱由托梁卡 (需焊接) 、一根3m36U型钢、一根1.6m36U型钢、3套36U型钢卡缆、一块400*400*10mm钢板垫板 (需焊接) 组成。可以支撑所有型号36U型棚。36U型钢支护强度大于12#工字钢;具有可缩性, 巷高较低段在打设点柱时, 不必施工较深柱窝;压力较大时可收缩后释放压力, 不易变形。点柱垫板较大, 有较大摩擦力, 遇到岩底段可直接打设在底板上, 不必挖柱窝。维护费用相对于工字钢点柱较低, 可缩式点柱不易变形, 不必经常更换弯点柱, 复用率较高。每个工作面从开始回采到结束, 使用36U型钢可缩性点柱比12#矿用工字钢点柱可节约100万元左右。
摘要：义安矿近两年力推大断面支护, 使用净断面为18.3m2的可缩性U型棚进行支护, 在使用大断面支护时, 发现由于断面大造成顶、帮压强不变的情况下, 压力增大, 最明显的特点是在使用大断面的U型钢棚后数月就会出现U型钢棚顶部下沉现象, 我矿解决方法是打设12#工字钢点柱进行支护顶板, 由于12#工字钢易发生变形, 我矿研制36U型钢可伸缩点柱, 解决了工钢点柱变形问题, 带来了巨大的经济效益。
型钢支护桩 篇7
1支护方案设计
传统L形U型钢开门抬棚使用矿工钢棚作为开门抬棚, 棚梁跨度大, 巷道压力大, 棚梁变形快, 棚腿受侧压影响容易变形脱落, 支架稳定性差, 支护强度低。为消除这些影响, 改矿工钢梯形棚支护为U型钢梯形棚支护, 并把U型钢拱形棚和U型钢梯形棚2种支护形式结合起来, 将U型钢拱形棚套在U型钢梯形棚内, 拱形棚子顶部托住梯形棚梁增加了一个支点, 拱形棚腿套在梯形棚腿上, U型钢拱形棚直腿部分与U型钢梯形棚腿重叠并上大卡缆卡紧 (图1) , 2个腿底部共用1块大脚钢板 (规格为400 mm×400 mm×16 mm) , 不但稳定性、联锁性好, 而且大大提高了十字头及丁字头抬棚的支护强度。
2U型钢异型梁的规格标准
U型钢异型梁根据施工地点主要巷道的U型钢支架规格型号加工, 梁体的前半段弧度与主要巷道U型钢支架顶梁的弧度一致, 另一段为直梁 (图2) , 为防止打滑及便于联锁加固, 在距梁头250 mm重叠焊接100 mm宽U型钢。
3交岔点的施工工艺
(1) 以抬门中心为中间棚使用8～9棚U型钢异型抬门梁, 棚距600 mm, 在开口一侧异型梁头上和巷道另一侧U型钢支柱柱头上要用铁拉杆进行联锁, 并打上撑木。
(2) 未开口一侧柱腿与主要巷道棚腿排齐, 开口一侧异型梁梁体要水平放置, 以利于抬门。开口侧架设异型梁时, 采用点柱作为临时支护。
(3) 架设2对抬门U型钢梯形棚, U型钢梯形棚梁要与异型梁接触良好, 不平处加木楔, 棚口、柱头要垫薄木楔, 防止打滑。
(4) 抬门U型钢梯形棚架设好后, 在U型钢梯形棚梁下架设2～3棚U型钢拱形棚。
(5) 施工过后, 在下帮梁头用U型钢梁加固1根长5～6 m的长梁, 防止棚向开口侧处推移。
4应用实例
赵家寨煤矿12202回风巷车场开门, 车场方向与12202回风巷夹角60°, 车场使用12.8 m2 36U型钢支护, 回风巷车场口处使用14.2 m2 36U型钢支护, 回风巷与车场斜交开门下宽需要5 m。设计U型钢梯形棚下宽为5.1 m, 按3.5 m净巷高, U型钢直腿与水平面夹角为85°, 梁净上宽为4.6 m。根据梯形棚净断面设计内套U型钢拱形棚断面, 一般设计直腿部分为1.2 m。
5结语