U型钢管棚联合支护工艺在软弱岩层掘进中的应用学习体会

文献概况

本文由湖南宝山有色金属矿业有限责任公司的张相焕发表于《湖南有色金属》2025年第41卷第2期，介绍了在软弱岩层大巷掘进过程中采用U型钢架支护加超前管棚后期喷浆的联合支护方式。该文献属于工程实践类技术报告，虽然理论深度有限，但所描述的工艺组合和施工改进经验对矿山巷道支护设计具有重要参考价值。

软弱岩层巷道支护的难点分析

软弱岩层巷道掘进面临的核心难题在于围岩自承能力差、变形量大、稳定性低。传统单一支护方式往往难以应对复杂地质条件，容易出现支护失效、巷道变形过大甚至坍塌等事故。本文所述的"U型钢架+超前管棚+后期喷浆"联合支护工艺，正是针对这一难题提出的系统性解决方案。

各支护手段的功能定位

工艺要点与技术参数

U型钢架支护的关键参数

U型钢支架的可缩性是其在软弱岩层中应用的核心优势。通过设置可缩节，U型钢架能够在围岩变形过程中被动让位，避免因围岩变形导致的支架破坏。工程实践中，U型钢架的可缩量一般设计为巷道宽度的2%~5%，具体数值需根据围岩变形量预测确定。

管棚超前支护的设计要点

管棚超前支护是软弱岩层掘进中重要的预支护手段。管棚参数设计需综合考虑以下因素：

• 管棚直径：常用89~108mm，根据围岩稳定性选择
• 管棚间距：一般取300~500mm，间距越小预支护效果越好
• 管棚长度：通常为20~40m，需穿透不稳定岩层
• 注浆参数：水泥浆液水灰比一般为0.5~1.0，注浆压力根据围岩裂隙发育程度调整

联合支护的施工顺序

联合支护的施工顺序直接影响支护效果。本文描述的工艺顺序为：超前管棚施工 → 掘进 → U型钢架安装 → 后期喷浆。这一顺序的逻辑在于：管棚超前加固围岩，为掘进提供安全保障；U型钢架在掘进后立即安装，提供即时支护；喷浆在支护稳定后施工，封闭围岩表面。

与工程实践的结合

在矿山巷道支护设计中，联合支护理念的推广具有重要意义。单一支护方式往往存在功能单一、适应性差的缺点，而联合支护通过多种支护手段的协同作用，实现了"超前预支护+即时支护+后期封闭"的全覆盖支护体系。

从PDCA循环的角度来看，该工艺的持续改进体现在：

1. Plan（计划）：根据地质条件确定支护方案，包括U型钢架型号、管棚参数、喷浆厚度等
2. Do（执行）：严格按设计施工，控制管棚角度、间距和注浆质量
3. Check（检查）：监测巷道变形、支架受力、围岩稳定性
4. Act（改进）：根据监测数据调整支护参数，优化工艺

学习心得与启示

本文虽然以工程实践报告的形式呈现，但其核心思想——"联合支护"——体现了现代矿山支护设计从单一支护向组合支护转变的趋势。在软弱岩层条件下，任何单一支护方式都难以独立应对复杂的围岩变形和应力状态，只有多种支护手段合理组合、协同工作，才能实现安全、经济、高效的支护目标。

对于从事矿山支护设计的工程师而言，该案例的启示在于：支护设计不应拘泥于某种固定模式，而应根据具体的地质条件、工程要求和施工能力，灵活选择支护手段和组合方式。同时，施工过程中的工艺改进和参数优化同样重要，只有将设计与施工紧密结合，才能真正实现支护效果的最大化。