井巷工程-支护工程.ppt

2023/6/12,1,第一节 支护材料,第二节 锚喷支护,第三节 普通支架,第七章 巷道支护,棚式支架 石材、整体支护 锚喷支护 梯形金属支架 料石 金属锚杆（索）拱形可缩金属支架 砖 木锚杆 木支架 混凝土 竹锚杆钢筋混凝土支架 钢筋混凝土 金属网 混凝土,2023/6/12,2,第一节 支护材料,一、水泥,2023/6/12,3,硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥建筑工程 矿渣硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 高铝水泥：快硬、高强、耐腐蚀，国防、抢修 膨胀水泥：防水沙浆：构件、管道接头，防渗抹面 特殊工程 白色水泥：原料和制作设备及过程 彩色水泥：氧化铁、氧化锰、氧化铬 快硬水泥：抢修工程、抗冲击及抗震性工程 耐硫酸盐水泥。,1硅酸盐水泥的矿物组成2水泥凝结与硬化过程3水泥的强度4硅酸盐水泥的应用,2023/6/12,4,硅酸盐水泥,1硅酸盐水泥的矿物组成,硅酸盐水泥:凡是以适当成分的生料(石灰石、粘土、铁矿物)烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入适当的石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。水泥“生料”是指未经燃烧的水泥原料，经过磨细而成料粉，加工成生料浆或生料球。生料的化学成分为：CaO 6467 SiO2 2124 A1203 47 Fe203 24 水泥“熟料”是利用生料经过窑中燃烧(13501450)，冷却而成的块状材料。其矿物成分见下表。还有少量的游离氧化钙、氧化镁及三氧化硫等有害成分。熟料用球磨机磨成一定细度的粉末，在磨细过程中加入适量的石膏及其他混合材料，这些矿物细粉的混合，就是水泥。,2023/6/12,5,2023/6/12,6,2水泥凝结与硬化过程,水泥与适量的水混合后制成水泥浆，经过一定时间，便会发生物理化学变化而逐渐变稠，失去可塑性，称为初凝，开始具有强度时称为终凝。之后其强度逐渐增加，称为硬化。初凝和终凝过程称为凝结过程，强度增长过程称为硬化过程。初凝时间和终凝时间。初凝时间为水泥加水拌和起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间为水泥加水拌和起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。水泥的凝结时间对使用具有重要意义。水泥的初凝不宜过早；水泥的终凝不宜过迟。国家标准规定：硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于12h。,2023/6/12,7,3水泥的强度,水泥的强度是水泥性能的重要指标，也是评定水泥标号的依据。我国于1979年7月1日开始实行的水泥新的准规定，测定软练胶砂法(软练法)。此法是将水泥和标准砂按1：2.5比例，加入规定数量的水（按水泥重量的44%），用搅拌机拌合，振动台振动成型制成试块，试块尺寸为4416。在标准条件下(温度为202，相对湿度90以上)进行养护。分别测得3d、7d和28d的抗折与抗压强度。以28d的抗压强度作为水泥标号，分为425、525、625、725四种标号，但3d、7d和28d的强度值不得低于表5-2的规定。,2023/6/12,8,表5-2 硅酸盐水泥各龄期强度（GB175-85）,2023/6/12,9,4硅酸盐水泥的应用,2023/6/12,10,在常用的水泥品种中，硅酸盐水泥的标号较高，常用于重要结构中的高强度混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土工程。硅酸盐水泥的凝结硬化较快，适用于早期强度高、凝结快的工程，地下工程的喷浆及喷射混凝土支护等宜于采用。硅酸盐水泥在水化过程中放出大量的热，因此，适于冬季施工，同样原因不宜用于大体积混凝土工程。硅酸盐水泥抗软水侵蚀和抗化学侵蚀性差，所以不宜用于受流动的软水侵蚀和有水压作用的工程，也不适用于受海水和矿物水作用的工程。,普通硅酸盐水泥,2023/6/12,11,凡由硅酸盐水泥熟料、少量混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，都称为普通硅酸盐水泥，简称普通水泥。掺活性混合材料时，掺量不得超过15；掺非活性混合材料时，掺量不得超过10，同时掺活性和非活性混合材料时，总量不得超过15，其中非活性混合材料不得超过10，窑灰不得超过5%。按照国家标准，普通硅酸盐水泥分为275、325425、525、625和725六种标号。普通硅酸盐水泥与硅酸盐水泥的区别，仅在于其中含有少量混合材料,故其基本性能与硅酸盐水泥相同。与同标号硅酸盐水泥相比，普通硅酸盐水泥早期硬化速度稍慢，抗冻、耐磨性等性能也较硅酸盐水泥稍差。普通硅酸盐水泥凝结时间要求与硅酸盐水泥相同。它的使用范围与硅酸盐水泥也基本相同，但它的标号范围较宽，便于合理选用。,混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥,1混合材料 在水泥磨细时，所掺入的天然或人工的矿物材料，称为混合材料。混合材料按其性能可分为活性混合材料和非活性混合材料。活性混合材料常用的有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料。火山灰质混合材料包括火山灰、硅藻土、沸石、凝灰岩、烧粘土、煅晓的煤矸石，煤渣与粉煤灰等。非活性混合材料例如石英砂、粘土、石灰石、慢冷矿渣等。窑灰是从水泥回转窑窑尾废气中收集来的粉尘。作为混合材料，其性能介于非活性混合材料与活性混合材料之间。,2023/6/12,12,2023/6/12,13,2掺混合材料的硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥,有275、325、425、525和625五个标号。,目前生产较多的为325和425。三种水泥的标号及各龄期的强度值不得低于表5-3的规定。,2023/6/12,14,三种水泥共同特性是：凝结硬化速度较慢，早期强度较低，但后期强度增长较快，甚至超过同标号的硅酸盐水泥；水化放热速度慢，放热量也低；对温度的敏感性较高，温度较低时，硬化很慢，温度较高时（6070C以上）硬化速度大大加快，往往超过硅酸盐水泥的硬化速度；抵抗软水及硫酸盐介质的侵蚀能力较硅酸盐水泥高。这三种水泥的抗冻性差。矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥的干缩性大，而粉煤灰硅酸盐水泥的干缩性小。火山灰质硅酸盐水泥的抗渗性较高，矿渣硅酸盐水泥的耐热性较好。除能用于地面外，还特别适田于地下和水中的一般混凝土和大体积混凝土结构以及蒸汽养护的混疑土构件。,2023/6/12,15,常用水泥选用表如表5-4。,二、混凝土,混凝土的组成材料 混凝土的主要技术性质 混凝土外加剂 混凝土配合比设汁,16,2023/6/12,混凝土的组成材料,1水泥 混疑土强度的产生，主要是由于水泥硬化的结果。2细骨料 在混凝上中，凡粒径在0.155之间的骨料称为细骨料。一般多以天然砂为细骨料。其中以石英砂为最佳。砂中含泥量，当混凝土强度等级C30时，应不超过砂重的3当混疑上强度等级C30时，应不超过过砂重的5；有抗冻、抗渗要求或其他特殊要求的混疑土，则均不应超过3%。云母含量不宜超过砂重的2。轻物质(比重小于2.0，如煤和渴煤等)含量不宜超过砂重1%。硫化物和硫酸盐含量以SO3计不宜超过砂重1%。有机质含量用比色法试验，颜色不宜深于标准色。,2023/6/12,17,2023/6/12,18,砂子中各级尺寸颗粒搭配关系，称为砂的颗粒级配。,砂的粗细程度和颗粒级配用筛分法测定,称量每个筛上的筛余量(称分计筛余），分计筛余占总重量的百分率称分计筛余百分率。各筛之分计筛余百分率和所有孔径大于该筛的分计筛余百分率相加，称为各该筛的累计筛余百分率。,相据0.6筛孔的累计筛余量分成三个级配区(表5-5)，混凝土用砂的颗粒级配，应处于表5-5中的任何一个级配区以内。除5和0.6筛号外，其它筛号允许稍有超出分区界线，但其总量不应大于5%。,2023/6/12,19,砂的颗粒粗细是以细度模数Mx来表示，按下式计算Mx：,式中：A1A6分别为50.15各号筛上的累计筛余百分率。细度模数愈大，表示砂子愈粗。细度模数在3.73.1者为粗砂；3.02.3者为中砂；2.21.6者为细砂；1.50.7者为特细砂。,3粗骨料 在混凝土中，凡粒径大于5的骨料称粗骨料，常用的有卵石(砾石)与碎石两种。粗骨料的颗粒形状还有属于针状颗粒和片状颗粒的，不应超过规定含量。石子级配石子级配也通过筛分法来确定。普通混凝土用碎石或卵石的颗粒级配有连续级配和间断级配之分。应符合表5-6的规定。,2023/6/12,20,粒度要求：连续级配和间断级配,4水 凡是能饮用的自来水和清洁的天然水，都能用来拌制和养护混凝土。污水、pH值小于4的酸性水、含硫酸盐(按计)超过水重1的水和含油脂、糖类的水均不许使用。,2023/6/12,21,(二)混凝土的主要技术性质,1混凝土拌和物的和易性 混凝土拌合物的和易性，是指新拌合的混凝土拌合物在保证质地均匀、各组成成分不离析的条件下，适合于拌和、运输、浇灌和捣实的综合性质。它包括有流动性；粘聚性；保水性等三方面的含义。测定和易性普遍使用坍落度试验，如图5-2所示。混凝土混合物坍落度的选择见表5-7。,2023/6/12,22,图 5-2 坍落度测定示意图,表5-7 坍落度选择参考表,2混凝土强度 混凝土强度包括抗压、抗折、抗剪、抗弯等，其中以抗压强度为最大，在工程中为主要的承压构件。按其强度不同分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C40、C45、C50、C55、C60等强度等级。影响混凝土强度的因素很多，其中水泥标号与水灰比是影响混凝土强度的主要因素。,2023/6/12,23,R28 为混凝土养护28d抗压强度，MPa；,为灰水比；,RC 为水泥的实际强度，MPa；A、B为经验系数。,(三)混凝土外加剂,在混疑土拌和时或拌和前掺入的、其掺量一般不大于水泥重量5，并能显著改善混凝土性能的材料称为混凝土外加剂。减水剂 能保持混凝土混合物的和易性不变而显著减少其拌和水量的外加剂称为减水剂。减水剂有多种，如M型(木质磺酸钙)、MF型等。速凝剂 速凝剂的作用是使混凝土快凝并迅速达到较高强度，喷射混凝土一般都需掺速凝剂。红星I型和71l型速凝剂的性能如下：加速水泥硬化，初凝l5min，终凝l0min以内；提高混凝土早期强度，但掺入这两种速凝剂的混凝土后期强度降低。早强剂 为提高混凝土早期强度而用的外加剂为早强剂。常用的早强剂有氯化钙和氯化钠。,2023/6/12,24,混凝土配合比设汁,1绝对体积法的基本原理 绝对体积法是以组成混凝土拌合物的水泥、砂子，石子及水等材料，经过充分搅拌后，互相填充而达到绝对密实为原则进行设计的，即混凝土体积等于各组成材料绝对体积的总和。,2023/6/12,25,Rh=Rb+0（5-3）,Rb设计的强度等级,0 富裕量,2设计步骤 1）确定配制混凝土强度Rh,2）确定水灰比W/C 用Rh代替公式5-2中的R28得：,26,2023/6/12,（5-4）,（5-5）,（5-6）,式中，水泥的标号数值；Kc水泥标号富余系数，一般为0.113；Rc水泥的实际强度，MPa。,3）确定用水量W，可根据本地区或本单位的经验数据，也可参照表5-10数值。,2023/6/12,27,4）计算水泥用量 由选定的用水量W与用式（5-5）求得的W/C可求出水泥用量。,（5-7）,5）选用合理砂率Sp 砂率是指砂重占砂、石总重的百分率。,6）计算粗、细骨料的用量G及S,2023/6/12,28,（5-8）,式中，C、W、G、S分别为每m3混凝土所用水泥，水、粗骨料、细骨料的重量；c、g、s分别为水泥、粗骨料、细骨料的比重；Sp选用的砂率。,7）确定混凝土初步配合比,（5-9）,即得：水泥：砂：石=1：x：y；水灰比为：W/C,8）试验调整,三、木材,常用的坑木有松木、杉木、桦木、榆木和柞木等。其中以松用得最多。木材各项强度关系如表5-12所示。木材的疵病对它的抗拉强度影响很大，常使其承载能力显著降低；而疵病对木材抗压强度影响较小。木材含水率对强度的影响程变也是不同的，对顺纹抗压和抗弯强度影响较大，对顺纹抗剪强度影响较小，而对抗拉强度几乎没有什么影响。木材在外力的长期作用下，其持久强度为短时极限强度的5060%。木材受热后强度降低；如温度超过140，木材开始分解炭化，力学性质显著恶化，温度较高，木材易开裂。,2023/6/12,29,2023/6/12,30,为了提高坑木的服务年限,还要对坑木进行防腐处理.,四、金属材料,金属材料作支架有许多优点：强度大，可支撑较大的地压，使用期长，可多次复用，安装容易，耐火性强，必要时也可制成可缩性结构。初期投资虽然大些，但可回收，总成本还是经济的。常用的金属支架材料有：工字钢、角钢、槽钢，轻便钢轨、矿用工字钢以及矿用特殊型钢等。,2023/6/12,31,槽钢,2023/6/12,32,工字钢,角钢,U型钢,轻轨,2023/6/12,33,2023/6/12,34,第二节 锚喷支护,一、锚杆支护二、喷射混凝土支护锚喷三、支护及锚喷网联合支护四、组合锚杆支护,2023/6/12,35,2023/6/12,36,我国于1956年开始试用锚杆支护巷道；60年代初期，在岩巷中使用了锚杆与喷浆支护，60年代中期，随着喷射机具的改进，又发展为喷射混凝土支护；70年代起，光面爆破与锚喷技术结合，形成光爆锚喷支护。锚杆从钢筋、钢丝绳水泥砂浆锚杆发展到快硬水泥锚杆、树脂锚杆、管缝锚杆、长锚索等，逐步形成一套比较完善的光爆锚喷和光爆锚网喷支护方式，锚喷支护方式的应用范围从岩石巷道发展到煤一岩巷、煤巷和井筒工程。由于锚喷支护机理、设计方法、检测手段的不断发展，锚喷机具及操作工艺不断完善，锚喷支护技术逐步配套，使用范围不断扩大，锚喷支护在各类巷道中所占比重（1994年统计资料）为岩石巷道的55，半煤岩巷道的29，煤巷的16，已成为煤矿岩石巷道的主要支护形式。,2023/6/12,37,采用光爆锚喷技术施工的大巷,王庄矿+630水平运输大巷，断面18m2，长1200m，光爆工艺，锚喷支护,一、锚杆支护,锚杆的结构类型 锚杆支护的作用原理 锚杆支护参数确定 锚杆的布置 锚杆支护施工,2023/6/12,38,锚杆的结构类型,1钢筋或钢丝绳砂浆锚杆 钢筋砂浆锚杆 钢丝绳砂浆锚秆 钢筋或钢丝绳砂浆锚秆是全长锚固型锚杆。设计锚固为为3050KN。,2023/6/12,39,2全属倒楔式锚杆 此种锚杆由杆体、固定楔、活动倒楔、垫板和螺帽组成，如图5-6所示。这种锚杆属端头锚固型，安装后可立即承载，可回收。锚固力达40KN左右。常用于围岩比较破碎，需要立即承载的地下工程。,2023/6/12,40,3木锚杆 普通木锚杆 压缩木锚杆,2023/6/12,41,4.树脂锚杆 用树脂为粘结剂，在固化剂和加速剂的作用下，将锚杆的头部粘结在锚杆孔内。端头锚固型树脂锚杆是由树脂药包和杆体组成(图5-7)。使用115型树脂锚固剂，可在35min内凝胶达到很高的锚固强度，15min后即可套上垫板紧固螺帽。使用82型锚固剂，可在1560s内凝胶，5min后锚固力可达40KN以上，可满足5min上垫板拧紧螺帽的要求。,2023/6/12,42,2023/6/12,43,杆体直径1824mm，锚固力不应低于5吨，托板厚度不应小于810mm，面积不应小于150150mm,2023/6/12,44,2023/6/12,45,2023/6/12,46,树脂锚固剂适应性强，使用范围广，可锚固各种木材、金属、玻璃钢体及其他刚性物体。树脂锚固剂不仅应用于井巷支护、井筒安装、水电工程预应力锚杆加固，而且在建筑物加固，高速公路修补、隧道施工、基础生根、设备基础及构件锚固等领域有它广泛的应用之地。,2023/6/12,47,5快硬水泥锚杆,快硬水泥锚杆的杆体结构与树脂锚杆相同，是端头锚固型锚杆。目前常用的胶结材料有国产定型早强水泥和双快水泥按一定比例混合而成。使用前需浸水23min，在锚杆孔内经杆头搅拌，12min后锚固力开始增长，lh后锚固力可达60kN左右。适用于围岩自稳时间超过12min的各类永久性地下工程。配合先喷后锚，在软岩中亦可应用。,6快硬膨胀水泥锚杆 快硬膨胀水泥锚杆是用快硬膨胀水泥卷代替树脂药包，对锚杆杆体进行端头锚固的一种锚杆。,2023/6/12,48,锚杆杆体用14或16钢筋做成，头部的前端焊一3840的阻挡垫圈，另一端车有螺纹。,7管缝式锚杆 管缝式锚杆又称开缝式或摩擦式锚杆，它是采用高强度钢板卷压成带纵缝的管状杆体外径38.1，用凿岩机强行压入比杆径小23mm的锚孔，为安装方便，打入端略呈锥形。由于管壁弹性恢复力挤压孔壁而产生锚固力，属全长锚固型锚杆。对地层横向错动，有良好适应能力，钻孔变弯曲，锚固得更牢。这种锚杆的成本较高，不能回收复用，但锚固性能好，锚固力大。,2023/6/12,49,8可伸缩式锚杆 结构可伸缩式锚杆。这种锚杆是对杆件、内锚头、外锚头及托板等构件采用特殊结构实现可伸缩的目 的。,2023/6/12,50,2023/6/12,51,杆体可伸缩锚杆 用优质钢材，并对材料进行专门加工处理，可制成较大延伸率的锚杆杆体。,9.其它锚杆胀裂式速效预应力锚杆玻璃钢锚杆中空自钻式锚杆,2023/6/12,52,2023/6/12,53,玻璃钢锚杆,2023/6/12,54,中空自钻式锚杆,锚杆支护的作用原理,1悬吊作用 悬吊作用是利用锚杆将软弱的直接顶悬吊于上部坚固稳定的岩层上，或者是用锚杆将因巷道开挖而引起松动的岩块连结在松动区外的完整坚固岩体上，使松动岩块不致冒落。,55,2023/6/12,2组合梁作用 组合梁作用是将层状岩体各层用锚杆连接并紧固,锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，从而提高了岩层的整体抗弯能力。,2023/6/12,56,图 5-16 锚杆的组合作用,3锚杆的楔固作用 锚杆的楔固作用是在围岩中存在一组或几组不同产状的不连续面的情况下，由于锚杆穿过这些不连续面，防止或减少了围岩沿不连续面的移动，如图5-17所示。,2023/6/12,57,2023/6/12,58,4挤压加固拱作用 对于被纵横交错的弱面所切割的块状或破裂状围岩，如果及时用锚杆加固，就能提高岩体结构弱面的抗剪强度，在围岩周边一定厚度的范围内形成一个不仅能维持自身稳定、而且能阻止其上部围岩松动和变形的加固拱，从而保持巷道的稳定。,锚杆支护参数确定,按悬吊理论确定支护参数,2023/6/12,59,1）锚杆长度锚杆长度的计算公式为,式中：L1为锚杆外露长度，一般L1=0.10.15m。对于端头锚固型锚杆，L1=垫板厚度+螺母厚度+（0.030.05）m；对于全长锚固锚杆，还要加上穹形球体的厚度。L2为锚杆有效长度。L3为锚杆锚固段长度，一般端锚L3=0.30.4m，由拉拔实验确定；当围岩松软时还要加大。,对于全长锚固锚杆，锚杆的有效长度则为L2+L3。,当直接顶需要悬吊而它们的范围易于划定时，L2应大于或等于它们的厚度。当巷道围岩存在松动破碎带时，L2应大于巷道松动破碎区高度hi，hi可按下式确定：,2023/6/12,60,有效长度L2，有以下几种确定方法：,式中，RMR 为CSIR地质力学分级岩体总评分；B 为巷道跨度。,一般还可按L2=KH进行计算，H为软弱岩层厚度（或冒落拱厚度），m；K为考虑软弱岩层变化的安全系数，一般取1.52。,软弱岩层H的确定是根据地质资料，实测或经验估计，冒落拱高度是按下式估算，即,2023/6/12,61,2）锚杆杆体直径,式中，d为锚杆杆体直径，；Q为锚固力，由拉拔实验确定，KN；t为杆体材料抗拉强度，MPa。,3）锚杆间、排距 锚杆的间距，排距计算，通常间、排距相等，取为a，并根据锚杆的锚固力应等于或大于被悬吊岩石的重量的原则确定，即：,式中，为岩石体积力，KN/m3。,锚杆杆体直径根据杆体承载力与锚固力等强度原则确定，即,按挤压加固拱理论计算锚杆参数，它不要求锚杆伸入坚固岩层中。这样锚杆长度和间距之间必须满足某种关系，才能形成一定厚度的挤压加固拱，以支承地压，按照挤压加固拱理论，加固拱厚础与锚杆长度和间距之间的关系可按下式,62,2023/6/12,b加固拱厚度，m；L锚杆的有效长度，m；锚杆在松散体中的控制角，度；a锚杆的间距。,根据上式，如果按常用锚杆16001800和间、排距500700，则加固拱厚度将为10001200，相当于23层料石碹拱的厚度。,锚杆的布置,根据围岩的性质，锚杆可排列成方形、五花形等。方形适用于稳定的岩层，梅花形适用于稳定性较差的岩层，其布置如图520所示。锚杆的锚入方向，应与岩层面或主要裂隙面成较大的角度相交，尽可能与其正交；层面与裂隙面不明显时，锚杆应垂直于巷道周边锚入。,2023/6/12,63,锚杆支护施工,1钻眼、锚杆安装 为了获得良好的支护效果，一般在爆破后即安设顶部锚杆。目前可采用气腿凿岩机钻眼，手工安装锚杆。当围岩较稳定时，也可以在爆破后先喷混凝土，等装岩后再用锚杆眼打眼安装机进行文护工作，或者在装岩机后面用此机进行支护。,2023/6/12,64,2锚杆的检验 为保证锚杆支护质量，必须对锚杆施工加强技术管理和质量检查，主要检查锚杆孔直径、深度、间距及螺帽的拧紧程度，并对锚杆锚固力进行抽查检验，常用设备是ML-20型锚杆拉力计(图5-23),2023/6/12,65,二、喷射混凝土支护,支护的作用原理喷射混凝土厚度喷射混凝土施工喷射混凝土支护存在的问题,2023/6/12,66,支护的作用原理,1加固与防止风化 喷射混凝土以较高的速度射入张开的节理裂隙，产生如同石墙灰缝一样的粘结作用，从而提高了岩体粘结力和内摩擦角，也就是提高了围岩的强度。同时喷射混凝土层封闭了围岩，能够防上因水和风化作用造成围岩的破坏与剥落。,2023/6/12,67,喷射混凝土的补强作用,2023/6/12,68,2改善围岩应力状态 一方面将围岩表面的凹凸不平处填平，消除因岩面不平引起的应力集中现象，避免过大的集中应力所造成的围岩破坏；另一方面，使巷道周边围岩由双向受力状态变成三向受力状态，提高了围岩的强度。,3柔性支护作用 喷射混凝土具有一定的柔性，可以和围岩共同变形产生一定量的径向位移，使围岩的自支承能力得以充分发挥，喷层本身的受力状态得到改善，另一方面，混凝土喷层在与围岩共同变形中受到压缩，对围岩产生支护反力，抑制围岩产生过大的变形，防止围岩发生松动破碎。,2023/6/12,69,4组台拱作用 开巷后及时喷射一层混凝土，抵抗围岩的局部破坏，防止个别危岩活石的滑移或坠落，那么岩块间的联锁咬合作用就能得以保持，这样，不仅能保持围岩自身的稳定，并且与喷层构成共同承载的整体结构组合拱。,喷射混凝土厚度,由于地质条件十分复杂，计算喷厚的方法，只能供参考或作验算用。现场仍多是根据工程类比按经验数据选取喷厚。当岩体变形小，稳定性较好时，如果选用拱形断面，一般只需喷射混凝土，不必打锚杆，喷厚为50150。,2023/6/12,70,当岩体变形较大时，混凝土喷层将不能有效的进行支护。实验证明当喷层厚度超过150mm时，不但支护能力不能提高，而且支护成本明显提高，因此应选用锚喷联合支护。这时以锚杆为主的喷混凝土只对锚杆间表面岩石进行局部支护和防止围岩分化。,喷射混凝土施工,1施工机具 混凝土喷射机混凝土喷射机按喷射工艺可分为干式和湿式两大类。,2023/6/12,71,转子型喷射机为干式混凝土喷射机，由主机，传动机构、风路系统、电气系统，机架等组成。,转子型潮喷机保留了转子型与转予型的优点，并进行了改造。装入喷射机的是潮湿的混合料，在喷头处再加入适量水后喷向岩面。,2023/6/12,72,转子型喷射机,混凝土喷射机配套设备,型混凝土螺旋搅拌机 HPLG-5型转子型喷射机供料装置，它可与国内各种型号的转子式混凝土喷射机配套使用，作为配比、搅拌和向喷射机供料之用。简易的杠杆式机械手 国产的MK型机械手,2023/6/12,73,2023/6/12,74,2喷射混凝土材料 材料 1）水泥：一般选用硅按盐水泥或普通水泥，其标号不应低于325号。2）砂：以采用粒径为0.353.0mm的中、细砂为好。3）石子：一般选用坚硬的河卵石或碎石，其中碎石回弹力低，但易于堵管和磨损管道，而河卵石则相反。石子粒径应根据喷射机性能选取。在实际工作中，为了减少回弹，石子粒径不成大于15mm。石子的合理级配是影响混凝土质量、水泥用量和回弹率的重要因素之一，其合理级配可参考表519。,2023/6/12,75,表5-19 喷射混凝土用石子的合理级配,4）水，要求洁净、不合杂质。污水、pH4的酸性水和硫酸盐含量按SO4计超过水重1的水，都不许使用。5）速凝剂：为了使混凝土速凝，提高早期强度，一般掺入水泥重量的2.54的速凝剂。要求初凝时间小于5min，终凝时间小于10min。混凝土配合比 合适的配合比应使喷层有足够的抗压、抗拉和粘结强度，收缩变形值要小，回弹率要低。,2023/6/12,76,水泥、砂的重量配合比为：水泥：砂1：23，水灰比：0.450.55。,表5-20 混凝土重量配合比,3工艺参数,2023/6/12,77,1）喷射机的工作风压 工作风压指正常喷射作业时，喷射机工作室里的风压。据实验，干式喷射时喷嘴出口处的风压应控制在0.1MPa，湿喷时应控制在0.150.18MPa。对于罐式和转子式干式喷射机水平输料在200m内时，其工作风压可按下式估算：,工作风压（MPa）=0.1+0.001输料管长度（m）当喷射距离发生变化时，可参考下述数值：水平输料每增加100m，工作风压应提高0.080.1 MPa；垂直向上每增加10m，工作风压应提高0.020.03 MPa。,2023/6/12,78,2）水压 水压应比风压高0.1MPa左右，以保证喷头处的水环能充分湿润高速流过的拌合料。,3）水灰比 喷射泥凝土的最佳水灰比为0.40.45。,4）喷头与受喷面的距离及倾角 合适的距离应使回弹率低而混凝土强度高，一般控制在0.81.2m。喷头方向除了喷墙下部可下俯l015外，应尽量与受喷面正交。,7）混合料的存放时间 由于砂、石含有一定水分，与水泥混合后，存放时间也应该缩短。不掺速凝剂，存放时间不应超过2h；掺速凝剂，存放时间不应超过2min。,2023/6/12,79,5）一次喷射厚度 若一次喷射厚度过大，由于重力作用，会使混凝土颗粒之间的凝着力减弱，混凝土将发生坠落；若喷层厚度过小，石子无法嵌入灰浆层，使回弹增大。经验表明一次喷厚，墙50100，拱3060为宜。,6）分层喷射的间歇时间 一般喷射顺序为分段从下向上喷射，一次喷射厚度逐渐减小。需要进行复喷时，其间隔时间与水泥品种、工作温度、速凝剂掺量等因素有关。,4施工准备工作 喷射混凝土前，应按设计要求检查巷道规格，用压风、水冲洗岩面并清除险石，认真检查喷射机具和风、水、电、管线以及准备好照明和防尘设施等。,2023/6/12,80,5喷射作业 1）严格按操作规程正确使用混凝土喷射机，尤其要注意调整好风压、水压，以减少回弹量和粉尘浓度。另外，混合料应随拌随用，其存放时间，掺速凝剂时不应超过20min，不掺速凝剂时不应超过2h。,2）喷头操作，要先给水后送料，及时调整水灰比，喷射顺序应先墙后拱，自下而上呈螺旋状轨迹移动，旋转直径以200mm左右为宜。,2023/6/12,81,3）为了保证喷射质量、提高工效，应合理划分喷射区段。一般以6m长为一基本段，基本段再分为2m长的三小段。喷墙时，每喷完1.5m高使依次向相邻小段前进。图5-33为拱形巷道合理划分喷射区段的一个实例。对于凹凸严重的岩面，应先凹后凸、自下而上地正确选择喷射次序。,喷射混凝土支护存在的问题,回弹 在施工中应合理确定工艺参数，使回弹率控制在：边墙不超过15，拱部不超过25。,2023/6/12,82,围岩渗漏水的处理 岩帮仅有少量渗水、淌水，可用压风清扫，边吹边喷；遇有小裂隙水，可用快凝水泥注浆封堵，然后再喷；若有涌水或大面积漏水，必须将水导出，如图5-35所示。,粉尘 1）加强水泥与水的混合 2）加强通风 3）注意操作人员的个体防护 4）采用湿喷机,2023/6/12,83,首先找到水源点，在该处凿一个深约l0左右的喇叭口，冲洗干净后，用速凝水泥浆将导水管理入，再向管子周围喷混凝土，待混凝土达到一定强度后，再向导管内注入水泥浆，将孔封闭。,三、锚喷支护及锚喷网联合支护,锚杆和喷射混凝土虽各自有优点，但也有不足之处。锚喷联合支护，恰能使两着取长补短，互为补充，是一种性能更好的支护形式。,2023/6/12,84,喷射混凝土能有效的控制锚杆间的石块掉落，但其本身是脆弱的，当岩石变形大时，容易开裂剥落。解决办法之一就是在喷射混凝土中加入钢纤维，增加混凝土的抗弯能力和韧性。另外就是喷射混凝土之前敷设金属网，喷后成钢筋混凝土层，提高了混凝土的整体性，改善了喷层的抗拉性能，这就形成了锚喷网联合支护，能有效的支护松散破碎的软弱岩层。金属网用钢筋直径一般为612，钢筋间距一般为200400。,四、组合锚杆支护,锚网支护 锚网支护是将金属网用托板固定或绑扎在锚杆上所组成的支护形式。金属网用来维护锚杆间的围岩，防止小块松散岩石掉落，也可作为喷射混凝土的配筋。被拉紧的金属网还能起到联系各锚杆组成支护整体的作用。,2023/6/12,85,常见的金属网有金属菱形网、经纬网，一般采用直径34的铁丝编制而成，一般采用镀锌铁丝，由于金属网消耗钢材较大，目前正在使具有一定抗拉强度和延伸率的玻璃钢纤维或塑料网代替。,锚网支护梯形巷道,2023/6/12,86,锚网支护拱形巷道,2023/6/12,87,2023/6/12,88,锚网带支护 锚网带支护由锚杆、钢带及金属网组成。钢带是用扁钢或薄钢板制成，为了便于锚杆安装，在钢带上预先钻好孔，钻孔形状为椭圆形，钻孔直径应由相应锚杆直径确定。也可采用钢筋梯代替钢筋带。,2023/6/12,89,锚杆桁架支护 锚杆桁架主要有锚杆、拉杆、拉紧器及垫块结合而成的。水平拉杆的预紧作用，增大了沿巷道轴向的一组裂隙的摩擦系数，提高了围岩的整体性，有利于顶板围岩的成拱。锚杆桁架特别适宜围岩变形大的软岩巷道，对于锚杆或其它常规支护方法难于维护的复杂地质条件，软弱破碎顶板控制有重要作用。,2023/6/12,90,桁架锚杆,小孔径预应力锚索支护,为扩大锚杆支护的使用范围，充分发挥锚杆支护的经济、快速、安全可靠的优点，在大断面、地质构造破坏地段、顶板软弱且较厚、高地应力、综放巷道等困难、复杂的巷道中，为增加锚杆支护的可靠性，可使用小孔径预应力锚索进行加强支护。其主要组成主要包括索体、锚具、托板和树脂锚固剂。,2023/6/12,91,锚杆+喷射混凝土+金属网锚杆+钢带+金属网桁架锚杆+金属网锚杆+U型支架+喷射混凝土+金属网锚杆+钢筋梁+金属网锚索+锚杆+钢带+金属网锚杆+钢带+金属网+锚索+桁架锚杆+可缩支架+锚索锚杆+锚注+锚索锚杆+喷射混凝土+金属网+锚注锚杆+环形可缩支架锚杆+环形可缩支架+锚索锚杆+环形可缩支架+锚注锚杆+喷射混凝土+网+锚注+环形支架,2023/6/12,92,联合支护,第三节 普通支架,一、木支架二、金属支架三、钢筋混凝土(棚式)支架四、石材整体式支架,2023/6/12,93,一、木支架,2023/6/12,94,巷道中常用的木支架是梯形棚子，由顶梁、棚腿和背板、木楔等组成，其结构如图5-37所示。,顶梁承受顶板岩石给它的垂直压力构件。,棚腿承受顶梁传给它的轴向压力和侧帮岩石给它的挤压力。,背板将岩石压力均匀地传给主要构件梁与腿上，并能阻挡化石垮落。,木楔的作用是使棚子与围岩紧固在一起，为防止放炮崩倒棚子，木楔向工作面方向打紧。,撑柱的作用是加强棚子在巷道轴线方向上的稳定性。,2023/6/12,95,顶梁；2棚腿；3木楔；4背板；5撑柱；6楔子,顶梁与棚腿的联接，有“亲口接”和鸭嘴式结合两种，前者常用。(图538)。顶梁和棚腿应选用同样直径的坑木，以便加工和架设。根据巷道顶梁处的净宽度，支架坑木 直径和每米巷道架棚数可按表5-21选取。,2023/6/12,96,2023/6/12,97,表5-21 木材支架坑木直径与每米巷道架棚数,2023/6/12,98,优点：木棚重量轻，加工架设容易，有一定的强度；在构造上可作成具有一定刚性或较大可缩性的支架，能适应多变的地质条件，当地压突增时还能发出声响讯号，故在地下采矿工程中用得最早，过去也用得最多,缺点：由于木棚强度不高，不防火，易腐朽，不能阻水和防止围岩风化，使用日渐减少，每年消耗的坑水量十分巨大，因此，节约坑木并寻求坑木代用品，势在必行。,2023/6/12,99,二、金属支架,梯形金属支架梯形金属支架用1824kg/m钢轨、1620号号工字钢或矿用工宇钢制作，由两腿一梁构成(图5-39)，其常用的梁、腿连接方式亦如图示。,2023/6/12,100,这种支架通常用在回采巷道中，在断面较大、地压较严重的其它巷道里也可使用。,工字钢梯形支架,2023/6/12,101,拱形可缩性金属支架,拱形可缩性金属支架是用特殊型钢制作，它的结构如图5-40所示。,2023/6/12,102,每架棚子由三个基本构件所组成，一根曲率为R1的弧形顶梁和两根上端部带曲率为R2的柱腿。弧形顶梁的两端插入相搭接在柱腿的弯曲部上，组成一个三心拱。,2023/6/12,103,拱形可缩性金属支架适用于地压大，地压不稳定和围岩变形量大的巷道，支护断面一般不大于12m2。支架棚距一般为0.71.1m，棚子之间应用金属拉杆通过螺栓、夹板等互相紧紧拉住，或打入撑柱撑紧，以加强支架沿巷道轴线方向的稳定性。,U 型钢拱形可缩性支架,2023/6/12,104,三、钢筋混凝土(棚式)支架,钢筋混凝土支架和木支架、梯形金属支架一样，构件为直线形，故构件主要承受弯而混凝土抗压强度高，抗拉强变甚低(一般相当于抗压强度的1/81/12)，故需在构件中配置钢筋以承受因弯曲而产生的拉应力，而混凝土则主要承受构件中的压应力，二者结合，各用其长，使构件承载能力提高。,2023/6/12,105,它适应于地压稳定、服务年限长及断面不小于12m2。不适宜用于有动压的巷道。由于它构件重，架设困难，随着锚喷文护的发展，钢筋混凝土棚子使用已日渐减少。,四、石材整体式支架,2023/6/12,106,1石材整体式支架的结构石材整体式支架(简称石材支架、俗名砌碹)是指用料石、混凝土或钢筋混凝土砌筑成的连续整体式支架。其主要形式是直墙拱顶式，由拱、墙和基础三部分组成，如图5-42所示。,2023/6/12,107,拱的作用是承受顶压，并向墙和两帮传递。,墙的作用是支承拱和抗侧压，在拱基处，拱传给墙的力可分为坚压力V和横推力H，要求壁后充填密实，以防在压力作用下拱与墙计裂。,基础的作用是将墙传来的荷载和自重均匀传给底板。底板岩石坚硬时，墙与基础可以同宽，岩石松软时，基础必须加宽，在有底鼓时，还要砌筑底拱。,2023/6/12,108,使用料石砌筑拱、墙时，一般采用拱、墙等厚，即拱厚d。=墙厚T，可按表5-22选取拱墙厚度。使用混凝土砌拱、料石砌墙时，一般拱、墙不等厚，可按表5-23选取拱墙厚。,拱、墙均使用混疑土砌筑时，可参照表5-23混凝土拱厚数据选用。,石材支架具有坚固耐久、防火阻水、通风阻力小、材料来源广等优点。,缺点是施工复杂，工期长，成本较高。故多用于服务期长的主要巷道。,2石材支架的施工石材支架的巷道多是在掘进后先架设临时支架，以防止掘进与砌碹之间这段距离(2040m)中的顶、帮岩石垮落。,2023/6/12,109,临时支架有两种：一种是采用带腿的金属拱形支架，由架顶、架肩、架腿或架顶、架腿组成，前者(图5-43)适用于宽度较大的断面后者用于宽度小于4m的巷道。,2023/6/12,110,在围岩稳定、侧压小的情况下，可采用无腿拱形金属临时支架，如图5-44所示。,石材支架的施工过程简述如下：,1）拆除临时支架的架腿,2023/6/12,111,2）掘砌基础 基础挖出后，将沟内积水排净，挂好中、腰线，在硬底上铺50mm厚砂浆，然后在上面砌筑料石。,3）砌墙 在砌墙的同时，应用矸石或混凝土将壁后充填密实。砌筑混凝土墙时，必须根据中、腰线组立模板(图5-46)，然后分层浇灌与捣固。,4）砌拱 其工作内容包括拆除临时支架的架肩和架顶、搭工作台、立碹胎、砌拱。目前多采用金属碹胎和金属模板。后者(图5-47)适用于用料石、混凝上块砌碹