巷道支護(hù)材料

1、三、鋼材鋼材作支護(hù)材料有許多優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度大，可支撐較大的地壓，使用期長， 可多次復(fù)用，安裝容易，耐火性強(qiáng)，必要時也可制成可縮性結(jié)構(gòu)，初期投 資雖然大些，但可回收，總成本有時還是經(jīng)濟(jì)的。（一）鋼材的基本概念1、常用鋼材分類按品質(zhì)分，鋼材分為普通鈉、優(yōu)質(zhì)鋼（硫、磷含量均低于 0.04 % ）、 高級優(yōu)質(zhì)鋼。普通碳素鋼（如常用的3號鋼、5號鋼）根據(jù)其含碳量高低分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼；當(dāng)其硫、磷等殘留成分在限定量以下時， 稱為優(yōu)質(zhì)碳素鋼。根據(jù)化學(xué)成分，可將鋼材分為碳素鋼和合金鋼。合金鋼根據(jù)含合金元 素總量多少，分為低、中、高合金鋼。根據(jù)用途，常用建筑鋼材主要使用型鋼和鋼筋（建筑鋼）兩類，之外 還有工

2、具鋼。各種型鋼和鋼筋的性能主要取決于所用鋼種及其加工方式。 各種型鋼和鋼筋、鋼絲、錨具，以及礦山工程中常用的鋼絞線、錨桿螺紋 鋼等材料，基本上都是碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼等鋼種，經(jīng)熱軋或冷軋、 冷拔及熱處理等工藝加工而成。1 . 3 . 3 .2常用建筑鋼材的主要化學(xué)成分建筑上常用的鋼材是碳素 鋼，碳素鋼的主要化學(xué)成分是以鐵為基體，除含碳外，還含有少量的硅、 鎰、硫、磷等。硅和鎰是煉鋼時作為脫氧劑加入后殘存的；硫和磷是煉鐵 時從礦石或燃料進(jìn)人鐵水，而后未能完全除掉所殘留的。它們都屬于鋼中 的伴隨元素。3 .3 .3常用建筑鋼材的力學(xué)性能與特點(diǎn)建筑鋼材作為主要的受力結(jié) 構(gòu)材料，其主要力學(xué)性能有抗

3、拉性能、沖擊韌性（抗沖擊性能）、耐疲勞性 能及硬度。抗拉性能是建筑鋼材最主要的技術(shù)性能。通過拉伸試驗(yàn)可以測 得屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度和伸長率，這些是鋼材的重要技術(shù)性能指標(biāo)。沖擊韌 性是指鋼材抵抗沖擊荷載作用的能力。鋼材沖擊韌性能較全面地反映出材 料的品質(zhì)。鋼材的沖擊韌性對鋼的化學(xué)成分、組織狀態(tài)、冶煉和軋制質(zhì)量， 以及溫度和時效等都較敏感。鋼材在交變荷載反復(fù)作用下，在遠(yuǎn)小于抗拉 強(qiáng)度時發(fā)生突然破壞，叫疲勞破壞?？捎闷跇O限或疲勞強(qiáng)度表示鋼材的 耐疲勞性能，它是指鋼材在交變荷載下，于規(guī)定的周期基數(shù)內(nèi)不發(fā)生斷裂 所能承受的最大應(yīng)力。硬度是指鋼材表面局部體積內(nèi)，抵抗外物壓人產(chǎn)生 塑性變形的能力，是衡量鋼材軟

4、硬程度的一個指標(biāo)。36（二）礦用鋼材種類、特點(diǎn)和要求煤礦常用的金屬支架材料有工字鋼、角鋼、梢鋼、輕便鋼軌、礦用工 字鋼以及礦用特殊型鋼等。1、礦用工字鋼熱軋礦用工字鋼也稱鋼梁，是截面為工字形的長條鋼材，是為礦山使用專門設(shè)計的寬冀緣、小高度、厚腹板的工字鋼（圖 6-3、表6-5）。它的幾 何特性既適于作梁，也適于作腿。具截面尺寸以高（h） X腰厚（d）的毫米 數(shù)字來表示，如高為110mm ,腿寬為90mm，腰厚為9mm的工字鋼標(biāo)記 為“1110X90X9”。工字鋼的另一種標(biāo)記方法是用型號來表示，即用高的厘 米數(shù)表示，如工11 #。11 #工字鋼是煤礦煤巷支護(hù)最常用的工字鋼型號。表6-5礦用工字鋼

5、的截面面積、理論質(zhì)量及斷面參數(shù)型 號尺寸/MM截回 面積 /CM2理論X/KG - M-1斷面參數(shù)hbdtrr1r2Ix/cm4Wx/cm3Ix/cmSx/cm2Iy /cm4Wy /cm3Iy /cm99076810.91241.522.517.728162.53.5337.862.516.51.671111090914.11251.533.226.1623.7113.44.3468.5127.728.41.9612120951115.31551.539.731.2867.1144.54.6787.9178.237.52.122、礦用特殊型鋼礦用特殊型鋼主要是指截面為 U形的U形鋼（圖6-4

6、）。礦山常用的包 括U18、U25、U29、U32和U36五種，其中的數(shù)字是指每米的重量。礦 山主要是利用礦用特殊 U形鋼制作具有可縮性的拱性支架，用于困難條件 下的巷道支護(hù)。由于 U形鋼兩個方向的抗彎截面模量 Wx、Wy接近相等, 說明這種型鋼的豎向抗彎能力與橫向抗彎能力不相上下，橫向穩(wěn)定性較之 其他型鋼好。常用U形鋼的型號和斷面參數(shù)如表 6-6所示。表6-6礦用特殊型鋼斷面參數(shù)型 號高度/MM寬度/MM截回面積/CM2理論X/KG - M-1慣性矩/CM4截面積/CM4截面模量與 理論質(zhì)量之比WX/G上寬下寬IxIyWxWy181001225723.3418.31279.9317.454.

7、852.03.352511013450.831.5424.76451.7508.781.6875.923.2929124150.5533729.0616.0775.094.0103.03.2礦用工字鋼與礦用特殊型鋼的高度較普通型鋼小，這樣可以減少巷道開挖量。3、梢鋼梢鋼是截面為凹梢形的長條鋼材（圖 6-5）。其規(guī)格以高度（h） X腿寬（b） x腰厚（d）的毫米數(shù)字來表示，如 120mm >3mm X5mm ,表示高為120mm ,腿寬為53mm ,腰厚為5mm的梢鋼，或稱12#梢鋼。煤礦常用熱軋輕型梢鋼斷面尺寸和參數(shù)如表6-7所示表6-7熱軋輕型梢鋼的斷面尺寸和參數(shù)型 號尺寸/MM截回

8、面積 /CM2理論質(zhì)里/KG - M-1斷面參數(shù)Z0/cmhbderr1Ix/cm4Wx/cm 3Ix/cmSx/cm 2Iy /cm4Wy /cm3Iy/cm1010 0464.57.67.03.010.908.5917438.43.9920.420.46.461.371.441212 0524.87.87.53.013.3010.430450.64.7829.631.28.521.531.5414140584.98.18.03.015.6012.349170.25.6040.845.411.01.701.6714 a140624.98.78.03.017.0013.354577.85.66

9、45.157.513.31.841.871616 0645.08.48.53.518.1014.274793.46.4254.163.313.81.871.8016 a16 0685.09.08.53.519.5015.38231036.4959.478.816.42.012.00梢鋼大多用于與錨索組合支護(hù)，這種組合構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度比較大， 支護(hù)能力強(qiáng)。圖6-6所示是用于錨索組合的梢鋼梁，常用的有 12號、14 號、16號梢鋼。輕便鋼軌是專為井下1t至3t礦車運(yùn)輸提供的，并在巷道支護(hù)中可用于 制作輕型支架，但其承載性能差。止匕外，鋼筋也是支護(hù)中常用的金屬材料。普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，多 采用3號

10、鋼（低碳鋼）鋼筋。20鎰硅和25鎰硅普通低合鋼鋼筋主要用 于受力鋼筋，一般不作構(gòu)造鋼筋用。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，具混凝土標(biāo)號 不宜低于20MPa （ 200號）表6-11螺紋鋼錨桿桿體的幾何參數(shù)項(xiàng)目系列桿體直徑/mm1618202225桿體長度/m1.61.82.02.22.42.62.83.0鉆孔直徑/mm26283033查找三徑匹配資料三、錨桿桁架支護(hù)錨桿桁架是在巷道肩窩處頂板上，沿 45 -60擴(kuò)方向安裝鋼絲繩、鋼 筋或鋼絞線錨桿，并用拉緊裝置將錨桿的外露部分連接起來，再背上木楔 組成的。形成的錨桿桁架結(jié)構(gòu)除有錨桿的支護(hù)作用外，還有支撐頂板的作 用，可用于處理頂板錨桿或其他常規(guī)方法無效的惡

11、劣頂板條件；但巷道兩 幫需用錨桿進(jìn)行加固，其長度應(yīng)大于頂板錨桿的水平投影。一般情下錨桿 桁架有錨桿、拉桿、拉緊螺栓、木楔等組成。一般在頂板錨桿懸吊作用失效，或頂板錨桿之間有巖石竄落處使用錨 桿桁架。光彈性試驗(yàn)證明，錨桿桁架的上推力產(chǎn)生在鉆孔口和木楔處，因 而在頂板跨度中部的拉應(yīng)力減??；隨著錨桿桁架拉力的增加，巷道頂板拉 應(yīng)力持續(xù)減小，直到跨度中部完全呈受受壓狀態(tài)為止。由于巖石的抗拉能 力很弱，而抗壓能力很強(qiáng)，所以拉應(yīng)力區(qū)的巖石垮落危險最大，而錨桿桁 架支護(hù)結(jié)構(gòu)可在未支撐頂板處的巷道中部建立壓應(yīng)力區(qū)，代替拉應(yīng)力區(qū)， 能減緩或避免巷道頂板的冒落，因此，錨桿桁架支護(hù)系統(tǒng)具有較好的支護(hù) 性能。錨桿桁架

12、的支護(hù)原理如圖6-36。2.2巷道斷面尺寸的確定 煤礦安全規(guī)程第二十一條規(guī)定，巷 道凈斷面必須滿足行人、運(yùn)輸、通風(fēng)和安全設(shè)施及設(shè)備安裝、檢修、施工 的需要。因此，巷道斷面尺寸主要取決于巷道的用途，存放或通過它的機(jī) 械、器材或運(yùn)輸設(shè)備的數(shù)量與規(guī)格，人行道寬度與各種安全間隙以及通過 巷道的風(fēng)量等。設(shè)計巷道斷面尺寸時，根據(jù)上述諸因素和有關(guān)規(guī)程、規(guī)范 的規(guī)定，首先定出巷道的凈斷面尺寸，并進(jìn)行風(fēng)速驗(yàn)算；其次，根據(jù)支護(hù) 參數(shù)、道床參數(shù)，計算出巷道的設(shè)計掘進(jìn)斷面尺寸，并按允許加大值（超 挖值），計算出巷道的計算掘進(jìn)斷面尺寸；最后，按比例繪制包括墻腳、水 溝在內(nèi)的巷道斷面圖，編制巷道特征表和每米巷道工程量及材

13、料消耗量表。2,2.1巷道凈寬度的確定巷道的凈寬度，是指巷道兩側(cè)內(nèi)壁或錨桿露出長 度終端之間的水平距離。對于梯形巷道，當(dāng)其內(nèi)通行礦車、電機(jī)車時，凈 寬度是指車輛頂面水平的巷道寬度、當(dāng)巷道內(nèi)不通行運(yùn)輸設(shè)備時，凈寬度 是指自底板起1 . 6m水平的巷道寬度。運(yùn)輸巷道凈寬度，由運(yùn)輸設(shè)備本身 外輪廓最大寬度和 煤礦安全規(guī)程所規(guī)定的人行道寬度及有關(guān)安全 間隙相加而得。巷道安全間隙不應(yīng)小于表 2 . 1中的規(guī)定。表3-1巷道安全間隙表單位：mm項(xiàng)日規(guī)定數(shù)值人行側(cè)從道渣面起1.6m高度范圍內(nèi)設(shè)備與拱、壁間綜采礦井1000其他礦井800非人行側(cè)設(shè)備與拱、壁間綜采礦井500其他礦井300移動變電站或平板車上綜采設(shè)備最突出部分與拱、壁間與拱、壁間300與輸送機(jī)間700人車停車地點(diǎn)人行