【采礦課件】05巷道支護(hù)VIP

第一節(jié)支護(hù)材料第二節(jié)錨噴支護(hù)第三節(jié)普通支架

2025/6/211

一、水泥

第一節(jié)支護(hù)材料二、混凝土

三、木材

四、金屬材料2025/6/212一、水泥㈠硅酸鹽水泥㈡普通硅酸鹽水泥㈢摻混合材料的硅酸鹽水泥2025/6/2131．硅酸鹽水泥的礦物組成2．水泥凝結(jié)與硬化過(guò)程3．水泥的強(qiáng)度4．硅酸鹽水泥的應(yīng)用㈠硅酸鹽水泥2025/6/2141．硅酸鹽水泥的礦物組成

硅酸鹽水泥:凡是以適當(dāng)成分的生料(石灰石、粘土、鐵礦物)燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料，加入適當(dāng)?shù)氖啵ゼ?xì)制成的水硬性膠凝材料，稱(chēng)為硅酸鹽水泥。

水泥“生料”是指未經(jīng)燃燒的水泥原料，經(jīng)過(guò)磨細(xì)而成料粉，加工成生料漿或生料球。生料的化學(xué)成分為：CaO64％～67％SiO221％～24％A12034％～7％Fe2032％～4％

水泥“熟料”是利用生料經(jīng)過(guò)窯中燃燒(1350～1450℃)，冷卻而成的塊狀材料。其礦物成分見(jiàn)表5-l。還有少量的游離氧化鈣、氧化鎂及三氧化硫等有害成分。熟料用球磨機(jī)磨成一定細(xì)度的粉末，在磨細(xì)過(guò)程中加入適量的石膏及其他混合材料，這些礦物細(xì)粉的混合，就是水泥。2025/6/2152025/6/2162．水泥凝結(jié)與硬化過(guò)程水泥與適量的水混合后制成水泥漿，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，便會(huì)發(fā)生物理化學(xué)變化而逐漸變稠，失去可塑性，稱(chēng)為初凝，開(kāi)始具有強(qiáng)度時(shí)稱(chēng)為終凝。之后其強(qiáng)度逐漸增加，稱(chēng)為硬化。

初凝和終凝過(guò)程稱(chēng)為凝結(jié)過(guò)程，強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程稱(chēng)為硬化過(guò)程。初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。初凝時(shí)間為水泥加水拌和起至水泥漿開(kāi)始失去可塑性所需的時(shí)間；終凝時(shí)間為水泥加水拌和起至水泥漿完全失去可塑性并開(kāi)始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間。

水泥的凝結(jié)時(shí)間對(duì)使用具有重要意義。水泥的初凝不宜過(guò)早；水泥的終凝不宜過(guò)遲。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：硅酸鹽水泥的初凝時(shí)間不得早于45min，終凝時(shí)間不得遲于12h。2025/6/2173．水泥的強(qiáng)度

水泥的強(qiáng)度是水泥性能的重要指標(biāo)，也是評(píng)定水泥標(biāo)號(hào)的依據(jù)。我國(guó)于1979年7月1日開(kāi)始實(shí)行的水泥新的準(zhǔn)規(guī)定，測(cè)定軟練膠砂法(軟練法)。此法是將水泥和標(biāo)準(zhǔn)砂按1：2.5比例，加入規(guī)定數(shù)量的水（按水泥重量的44%），用攪拌機(jī)拌合，振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)成型制成試塊，試塊尺寸為4㎝×4㎝×16㎝。在標(biāo)準(zhǔn)條件下(溫度為20±2℃，相對(duì)濕度90％以上)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。分別測(cè)得3d、7d和28d的抗折與抗壓強(qiáng)度。以28d的抗壓強(qiáng)度作為水泥標(biāo)號(hào)，分為425、525、625、725四種標(biāo)號(hào)，但3d、7d和28d的強(qiáng)度值不得低于表5-2的規(guī)定。2025/6/218表5-2硅酸鹽水泥各齡期強(qiáng)度（GB175-85）2025/6/2194．硅酸鹽水泥的應(yīng)用

在常用的水泥品種中，硅酸鹽水泥的標(biāo)號(hào)較高，常用于重要結(jié)構(gòu)中的高強(qiáng)度混凝土、鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土工程。硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化較快，適用于早期強(qiáng)度高、凝結(jié)快的工程，地下工程的噴漿及噴射混凝土支護(hù)等宜于采用。硅酸鹽水泥在水化過(guò)程中放出大量的熱，因此，適于冬季施工，同樣原因不宜用于大體積混凝土工程。硅酸鹽水泥抗軟水侵蝕和抗化學(xué)侵蝕性差，所以不宜用于受流動(dòng)的軟水侵蝕和有水壓作用的工程，也不適用于受海水和礦物水作用的工程。2025/6/2110㈡普通硅酸鹽水泥

凡由硅酸鹽水泥熟料、少量混合材料，適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，都稱(chēng)為普通硅酸鹽水泥，簡(jiǎn)稱(chēng)普通水泥。摻活性混合材料時(shí)，摻量不得超過(guò)15％；摻非活性混合材料時(shí)，摻量不得超過(guò)10％，同時(shí)摻活性和非活性混合材料時(shí)，總量不得超過(guò)15％，其中非活性混合材料不得超過(guò)10％，窯灰不得超過(guò)5%。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，普通硅酸鹽水泥分為275、325．425、525、625和725六種標(biāo)號(hào)。普通硅酸鹽水泥與硅酸鹽水泥的區(qū)別，僅在于其中含有少量混合材料,故其基本性能與硅酸鹽水泥相同。與同標(biāo)號(hào)硅酸鹽水泥相比，普通硅酸鹽水泥早期硬化速度稍慢，抗凍、耐磨性等性能也較硅酸鹽水泥稍差。普通硅酸鹽水泥凝結(jié)時(shí)間要求與硅酸鹽水泥相同。它的使用范圍與硅酸鹽水泥也基本相同，但它的標(biāo)號(hào)范圍較寬，便于合理選用。2025/6/2111㈢混合材料及摻混合材料的硅酸鹽水泥1．混合材料在水泥磨細(xì)時(shí)，所摻入的天然或人工的礦物材料，稱(chēng)為混合材料?；旌喜牧习雌湫阅芸煞譃榛钚曰旌喜牧虾头腔钚曰旌喜牧稀；钚曰旌喜牧铣Ｓ玫挠辛；郀t礦渣、火山灰質(zhì)混合材料。

火山灰質(zhì)混合材料包括火山灰、硅藻土、沸石、凝灰?guī)r、燒粘土、煅曉的煤矸石，煤渣與粉煤灰等。非活性混合材料例如石英砂、粘土、石灰石、慢冷礦渣等。

窯灰是從水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣中收集來(lái)的粉塵。作為混合材料，其性能介于非活性混合材料與活性混合材料之間。2025/6/21122．摻混合材料的硅酸鹽水泥

礦渣硅酸鹽水泥火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥有275、325、425、525和625五個(gè)標(biāo)號(hào)。

目前生產(chǎn)較多的為325和425。三種水泥的標(biāo)號(hào)及各齡期的強(qiáng)度值不得低于表5-3的規(guī)定。2025/6/2113

三種水泥共同特性是：凝結(jié)硬化速度較慢，早期強(qiáng)度較低，但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，甚至超過(guò)同標(biāo)號(hào)的硅酸鹽水泥；水化放熱速度慢，放熱量也低；對(duì)溫度的敏感性較高，溫度較低時(shí)，硬化很慢，溫度較高時(shí)（60～70°C以上）硬化速度大大加快，往往超過(guò)硅酸鹽水泥的硬化速度；抵抗軟水及硫酸鹽介質(zhì)的侵蝕能力較硅酸鹽水泥高。這三種水泥的抗凍性差。礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥的干縮性大，而粉煤灰硅酸鹽水泥的干縮性小?；鹕交屹|(zhì)硅酸鹽水泥的抗?jié)B性較高，礦渣硅酸鹽水泥的耐熱性較好。除能用于地面外，還特別適田于地下和水中的一般混凝土和大體積混凝土結(jié)構(gòu)以及蒸汽養(yǎng)護(hù)的混疑土構(gòu)件。2025/6/2114常用水泥選用表如表5-4。2025/6/2115二、混凝土㈠混凝土的組成材料㈡混凝土的主要技術(shù)性質(zhì)㈢混凝土外加劑㈣混凝土配合比設(shè)汁

2025/6/2116㈠混凝土的組成材料

1．水泥混疑土強(qiáng)度的產(chǎn)生，主要是由于水泥硬化的結(jié)果。

2．細(xì)骨料在混凝上中，凡粒徑在0.15～5㎜之間的骨料稱(chēng)為細(xì)骨料。一般多以天然砂為細(xì)骨料。其中以石英砂為最佳。砂中含泥量，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)≥C30時(shí)，應(yīng)不超過(guò)砂重的3％．當(dāng)混疑上強(qiáng)度等級(jí)＜C30時(shí)，應(yīng)不超過(guò)過(guò)砂重的5％；有抗凍、抗?jié)B要求或其他特殊要求的混疑土，則均不應(yīng)超過(guò)3%。云母含量不宜超過(guò)砂重的2％。輕物質(zhì)(比重小于2.0，如煤和渴煤等)含量不宜超過(guò)砂重1%。硫化物和硫酸鹽含量以SO3計(jì)不宜超過(guò)砂重1%。有機(jī)質(zhì)含量用比色法試驗(yàn)，顏色不宜深于標(biāo)準(zhǔn)色。2025/6/2117

砂子中各級(jí)尺寸顆粒搭配關(guān)系，稱(chēng)為砂的顆粒級(jí)配。

砂的粗細(xì)程度和顆粒級(jí)配用篩分法測(cè)定

5㎜2.5㎜1.2㎜0.6㎜0.3㎜0.15㎜稱(chēng)量每個(gè)篩上的篩余量(稱(chēng)分計(jì)篩余），分計(jì)篩余占總重量的百分率稱(chēng)分計(jì)篩余百分率。各篩之分計(jì)篩余百分率和所有孔徑大于該篩的分計(jì)篩余百分率相加，稱(chēng)為各該篩的累計(jì)篩余百分率。2025/6/2118

相據(jù)0.6㎜篩孔的累計(jì)篩余量分成三個(gè)級(jí)配區(qū)(表5-5)，混凝土用砂的顆粒級(jí)配，應(yīng)處于表5-5中的任何一個(gè)級(jí)配區(qū)以?xún)?nèi)。除5㎜和0.6㎜篩號(hào)外，其它篩號(hào)允許稍有超出分區(qū)界線，但其總量不應(yīng)大于5%。砂的顆粒粗細(xì)是以細(xì)度模數(shù)Mx來(lái)表示，按下式計(jì)算Mx：式中：A1～A6分別為5～0.15㎜各號(hào)篩上的累計(jì)篩余百分率。細(xì)度模數(shù)愈大，表示砂子愈粗。細(xì)度模數(shù)在3.7～3.1者為粗砂；3.0～2.3者為中砂；2.2～1.6者為細(xì)砂；1.5～0.7者為特細(xì)砂。2025/6/2119

3．粗骨料

在混凝土中，凡粒徑大于5㎜的骨料稱(chēng)粗骨料，常用的有卵石(礫石)與碎石兩種。粗骨料的顆粒形狀還有屬于針狀顆粒和片狀顆粒的，不應(yīng)超過(guò)規(guī)定含量。石子級(jí)配石子級(jí)配也通過(guò)篩分法來(lái)確定。普通混凝土用碎石或卵石的顆粒級(jí)配有連續(xù)級(jí)配和間斷級(jí)配之分。應(yīng)符合表5-6的規(guī)定。

粗骨料中公稱(chēng)粒徑的上限稱(chēng)為該粒級(jí)的最大粒徑。

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4．水凡是能飲用的自來(lái)水和清潔的天然水，都能用來(lái)拌制和養(yǎng)護(hù)混凝土。污水、pH值小于4的酸性水、含硫酸鹽(按計(jì))超過(guò)水重1％的水和含油脂、糖類(lèi)的水均不許使用。2025/6/2121(二)混凝土的主要技術(shù)性質(zhì)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證質(zhì)地均勻、各組成成分不離析的條件下，適合于拌和、運(yùn)輸、澆灌和搗實(shí)的綜合性質(zhì)。它包括有流動(dòng)性；粘聚性；保水性等三方面的含義。測(cè)定和易性普遍使用坍落度試驗(yàn)，如圖5-2所示。混凝土混合物坍落度的選擇見(jiàn)表5-7。圖5-2坍落度測(cè)定示意圖

表5-7坍落度選擇參考表

2025/6/21222．混凝土強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度包括抗壓、抗折、抗剪、抗彎等，其中以抗壓強(qiáng)度為最大，在工程中為主要的承壓構(gòu)件。按其強(qiáng)度不同分為C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C40、C45、C50、C55、C60等強(qiáng)度等級(jí)。影響混凝土強(qiáng)度的因素很多，其中水泥標(biāo)號(hào)與水灰比是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素。R28為混凝土養(yǎng)護(hù)28d抗壓強(qiáng)度，MPa；為灰水比；RC為水泥的實(shí)際強(qiáng)度，MPa；A、B為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

2025/6/2123(三)混凝土外加劑

在混疑土拌和時(shí)或拌和前摻入的、其摻量一般不大于水泥重量5％，并能顯著改善混凝土性能的材料稱(chēng)為混凝土外加劑。減水劑能保持混凝土混合物的和易性不變而顯著減少其拌和水量的外加劑稱(chēng)為減水劑。減水劑有多種，如M型(木質(zhì)磺酸鈣)、MF型等。速凝劑速凝劑的作用是使混凝土快凝并迅速達(dá)到較高強(qiáng)度，噴射混凝土一般都需摻速凝劑。紅星I型和71l型速凝劑的性能如下：加速水泥硬化，初凝l～5min，終凝l0min以?xún)?nèi)；提高混凝土早期強(qiáng)度，但摻入這兩種速凝劑的混凝土后期強(qiáng)度降低。早強(qiáng)劑為提高混凝土早期強(qiáng)度而用的外加劑為早強(qiáng)劑。常用的早強(qiáng)劑有氯化鈣和氯化鈉。

2025/6/2124㈣混凝土配合比設(shè)汁

1．絕對(duì)體積法的基本原理絕對(duì)體積法是以組成混凝土拌合物的水泥、砂子，石子及水等材料，經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢韬螅ハ嗵畛涠_(dá)到絕對(duì)密實(shí)為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)的，即混凝土體積等于各組成材料絕對(duì)體積的總和。Rh=Rb+б0

（5-3）

Rb—設(shè)計(jì)的強(qiáng)度等級(jí)б0—富裕量

2．設(shè)計(jì)步驟1）確定配制混凝土強(qiáng)度Rh

2025/6/21252）確定水灰比W/C用Rh代替公式5-2中的R28得：（5-4）（5-5）（5-6）

式中，—水泥的標(biāo)號(hào)數(shù)值；

Kc—水泥標(biāo)號(hào)富余系數(shù)，一般為0.113；

Rc—水泥的實(shí)際強(qiáng)度，MPa。3）確定用水量W，可根據(jù)本地區(qū)或本單位的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，也可參照表5-10數(shù)值。2025/6/21264）計(jì)算水泥用量由選定的用水量W與用式（5-5）求得的W/C可求出水泥用量。（5-7）

5）選用合理砂率Sp砂率是指砂重占砂、石總重的百分率。2025/6/21276）計(jì)算粗、細(xì)骨料的用量G及S

（5-8）

式中，C、W、G、S—分別為每m3混凝土所用水泥，水、粗骨料、細(xì)骨料的重量；γc、γg、γs—分別為水泥、粗骨料、細(xì)骨料的比重；Sp—選用的砂率。7）確定混凝土初步配合比（5-9）即得：水泥：砂：石=1：x：y；水灰比為：W/C

8）試驗(yàn)調(diào)整2025/6/2128三、木材

常用的坑木有松木、杉木、樺木、榆木和柞木等。其中以松用得最多。木材各項(xiàng)強(qiáng)度關(guān)系如表5-12所示。

⑴木材的疵病對(duì)它的抗拉強(qiáng)度影響很大，常使其承載能力顯著降低；而疵病對(duì)木材抗壓強(qiáng)度影響較小。⑵木材含水率對(duì)強(qiáng)度的影響程變也是不同的，對(duì)順紋抗壓和抗彎強(qiáng)度影響較大，對(duì)順紋抗剪強(qiáng)度影響較小，而對(duì)抗拉強(qiáng)度幾乎沒(méi)有什么影響。⑶木材在外力的長(zhǎng)期作用下，其持久強(qiáng)度為短時(shí)極限強(qiáng)度的50～60%。⑷木材受熱后強(qiáng)度降低；如溫度超過(guò)140℃，木材開(kāi)始分解炭化，力學(xué)性質(zhì)顯著惡化，溫度較高，木材易開(kāi)裂。2025/6/2129

為了提高坑木的服務(wù)年限,還要對(duì)坑木進(jìn)行防腐處理.2025/6/2130四、金屬材料

金屬材料作支架有許多優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度大，可支撐較大的地壓，使用期長(zhǎng)，可多次復(fù)用，安裝容易，耐火性強(qiáng)，必要時(shí)也可制成可縮性結(jié)構(gòu)。初期投資雖然大些，但可回收，總成本還是經(jīng)濟(jì)的。常用的金屬支架材料有：工字鋼、角鋼、槽鋼，輕便鋼軌、礦用工字鋼以及礦用特殊型鋼等。

槽鋼2025/6/2131工字鋼角鋼U型鋼輕軌2025/6/2132第二節(jié)錨噴支護(hù)一、錨桿支護(hù)二、噴射混凝土支護(hù)錨噴三、支護(hù)及錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)四、組合錨桿支護(hù)2025/6/2133一、錨桿支護(hù)㈠錨桿的結(jié)構(gòu)類(lèi)型㈡錨桿支護(hù)的作用原理㈢錨桿支護(hù)參數(shù)確定㈣錨桿的布置㈤錨桿支護(hù)施工2025/6/2134㈠錨桿的結(jié)構(gòu)類(lèi)型1．鋼筋或鋼絲繩砂漿錨桿⑴鋼筋砂漿錨桿⑵鋼絲繩砂漿錨稈鋼筋或鋼絲繩砂漿錨稈是全長(zhǎng)錨固型錨桿。設(shè)計(jì)錨固為為30～50KN。2025/6/21352．全屬倒楔式錨桿此種錨桿由桿體、固定楔、活動(dòng)倒楔、墊板和螺帽組成，如圖5-6所示。這種錨桿屬端頭錨固型，安裝后可立即承載，可回收。錨固力達(dá)40KN左右。常用于圍巖比較破碎，需要立即承載的地下工程。

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3．木錨桿普通木錨桿壓縮木錨桿

圖5-6木錨桿普通木錨桿；b.壓縮木錨桿1—外楔；2—鐵墊圈；3—木托板；4—木桿體；5——內(nèi)楔

2025/6/21374.樹(shù)脂錨桿用樹(shù)脂為粘結(jié)劑，在固化劑和加速劑的作用下，將錨桿的頭部粘結(jié)在錨桿孔內(nèi)。端頭錨固型樹(shù)脂錨桿是由樹(shù)脂藥包和桿體組成(圖5-7)。使用115型樹(shù)脂錨固劑，可在3～5min內(nèi)凝膠達(dá)到很高的錨固強(qiáng)度，15min后即可套上墊板緊固螺帽。使用82型錨固劑，可在15～60s內(nèi)凝膠，5min后錨固力可達(dá)40KN以上，可滿足5min上墊板擰緊螺帽的要求。

2025/6/21385．快硬水泥錨桿

快硬水泥錨桿的桿體結(jié)構(gòu)與樹(shù)脂錨桿相同，是端頭錨固型錨桿。目前常用的膠結(jié)材料有國(guó)產(chǎn)定型早強(qiáng)水泥和雙快水泥按一定比例混合而成。使用前需浸水2～3min，在錨桿孔內(nèi)經(jīng)桿頭攪拌，12min后錨固力開(kāi)始增長(zhǎng)，lh后錨固力可達(dá)60kN左右。適用于圍巖自穩(wěn)時(shí)間超過(guò)12min的各類(lèi)永久性地下工程。配合先噴后錨，在軟巖中亦可應(yīng)用。2025/6/2139

6．快硬膨脹水泥錨桿快硬膨脹水泥錨桿是用快硬膨脹水泥卷代替樹(shù)脂藥包，對(duì)錨桿桿體進(jìn)行端頭錨固的一種錨桿。

錨桿桿體用φ14㎜或φ16㎜鋼筋做成，頭部的前端焊一φ38～40㎜的阻擋墊圈，另一端車(chē)有螺紋。2025/6/2140

7．管縫式錨桿管縫式錨桿又稱(chēng)開(kāi)縫式或摩擦式錨桿，它是采用高強(qiáng)度鋼板卷壓成帶縱縫的管狀桿體外徑38.1㎜，用鑿巖機(jī)強(qiáng)行壓入比桿徑小2～3mm的錨孔，為安裝方便，打入端略呈錐形。由于管壁彈性恢復(fù)力擠壓孔壁而產(chǎn)生錨固力，屬全長(zhǎng)錨固型錨桿。對(duì)地層橫向錯(cuò)動(dòng)，有良好適應(yīng)能力，鉆孔變彎曲，錨固得更牢。這種錨桿的成本較高，不能回收復(fù)用，但錨固性能好，錨固力大。2025/6/2141

8．可伸縮式錨桿

⑴結(jié)構(gòu)可伸縮式錨桿。這種錨桿是對(duì)桿件、內(nèi)錨頭、外錨頭及托板等構(gòu)件采用特殊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)可伸縮的目的。2025/6/2142

⑵桿體可伸縮錨桿

用優(yōu)質(zhì)鋼材，并對(duì)材料進(jìn)行專(zhuān)門(mén)加工處理，可制成較大延伸率的錨桿桿體。2025/6/2143

9.其它錨桿脹裂式速效預(yù)應(yīng)力錨桿玻璃鋼錨桿中空自鉆式錨桿2025/6/2144玻璃鋼錨桿2025/6/2145中空自鉆式錨桿

2025/6/2146㈡錨桿支護(hù)的作用原理

1．懸吊作用懸吊作用是利用錨桿將軟弱的直接頂懸吊于上部堅(jiān)固穩(wěn)定的巖層上，或者是用錨桿將因巷道開(kāi)挖而引起松動(dòng)的巖塊連結(jié)在松動(dòng)區(qū)外的完整堅(jiān)固巖體上，使松動(dòng)巖塊不致冒落。圖5-15錨桿的懸吊作用2025/6/2147

2．組合梁作用組合梁作用是將層狀巖體各層用錨桿連接并緊固,錨桿把數(shù)層薄的巖層組合成類(lèi)似鉚釘加固的組合梁，從而提高了巖層的整體抗彎能力。圖5-16錨桿的組合作用

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3．錨桿的楔固作用錨桿的楔固作用是在圍巖中存在一組或幾組不同產(chǎn)狀的不連續(xù)面的情況下，由于錨桿穿過(guò)這些不連續(xù)面，防止或減少了圍巖沿不連續(xù)面的移動(dòng)，如圖5-17所示。2025/6/2149

4．?dāng)D壓加固拱作用對(duì)于被縱橫交錯(cuò)的弱面所切割的塊狀或破裂狀圍巖，如果及時(shí)用錨桿加固，就能提高巖體結(jié)構(gòu)弱面的抗剪強(qiáng)度，在圍巖周邊一定厚度的范圍內(nèi)形成一個(gè)不僅能維持自身穩(wěn)定、而且能阻止其上部圍巖松動(dòng)和變形的加固拱，從而保持巷道的穩(wěn)定。

2025/6/2150㈢錨桿支護(hù)參數(shù)確定⑴按懸吊理論確定支護(hù)參數(shù)

1）錨桿長(zhǎng)度錨桿長(zhǎng)度的計(jì)算公式為式中：L1為錨桿外露長(zhǎng)度，一般L1=0.1～0.15m。對(duì)于端頭錨固型錨桿，L1=墊板厚度+螺母厚度+（0.03～0.05）m；對(duì)于全長(zhǎng)錨固錨桿，還要加上穹形球體的厚度。L2為錨桿有效長(zhǎng)度。L3為錨桿錨固段長(zhǎng)度，一般端錨L3=0.3～0.4m，由拉拔實(shí)驗(yàn)確定；當(dāng)圍巖松軟時(shí)還要加大。對(duì)于全長(zhǎng)錨固錨桿，錨桿的有效長(zhǎng)度則為L(zhǎng)2+L3。2025/6/2151

①當(dāng)直接頂需要懸吊而它們的范圍易于劃定時(shí)，L2應(yīng)大于或等于它們的厚度。②當(dāng)巷道圍巖存在松動(dòng)破碎帶時(shí)，L2應(yīng)大于巷道松動(dòng)破碎區(qū)高度hi，hi可按下式確定：有效長(zhǎng)度L2，有以下幾種確定方法：式中，RMR為CSIR地質(zhì)力學(xué)分級(jí)巖體總評(píng)分；B為巷道跨度。

③一般還可按L2=KH進(jìn)行計(jì)算，H為軟弱巖層厚度（或冒落拱厚度），m；

K為考慮軟弱巖層變化的安全系數(shù)，一般取1.5～2。

軟弱巖層H的確定是根據(jù)地質(zhì)資料，實(shí)測(cè)或經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，冒落拱高度是按下式估算，即2025/6/21522）錨桿桿體直徑

式中，d為錨桿桿體直徑，㎜；Q為錨固力，由拉拔實(shí)驗(yàn)確定，KN；σt為桿體材料抗拉強(qiáng)度，MPa。

3）錨桿間、排距錨桿的間距，排距計(jì)算，通常間、排距相等，取為a，并根據(jù)錨桿的錨固力應(yīng)等于或大于被懸吊巖石的重量的原則確定，即：

式中，γ為巖石體積力，KN/m3。錨桿桿體直徑根據(jù)桿體承載力與錨固力等強(qiáng)度原則確定，即2025/6/2153

⑵按擠壓加固拱理論計(jì)算錨桿參數(shù)，它不要求錨桿伸入堅(jiān)固巖層中。這樣錨桿長(zhǎng)度和間距之間必須滿足某種關(guān)系，才能形成一定厚度的擠壓加固拱，以支承地壓，按照擠壓加固拱理論，加固拱厚礎(chǔ)與錨桿長(zhǎng)度和間距之間的關(guān)系可按下式

b——加固拱厚度，m；L——錨桿的有效長(zhǎng)度，m；α——錨桿在松散體中的控制角，度；a——錨桿的間距。

根據(jù)上式，如果按常用錨桿1600～1800㎜和間、排距500～700㎜，則加固拱厚度將為1000～1200㎜，相當(dāng)于2～3層料石碹拱的厚度。2025/6/2154㈣錨桿的布置

根據(jù)圍巖的性質(zhì)，錨桿可排列成方形、五花形等。方形適用于穩(wěn)定的巖層，梅花形適用于穩(wěn)定性較差的巖層，其布置如圖5—20所示。錨桿的錨入方向，應(yīng)與巖層面或主要裂隙面成較大的角度相交，盡可能與其正交；層面與裂隙面不明顯時(shí)，錨桿應(yīng)垂直于巷道周邊錨入。圖5-20錨桿的布置形式（a）方形布置；（b）梅花形布置

2025/6/2155㈤錨桿支護(hù)施工

1．鉆眼、錨桿安裝為了獲得良好的支護(hù)效果，一般在爆破后即安設(shè)頂部錨桿。目前可采用氣腿鑿巖機(jī)鉆眼，手工安裝錨桿。當(dāng)圍巖較穩(wěn)定時(shí)，也可以在爆破后先噴混凝土，等裝巖后再用錨桿眼打眼安裝機(jī)進(jìn)行文護(hù)工作，或者在裝巖機(jī)后面用此機(jī)進(jìn)行支護(hù)。2．錨桿的檢驗(yàn)為保證錨桿支護(hù)質(zhì)量，必須對(duì)錨桿施工加強(qiáng)技術(shù)管理和質(zhì)量檢查，主要檢查錨桿孔直徑、深度、間距及螺帽的擰緊程度，并對(duì)錨桿錨固力進(jìn)行抽查檢驗(yàn)，常用設(shè)備是ML-20型錨桿拉力計(jì)(圖5-23)

2025/6/21562025/6/2157㈠支護(hù)的作用原理㈡噴射混凝土厚度㈢噴射混凝土施工㈣噴射混凝土支護(hù)存在的問(wèn)題二、噴射混凝土支護(hù)2025/6/2158㈠支護(hù)的作用原理

1．加固與防止風(fēng)化噴射混凝土以較高的速度射入張開(kāi)的節(jié)理裂隙，產(chǎn)生如同石墻灰縫一樣的粘結(jié)作用，從而提高了巖體粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角，也就是提高了圍巖的強(qiáng)度。同時(shí)噴射混凝土層封閉了圍巖，能夠防上因水和風(fēng)化作用造成圍巖的破壞與剝落。

噴射混凝土的補(bǔ)強(qiáng)作用

2025/6/2159

2．改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)一方面將圍巖表面的凹凸不平處填平，消除因巖面不平引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象，避免過(guò)大的集中應(yīng)力所造成的圍巖破壞；另一方面，使巷道周邊圍巖由雙向受力狀態(tài)變成三向受力狀態(tài)，提高了圍巖的強(qiáng)度。

噴前圍巖強(qiáng)度曲線噴前圍巖應(yīng)力圓2025/6/2160

3．柔性支護(hù)作用噴射混凝土具有一定的柔性，可以和圍巖共同變形產(chǎn)生一定量的徑向位移，使圍巖的自支承能力得以充分發(fā)揮，噴層本身的受力狀態(tài)得到改善，另一方面，混凝土噴層在與圍巖共同變形中受到壓縮，對(duì)圍巖產(chǎn)生支護(hù)反力，抑制圍巖產(chǎn)生過(guò)大的變形，防止圍巖發(fā)生松動(dòng)破碎。

4．組臺(tái)拱作用開(kāi)巷后及時(shí)噴射一層混凝土，抵抗圍巖的局部破壞，防止個(gè)別危巖活石的滑移或墜落，那么巖塊間的聯(lián)鎖咬合作用就能得以保持，這樣，不僅能保持圍巖自身的穩(wěn)定，并且與噴層構(gòu)成共同承載的整體結(jié)構(gòu)—組合拱。

2025/6/2161㈡噴射混凝土厚度

由于地質(zhì)條件十分復(fù)雜，計(jì)算噴厚的方法，只能供參考或作驗(yàn)算用?，F(xiàn)場(chǎng)仍多是根據(jù)工程類(lèi)比按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取噴厚。當(dāng)巖體變形小，穩(wěn)定性較好時(shí)，如果選用拱形斷面，一般只需噴射混凝土，不必打錨桿，噴厚為50～150㎜。

當(dāng)巖體變形較大時(shí)，混凝土噴層將不能有效的進(jìn)行支護(hù)。實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)噴層厚度超過(guò)150mm時(shí)，不但支護(hù)能力不能提高，而且支護(hù)成本明顯提高，因此應(yīng)選用錨噴聯(lián)合支護(hù)。這時(shí)以錨桿為主的噴混凝土只對(duì)錨桿間表面巖石進(jìn)行局部支護(hù)和防止圍巖分化。2025/6/2162㈢噴射混凝土施工

1．施工機(jī)具⑴混凝土噴射機(jī)混凝土噴射機(jī)按噴射工藝可分為干式和濕式兩大類(lèi)。

轉(zhuǎn)子—Ⅱ型噴射機(jī)為干式混凝土噴射機(jī)，由主機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、風(fēng)路系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)，機(jī)架等組成。

轉(zhuǎn)子—Ⅴ型潮噴機(jī)保留了轉(zhuǎn)子—Ⅱ型與轉(zhuǎn)予—Ⅳ型的優(yōu)點(diǎn)，并進(jìn)行了改造。裝入噴射機(jī)的是潮濕的混合料，在噴頭處再加入適量水后噴向巖面。

2025/6/2163轉(zhuǎn)子—Ⅴ型潮噴機(jī)

2025/6/2164

⑵混凝土噴射機(jī)配套設(shè)備

Ⅳ型混凝土螺旋攪拌機(jī)

HPLG-5型轉(zhuǎn)子型噴射機(jī)供料裝置，它可與國(guó)內(nèi)各種型號(hào)的轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)配套使用，作為配比、攪拌和向噴射機(jī)供料之用。簡(jiǎn)易的杠桿式機(jī)械手國(guó)產(chǎn)的MK—Ⅱ型機(jī)械手

2025/6/21652025/6/2166

2．噴射混凝土材料⑴材料

1）水泥：一般選用硅按鹽水泥或普通水泥，其標(biāo)號(hào)不應(yīng)低于325號(hào)。2）砂：以采用粒徑為0.35～3.0mm的中、細(xì)砂為好。

3）石子：一般選用堅(jiān)硬的河卵石或碎石，其中碎石回彈力低，但易于堵管和磨損管道，而河卵石則相反。石子粒徑應(yīng)根據(jù)噴射機(jī)性能選取。在實(shí)際工作中，為了減少回彈，石子粒徑不成大于15mm。石子的合理級(jí)配是影響混凝土質(zhì)量、水泥用量和回彈率的重要因素之一，其合理級(jí)配可參考表5—19。表5-19噴射混凝土用石子的合理級(jí)配

2025/6/2167

4）水，要求潔凈、不合雜質(zhì)。污水、pH＞4的酸性水和硫酸鹽含量按SO4計(jì)超過(guò)水重1％的水，都不許使用。

5）速凝劑：為了使混凝土速凝，提高早期強(qiáng)度，一般摻入水泥重量的2.5％～4％的速凝劑。要求初凝時(shí)間小于5min，終凝時(shí)間小于10min。⑵混凝土配合比合適的配合比應(yīng)使噴層有足夠的抗壓、抗拉和粘結(jié)強(qiáng)度，收縮變形值要小，回彈率要低。水泥、砂的重量配合比為：水泥：砂＝1：2～3，水灰比：0.45～0.55。表5-20混凝土重量配合比

2025/6/2168

3．工藝參數(shù)

1）噴射機(jī)的工作風(fēng)壓

工作風(fēng)壓指正常噴射作業(yè)時(shí)，噴射機(jī)工作室里的風(fēng)壓。據(jù)實(shí)驗(yàn)，干式噴射時(shí)噴嘴出口處的風(fēng)壓應(yīng)控制在0.1MPa，濕噴時(shí)應(yīng)控制在0.15～0.18MPa。對(duì)于罐式和轉(zhuǎn)子式干式噴射機(jī)水平輸料在200m內(nèi)時(shí)，其工作風(fēng)壓可按下式估算：工作風(fēng)壓（MPa）=0.1+0.001×輸料管長(zhǎng)度（m）當(dāng)噴射距離發(fā)生變化時(shí)，可參考下述數(shù)值：水平輸料每增加100m，工作風(fēng)壓應(yīng)提高0.08～0.1MPa；垂直向上每增加10m，工作風(fēng)壓應(yīng)提高0.02～0.03MPa。2025/6/2169

2）水壓水壓應(yīng)比風(fēng)壓高0.1MPa左右，以保證噴頭處的水環(huán)能充分濕潤(rùn)高速流過(guò)的拌合料。

3）水灰比噴射泥凝土的最佳水灰比為0.4～0.45。

4）噴頭與受?chē)娒娴木嚯x及傾角合適的距離應(yīng)使回彈率低而混凝土強(qiáng)度高，一般控制在0.8～1.2m。噴頭方向除了噴墻下部可下俯l0～15°外，應(yīng)盡量與受?chē)娒嬲弧?025/6/2170

7）混合料的存放時(shí)間由于砂、石含有一定水分，與水泥混合后，存放時(shí)間也應(yīng)該縮短。不摻速凝劑，存放時(shí)間不應(yīng)超過(guò)2h；摻速凝劑，存放時(shí)間不應(yīng)超過(guò)2min。

5）一次噴射厚度若一次噴射厚度過(guò)大，由于重力作用，會(huì)使混凝土顆粒之間的凝著力減弱，混凝土將發(fā)生墜落；若噴層厚度過(guò)小，石子無(wú)法嵌入灰漿層，使回彈增大。經(jīng)驗(yàn)表明一次噴厚，墻50～100㎜，拱30～60㎜為宜。

6）分層噴射的間歇時(shí)間一般噴射順序?yàn)榉侄螐南孪蛏蠂娚?，一次噴射厚度逐漸減小。需要進(jìn)行復(fù)噴時(shí)，其間隔時(shí)間與水泥品種、工作溫度、速凝劑摻量等因素有關(guān)。2025/6/2171

4．施工準(zhǔn)備工作噴射混凝土前，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求檢查巷道規(guī)格，用壓風(fēng)、水沖洗巖面并清除險(xiǎn)石，認(rèn)真檢查噴射機(jī)具和風(fēng)、水、電、管線以及準(zhǔn)備好照明和防塵設(shè)施等。5．噴射作業(yè)1）嚴(yán)格按操作規(guī)程正確使用混凝土噴射機(jī)，尤其要注意調(diào)整好風(fēng)壓、水壓，以減少回彈量和粉塵濃度。另外，混合料應(yīng)隨拌隨用，其存放時(shí)間，摻速凝劑時(shí)不應(yīng)超過(guò)20min，不摻速凝劑時(shí)不應(yīng)超過(guò)2h。

2）噴頭操作，要先給水后送料，及時(shí)調(diào)整水灰比，噴射順序應(yīng)先墻后拱，自下而上呈螺旋狀軌跡移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)直徑以200mm左右為宜。2025/6/2172

3）為了保證噴射質(zhì)量、提高工效，應(yīng)合理劃分噴射區(qū)段。一般以6m長(zhǎng)為一基本段，基本段再分為2m長(zhǎng)的三小段。噴墻時(shí)，每噴完1.5m高使依次向相鄰小段前進(jìn)。圖5-33為拱形巷道合理劃分噴射區(qū)段的一個(gè)實(shí)例。對(duì)于凹凸嚴(yán)重的巖面，應(yīng)先凹后凸、自下而上地正確選擇噴射次序。2025/6/2173

㈣噴射混凝土支護(hù)存在的問(wèn)題

⑴回彈在施工中應(yīng)合理確定工藝參數(shù)，使回彈率控制在：邊墻不超過(guò)15％，拱部不超過(guò)25％。

⑶圍巖滲漏水的處理巖幫僅有少量滲水、淌水，可用壓風(fēng)清掃，邊吹邊噴；遇有小裂隙水，可用快凝水泥注漿封堵，然后再?lài)?；若有涌水或大面積漏水，必須將水導(dǎo)出，如圖5-35所示。

⑵粉塵

1）加強(qiáng)水泥與水的混合2）加強(qiáng)通風(fēng)

3）注意操作人員的個(gè)體防護(hù)4）采用濕噴機(jī)

2025/6/2174

首先找到水源點(diǎn)，在該處鑿一個(gè)深約l0㎝左右的喇叭口，沖洗干凈后，用速凝水泥漿將導(dǎo)水管理入，再向管子周?chē)鷩娀炷粒炷吝_(dá)到一定強(qiáng)度后，再向?qū)Ч軆?nèi)注入水泥漿，將孔封閉。

2025/6/2175三、錨噴支護(hù)及錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)

錨桿和噴射混凝土雖各自有優(yōu)點(diǎn)，但也有不足之處。錨噴聯(lián)合支護(hù)，恰能使兩著取長(zhǎng)補(bǔ)短，互為補(bǔ)充，是一種性能更好的支護(hù)形式。

噴射混凝土能有效的控制錨桿間的石塊掉落，但其本身是脆弱的，當(dāng)巖石變形大時(shí)，容易開(kāi)裂剝落。解決辦法之一就是在噴射混凝土中加入鋼纖維，增加混凝土的抗彎能力和韌性。另外就是噴射混凝土之前敷設(shè)金屬網(wǎng)，噴后成鋼筋混凝土層，提高了混凝土的整體性，改善了噴層的抗拉性能，這就形成了錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，能有效的支護(hù)松散破碎的軟弱巖層。金屬網(wǎng)用鋼筋直徑一般為6～12㎜，鋼筋間距一般為200～400㎜。

2025/6/2176四、組合錨桿支護(hù)

錨網(wǎng)支護(hù)錨網(wǎng)支護(hù)是將金屬網(wǎng)用托板固定或綁扎在錨桿上所組成的支護(hù)形式。金屬網(wǎng)用來(lái)維護(hù)錨桿間的圍巖，防止小塊松散巖石掉落，也可作為噴射混凝土的配筋。被拉緊的金屬網(wǎng)還能起到聯(lián)系各錨桿組成支護(hù)整體的作用。

常見(jiàn)的金屬網(wǎng)有金屬菱形網(wǎng)、經(jīng)緯網(wǎng)，一般采用直徑3～4㎜的鐵絲編制而成，一般采用鍍鋅鐵絲，由于金屬網(wǎng)消耗鋼材較大，目前正在使具有一定抗拉強(qiáng)度和延伸率的玻璃鋼纖維或塑料網(wǎng)代替。菱形網(wǎng)經(jīng)緯網(wǎng)2025/6/2177錨網(wǎng)支護(hù)梯形巷道2025/6/2178錨網(wǎng)支護(hù)拱形巷道2025/6/2179

錨網(wǎng)帶支護(hù)錨網(wǎng)帶支護(hù)由錨桿、鋼帶及金屬網(wǎng)組成。鋼帶是用扁鋼或薄鋼板制成，為了便于錨桿安裝，在鋼帶上預(yù)先鉆好孔，鉆孔形狀為橢圓形，鉆孔直徑應(yīng)由相應(yīng)錨桿直徑確定。也可采用鋼筋梯代替鋼筋帶。2025/6/2180

錨桿桁架支護(hù)錨桿桁架主要有錨桿、拉桿、拉緊器及墊塊結(jié)合而成的。水平拉桿的預(yù)緊作用，增大了沿巷道軸向的一組裂隙的摩擦系數(shù)，提高了圍巖的整體性，有利于頂板圍巖的成拱。錨桿桁架特別適宜圍巖變形大的軟巖巷道，對(duì)于錨桿或其它常規(guī)支護(hù)方法難于維護(hù)的復(fù)雜地質(zhì)條件，軟弱破碎頂板控制有重要作用。2025/6/2181桁架錨桿2025/6/2182第三節(jié)普通支架一、木支架二、金屬支架三、鋼筋混凝土(棚式)支架四、石材整體式支架2025/6/2183一、木支架

巷道中常用的木支架是梯形棚子，由頂梁、棚腿和背板、木楔等組成，其結(jié)構(gòu)如圖5-37所示。頂梁承受頂板巖石給它的垂直壓力構(gòu)件。棚腿承受頂梁傳給它的軸向壓力和側(cè)幫巖石給它的擠壓力。背板將巖石壓力均勻地傳給主要構(gòu)件梁與腿上，并能阻擋化石垮落。木楔的作用是使棚子與圍巖緊固在一起，為防止放炮崩倒棚子，木楔向工作面方向打緊。撐柱的作用是加強(qiáng)棚子在巷道軸線方向上的穩(wěn)定性。2025/6/2184１—頂梁；2—棚腿；3—木楔；4—背板；5—撐柱；6—楔子

４

Ⅰ

Ⅰ

３80°

２

６

１

５2025/6/2185

頂梁與棚腿的聯(lián)接，有“親口接”和鴨嘴式結(jié)合兩種，前者常用。(圖5—38)。頂梁和棚腿應(yīng)選用同樣直徑的坑木，以便加工和架設(shè)。根據(jù)巷道頂梁處的凈寬度，支架坑木直徑和每米巷道架棚數(shù)可按表5-21選取。鴨嘴式結(jié)合2025/6/2186表5-21木材支架坑木直徑與每米巷道架棚數(shù)

2025/6/2187

優(yōu)點(diǎn)：木棚重量輕，加工架設(shè)容易，有一定的強(qiáng)度；在構(gòu)造上可作成具有一定剛性或較大可縮性的支架，能適應(yīng)多變的地質(zhì)條件，當(dāng)?shù)貕和辉鰰r(shí)還能發(fā)出聲響訊號(hào)，故在地下采礦工程中用得最早，過(guò)去也用得最多．

缺點(diǎn)：由于木棚強(qiáng)度不高，不防火，易腐朽，不能阻水和防止圍巖風(fēng)化，使用日漸減少，每年消耗的坑水量十分巨大，因此，節(jié)約坑木并尋求坑木代用品，勢(shì)在必行。2025/6/21882025/6/2189木支架破壞情況2025/6/2190二、金屬支架

㈠梯形金屬支架梯形金屬支架用18～24kg/m鋼軌、16～20號(hào)號(hào)工字鋼或礦用工宇鋼制作，由兩腿一梁構(gòu)成(圖5-39)，其常用的梁、腿連接方式亦如圖示。這種支架通常用在回采巷道中，在斷面較大、地壓較嚴(yán)重的其它巷道里也可使用。2025/6/2191工字鋼梯形支架2025/6/2192㈡拱形可縮性金屬支架拱形可縮性金屬支架是用特殊型鋼制作，它的結(jié)構(gòu)如圖5-40所示。1—拱梁；2—柱腿；3—卡箍；4—底座

圖5-40拱形可縮性金屬支架

每架棚子由三個(gè)基本構(gòu)件所組成，一根曲率為R1的弧形頂梁和兩根上端部帶曲率為R2的柱腿?；⌒雾斄旱膬啥瞬迦胂啻罱釉谥鹊膹澢可?，組成一個(gè)三心拱。2025/6/2193拱形可縮性金屬支架適用于地壓大，地壓不穩(wěn)定和圍巖變形量大的巷道，支護(hù)斷面一般不大于12m2。支架棚距一般為0.7～1.1m，棚子之間應(yīng)用金屬拉桿通過(guò)螺栓、夾板等互相緊緊拉住，或打入撐柱撐緊，以加強(qiáng)支架沿巷道軸線方向的穩(wěn)定性。

2025/6/2194U型鋼拱形可縮性支架2025/6/2195U型鋼方環(huán)形可縮性支架2025