第五章 巷道支护

第五章巷道支护一、支护材料（一）水泥（应用最广泛的是硅酸盐水泥）1、硅酸盐水泥：以石灰石、粘土、铁矿物按比例混合磨成细的生料，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，加入适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料。硅酸盐水泥熟料主要矿物组成及含量范围如下：

熟料矿物简写含量硅酸三钙3CaO·SiO2C3S42%~61%

硅酸三钙2CaO·SiO2C2S15%~32%

铝酸三钙3CaO·AI2O3C3A4%~11%

铁铝酸三钙3CaO·AI2O3·Fe2O3C4AF10%~18%巷道支护2纯熟料磨细后,凝结时间很短,不便使用.为了调节水泥的凝结时间，熟料磨细时，常掺有适量（3%左右）石膏国家标准规定：硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于12小时水泥的强度硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的强度(GB175—1999）品种强度等级抗压强度抗折强度3d28d3d28d硅酸盐水泥42.517.042.53.56.542.522.042.54.06.552.523.052.54.07.052.527.052.55.07.062.528.062.55.08.062.532.062.55.58.0普通水泥32.511.032.52.55.532.516.032.53.56.542.516.042.53.56.542.521.042.53.56.552.522.052.54.07.052.526.052.55.07.0巷道支护32、普通硅酸盐水泥：（1）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普通硅酸盐水泥简称普通水泥。（2）普通硅酸盐水泥分为：275、325、425、525、625和725六种。（3）硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的区别仅在于其中含有少量混合材料，而绝大部分仍是硅酸盐水泥熟料，故其基本性能与硅酸盐水泥相同。3、掺混合材料的硅酸盐水泥：（1）矿渣硅酸盐水泥（2）火山灰质硅酸盐水泥（3）粉煤灰硅酸盐水泥以上三种水泥有275、325、425、525和625五个标号

三种水泥特别适用于：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凝土构件巷道支护4(二)混凝土:水泥、砂、石和水按适当比例混合而成1、混凝土组成材料：（1）水泥（2）细骨料（粒径0.15~5mm）：天然砂，其中以石英砂为最佳（3）粗骨料（粒径大于5mm）：卵石、碎石等（4）水2、混凝土的主要技术性质（1）混凝土混合物的合易性：用“塌落度”测定合易性指混凝土混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（2）混凝土强度和强度等级：混凝土的强度以抗压强度最大，用15mm×15mm×15mm的标准立方块，在标准条件下（温度20+3℃，相对湿度90%以上）养护28天的抗压强度巷道支护5影响混凝土强度的主要因素是：水泥标号和水灰比水泥标号越高，则混凝土的强度越高水灰比越小，混凝土的强度越高，与骨料粘结力越大，混凝土的强度也越高（但水灰比不能太小，否则混合物过于干硬，无法保证浇灌质量，出现较多的蜂窝、孔洞，强度也会降低）混凝土强度与水灰比、水泥标号等因素之间的关系，一般可用经验公式：混凝土28d的抗压强度：R28=A·RC（C/W—B）

RC——水泥的实际强度MPa

C/W——水灰比

A、B——经验系数3、混凝土的外加剂：（在混凝土拌和时或拌和前掺入的，其掺量一般不大于水泥重量5%的能显著改善混凝土性能的材料）（1）减水剂：能保持混凝土的合易性不变而显著减少其拌和水量的外加剂。如M型（木质素黄酸钙）、MF型等

巷道支护6（2）速凝剂：（使混凝土快凝并迅速达到较高强度）（i）作用：加速水泥硬化；提高混凝土的早期强度。（ii）种类：红星I型水泥重量的2.5%~4%711型水泥重量的2.5%~3.5%782型水泥重量的6%~7%4、混凝土的混合比设计：（1）确定配制混凝土强度Rh=R¹+б0

按施工单位历史统计资料确定设计强度（2）确定水灰比：W/C=A·RC/（Rh+A·B·RC）

RC=KCR水泥的标号数值KC=0.113巷道支护7（3）确定用水量：可根据本地区或本单位的经验数据选用。（4）计算水泥用量：C=W/（W/C）（5）选用合理砂率SP（混凝土砂率选用表）（6）计算粗、细骨料的用量G及SC/γC+W/1+G/γg+S/γs=100S/（S+G）=SPC、W、G、S分别为每立方米混凝土所用水泥、水、粗骨料、细骨料的质量；γC、γg、γs分别为水泥、水、粗骨料、细骨料的相对密度；SP为选用的砂率（7）确定混凝土初步混合比：

C：S：G：W=1：S/C：G/C：W/C

水泥砂石水巷道支护8（三）木材常用的木材有松木、杉木、榆木、桦木和柞木等，以松木用的最多（四）金属材料1、优点：强度大，可支撑的的地压，使用期长，可多次重复使用，按装容易，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。2、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钢等。钢筋矿用特殊钢可制成具有可缩性的拱形支架二、锚喷支护（一）锚杆支护：1、锚杆的结构类型（1）钢筋或钢丝绳沙浆锚杆：设计锚固力30~50KN（如图5—1）（2）金属倒楔式锚杆40KN（如图5—2）（3）木锚杆普通10KN左右压缩20KN（如图5—3）巷道支护9树脂锚杆

40KN以上（如图5—4）快硬水泥锚杆60KN（如图5—5）管缝式锚杆60~100KN（如图5—6）可伸缩式锚杆初锚力20KN（如图5—7）2、锚杆的支护作用原理（1）悬吊作用（如图5—8）（2）组合梁作用（如图5—9）（3）锚杆的楔固作用（如图5—10）（4）挤压加固拱作用（如图5—11）

图5—8锚杆的悬吊作用图5—9锚杆的组合作用巷道支护103、锚杆支护参数的确定（p127）4、锚杆支护的施工（1）钻眼、大锚杆：用气动锚杆钻机打眼装锚杆（2）锚杆质量检验：锚杆的材质：在实验室中进行锚杆的安装方向、深度、间排距螺帽的拧紧程度：用螺帽拧紧时，其锁紧力应达到锚固力的

40%~80%

锚固力：用锚杆拉力计进行抽查检验（二）喷射混凝土支护1、喷射混凝土支护的作用原理（1）加固与防止风化作用（2）改善围岩应力状态作用（如图5—12）（3）柔性结构支护作用（4）组合拱作用巷道支护112、喷射混凝土厚度（参考书表5—19）3、喷射混凝土施工（1）喷射机具（2）喷射混凝土的材料及配合比

水泥标号不得低于325号。细骨料采用坚硬干净的中砂或粗砂，细度模数大于2.5。粗骨料粒径不大于15mm。

速凝剂掺量：混凝土初凝不应大于5min，终凝不应大于10min。

水灰比：0.4~0.5最佳我国实践经验，喷射混凝土的配合比（即水泥：砂：石子）为：巷道侧壁：1：（2.0~2.5）：（2.5~3.0）顶拱：1：2.0：（1.5~2.0）巷道支护12（3）喷射混凝土的主要工艺参数工作风压：工作风压（MPa）=0.1+0.001×输料管长度（m）水压：工作风压+0.1MPa水灰比：0.4~0.5为宜喷头与受喷面的距离与倾角：0.8~1.2m喷头与收喷面垂直一次喷射厚度：墙50~100mm，拱30~60mm为宜分层喷射的间歇时间：15~20min（15℃~20℃）混合料的存放时间：不掺速凝剂不超过2h

掺速凝剂不超过20min（4）喷射操作（i）作业：开始时先开风后给水，最后送电给料，结束时相反（i）喷射顺序：先墙后拱，自下而上巷道支护13

（三）锚喷支护及锚网喷联合支护(四)组合锚杆支护1、锚网支护2、锚带网支护3、锚杆绗架支护（如图5—12）三、普通支架（一）木支架（二）金属支架

1、梯形金属支架:

通常用在回采巷道中,在断面较大、地压较严重的巷道中也可使用。2、拱形可缩性支架：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12㎡。支架棚距一般为0.7~1.1m，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。（三）钢筋混凝土（棚式）支架：用于地压稳定，服务年限长及断面不小于12㎡，不适宜用于有动压的巷道。巷道支护14