第五章 巷道支护t

5巷道支护15巷道支护

重点与难点：支护材料；锚杆支护；喷射混凝土支护；棚式支架支护。技能要求：

识记：常用的支护材料及常用的支护形式；

领会：锚杆支护作用原理、喷射混凝土支护作用原理及锚喷支护作用原理；

综合应用：根据具体巷道围岩条件选择合理的支护形式。2导学思考题不支护情况下，巷道可以稳定一段时间吗？这段时间的意义是什么？巷道支护的目的和基本原理是什么？常用的支护材料有哪些？各自的特性是？常用的巷道支护形式有哪些？它们是如何施工的？支护效果的好坏如何检测和评价？3概述实践表明，开挖后围岩具备自稳一段时间的特性。自稳时间对施工的影响？支护的本质—维持巷道围岩，使其在服务期间内保持稳定，具有需要的空间。支护的作用原理常用支护形式—支架、柱子、砌碹、锚杆。4第一节支护材料第三节锚喷支护第二节普通支架

目录5支护材料有：木材、竹材、钢材、石材、水泥、混凝土等。

一、水泥—胶凝材料二、混凝土三、金属材料四、木材第一节支护材料6水泥7一、水泥水泥+水

水泥浆+沙子砂浆+石子

素混凝土（砼）+钢筋

钢筋混凝土“水硬性”胶凝材料。技术指标1）细度。与强度的关系？2）凝结时间：初凝、终凝。45Min.~12H3）强度。软炼法测试。4）水化热。5）储存条件。干燥，3个月。8一、水泥㈠硅酸盐水泥㈡普通硅酸盐水泥㈢掺混合材料的硅酸盐水泥91．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㈠硅酸盐水泥101．硅酸盐水泥的矿物组成概念—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。水泥“生料”—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：

CaO64％～67％；

SiO221％～24％

A12034％～7％；

Fe2032％～4％水泥“熟料”—利用生料经过窑中燃烧(1350～1450℃)，冷却而成的块状材料。矿物成分见表5-l。少量的游离氧化钙、氧化镁及三氧化硫等.熟料（磨细）+适量的石膏及其他混合材料

水泥。11122．水泥凝结与硬化过程过程：水+水泥

水泥浆

开始失去可塑性

完全失去可塑性（开始具有强度）

强度增长。初凝—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。终凝:开始具有强度。硬化:终凝之后其强度逐渐增加。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。133．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4㎝×4㎝×16㎝。在标准条件下(温度为20±2℃，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。14表5-2硅酸盐水泥各龄期强度（GB175-85）154．硅酸盐水泥的应用

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。16㈡普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥（普通水泥）—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。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、325、425、525、625和725六种标号。（表1.17）17㈡普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥的对比区别：是否含有少量混合材料基本性能相同。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。凝结时间要求相同。使用范围基本相同，但它的标号范围较宽，便于合理选用。18㈢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。分为活性混合材料和非活性混合材料。活性混合材料：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，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。192．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。20三种水泥共同特性凝结硬化速度较慢，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（60～70°C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。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。应用：地面，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。21常用水泥选用表如表5-4。22二、混凝土㈠混凝土的组成材料㈡混凝土的主要技术性质㈢混凝土外加剂㈣混凝土配合比设计

23混凝土概述概念—水泥+砂+石子+水（配比）

拌合物（硬化）

人造石材（砼）特点（1）塑性、粘结力、抗压、廉价、防火、服务年限。（2）不抗拉、自重大。24㈠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．细骨料在混凝土中，凡粒径在0.15～4.75㎜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，≤砂重的3％．当混疑上强度等级＜C30时，≤砂重的5％；有抗冻、抗渗要求或其他特殊要求的混疑土，≤3%。云母含量，不宜超过砂重的2％。

轻物质(比重小于2.0，如煤和褐煤等)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。25砂的颗粒级配：砂子中各级尺寸颗粒搭配关系。砂的粗细程度和颗粒级配用筛分法测定

5㎜2.5㎜1.2㎜0.6㎜0.3㎜0.15㎜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。26

根据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%。27砂的颗粒粗细是以细度模数Mx来表示，按下式计算Mx：式中：A1～A6分别为5～0.15㎜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3.7～3.1者为粗砂；3.0～2.3者为中砂；2.2～1.6者为细砂；1.5～0.7者为特细砂。283．粗骨料

在混凝土中，凡粒径大于4.75㎜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。

粗骨料中公称粒径的上限称为该粒级的最大粒径。293．粗骨料30

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。31(二)混凝土的主要技术性质1．混凝土拌和物的和易性和易性—指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：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。图5-2坍落度测定示意图表5-7坍落度选择参考表

322．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、C65、C70、C75、C80等强度等级。影响混凝土强度的主要因素水泥标号与水灰比。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。

33(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。第五组分。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l～5min，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。

34㈣混凝土配合比设计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。Rh=Rb+б0

（5-3）Rb—设计的强度等级б0—富裕量2．设计步骤

1）确定配制混凝土强度Rh

352）确定水灰比W/C

用Rh代替公式5-2中的R28得：（5-4）（5-5）（5-6）式中，—水泥的标号数值；

Kc—水泥标号富余系数，一般为1.13；

Rc—水泥的实际强度，MPa。363）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。374）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。386）计算粗、细骨料的用量G及S（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；

γc、γg、γs—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39三、木材

常用的坑木有松木、杉木、桦木、榆木和柞木等。木材各项强度关系如表5-12所示。强度特点

⑴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。⑵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。⑶木材在外力的长期作用下，其持久强度为短时极限强度的50～60%。⑷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。40

为了提高坑木的服务年限,还要对坑木进行防腐处理.41四、金属材料优点：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：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。槽钢42角钢轻轨43第二节普通支架一、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44支架支架的形式与组成；各个部件的受力；接口；特点与适用。45一、木支架

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，并能阻挡碎石垮落。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。46１—顶梁；2—棚腿；3—木楔；4—背板；5—撑柱；6—楔子

４

Ⅰ

Ⅰ

３80°

２

６

１

５47

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5-38)。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。鸭嘴式结合48表5-21木材支架坑木直径与每米巷道架棚数

49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。适用：地压不大，断面较小，服务年限较短；临时支架。5051木支架破坏情况52二、金属支架㈠梯形金属支架梯形金属支架用18~24kg/m钢轨、16～20号工字钢或矿用工字钢制作，由两腿一梁构成(图5-39)，其常用的梁、腿连接方式亦如图示。53二、金属支架㈠梯形金属支架适用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。54工字钢梯形支架55㈡拱形可缩性金属支架用U型钢制作。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。1—拱梁；2—柱腿；3—卡箍；4—底座

图5-40拱形可缩性金属支架

56㈡拱形可缩性金属支架特点可缩，柔性支护卡箍；可缩量可达30-35cm；成本较高。U型钢+壁后充填联合支护方式。57适用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。动压巷道中也经常用到。布置支架棚距一般为0.5～1.0m，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。

58U型钢拱形可缩性支架59U型钢方环形可缩性支架60三、钢筋混凝土(棚式)支架构件为直线形，故构件主要承受弯。混凝土抗压强度高，抗拉强变甚低(一般相当于抗压强度的1/8～1/12)，配置钢筋以承受因弯曲而产生的拉应力，二者结合，各用其长，使构件承载能力提高。61三、钢筋混凝土(棚式)支架适用地压稳定、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，随着锚喷支护的发展，钢筋混凝土棚子使用已日渐减少。62四、石材整体式支架631．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。

拱：承受顶压，并向墙和两帮传递。

墙：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：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。64料石砌筑拱、墙时，一般采用拱、墙等厚，按表5-22选取。混凝土砌拱、料石砌墙时，一般拱、墙不等厚，表5-23。拱、墙均使用混疑土砌筑时，参照表5-23混凝土拱厚数据用。优点：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，成本高。多用于服务期长的主要巷道。

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表5-22料石或砖砌巷道拱壁厚度㎜66表5-23混凝土拱、料石墙砌巷道拱壁厚度㎜672．石材支架的施工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(20～40m)中的顶、帮岩石垮落。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。68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5-45所示。

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石材支架的施工过程

1）拆除临时支架的架腿

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，或在跨度不大的巷道中砌碹。其他情况可用带腿碹胎(图85-48)砌碹。

5）拆模清理707172第三节锚杆支护结构一、锚杆支护二、喷射混凝土支护三、锚喷支护及锚喷网联合支护四、组合锚杆支护73一、锚杆支护㈠锚杆的结构类型㈡锚杆支护的作用原理㈢锚杆支护参数确定㈣锚杆的布置㈤锚杆支护施工74㈠锚杆的结构类型依据锚固方式，锚杆类型可划分为端头锚固全长锚固机械锚固粘结锚固图6.6（166页）75㈠锚杆的结构类型树脂锚杆快硬水泥和快硬膨胀水泥锚杆管缝式锚杆内注式锚杆木锚杆和竹锚杆钢筋或钢丝绳砂浆锚杆金属倒楔式锚杆可伸缩锚杆其它锚杆761.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3～5min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15～60s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。

771.树脂锚杆结构：杆体（麻花+挡圈）、药卷、垫片+螺母特点凝结硬化快，粘结强度高；安全可靠；施工操作方便；适用范围广。普通树脂锚杆材料：螺纹钢孔径：28-42，直径：16-22，长度：1.8-2.4等强螺纹钢玻璃钢78玻璃钢锚杆792．快硬水泥锚杆杆体结构与树脂锚杆相同，是端头锚固型锚杆。胶结材料：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2～3min，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40-60kN。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。803．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。

锚杆杆体用φ14㎜或φ16㎜钢筋做成，头部的前端焊一φ38～40㎜的阻挡垫圈，另一端车有螺纹。813．快硬膨胀水泥锚杆824．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2～3mm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（50-70KN）。835.内注式注浆锚杆不稳定围岩中，单纯提高锚杆长度和强度作用很小时，注浆

硬化围岩；端头锚固

全长锚固结构可控内压注浆锚杆（图6.9）断层破碎带、淋水带，需要初锚力和控压注浆。普通内注式锚杆（图6.10）84中空自钻式锚杆85

6．木锚杆普通木锚杆，压缩木锚杆

图5-6木锚杆普通木锚杆；b.压缩木锚杆1—外楔；2—铁垫圈；3—木托板；4—木杆体；5——内楔

867．钢筋或钢丝绳砂浆锚杆⑴钢筋砂浆锚杆；⑵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30～50KN。878．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。

889．可伸缩式锚杆

⑴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。89⑵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。90

10.其它锚杆胀裂式速效预应力锚杆91㈡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。图5-15悬吊作用92

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。图5-16锚杆的组合作用93

3．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。

94

4．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。95㈢锚杆支护参数确定⑴按悬吊理论确定支护参数

1）锚杆长度锚杆长度的计算公式L1—锚杆外露长度，一般L1=0.1-0.15。端头锚固型锚杆，L1=垫板厚度+螺母厚度+（0.03-0.05）；全长锚固锚杆，还要加穹形球体厚度。L2—锚杆有效长度。L3—锚杆锚固段长度，一般端锚L3=0.3～0.4m，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。96

①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。②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：有效长度L2的确定方法：式中，RMR为CSIR地质力学分级岩体总评分；

B为巷道跨度。

③一般还可按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1.5～2。

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972）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；

σt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，γ—岩石重度，KN/m3;K—锚杆安全系数，1.5-2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98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b—加固拱厚度，m；L—锚杆的有效长度，m；α—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1800～2200㎜和间、排距500～800㎜，则加固拱厚度将为1200～1400㎜，相当于3～4层料石碹拱的厚度。

⑵按挤压加固拱理论计算锚杆参数99㈣锚杆的布置根据围岩的性质，锚杆可排列成方形、梅花形等。方形适用于稳定的岩层，梅花形适用于稳定性较差的岩层。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。图5-20锚杆的布置形式（a）方形布置；（b）梅花形布置

100㈤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支护工作，或者在装岩机后面用此机进行支护。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)

101102㈠支护的作用原理㈡喷射混凝土厚度㈢喷射混凝土施工㈣喷射混凝土支护存在的问题二、喷射混凝土支护103㈠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。喷射混凝土的补强作用

1042．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。

喷前围岩强度曲线喷前围岩应力圆1053．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。

1064．组合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。

107㈡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50～150㎜。

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。108㈢喷射混凝土施工

1．施工机具⑴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。

转子—Ⅱ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—Ⅴ型潮喷机保留了转子—Ⅱ型与转予—Ⅳ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。

109转子—Ⅴ型潮喷机110

⑵混凝土喷射机配套设备

Ⅳ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—Ⅱ型机械手

1111122．喷射混凝土材料⑴材料

1）水泥：一般选用硅酸盐水泥或普通水泥，其标号不低于325号。

2）砂：以采用粒径为0.35～3.0mm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，其合理级配见表。表5-19喷射混凝土用石子的合理级配113

4）水，要求洁净、不合杂质。污水、pH＞4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2.5％～4％的速凝剂。要求初凝时间小于5min，终凝时间小于10min。⑵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。重量配合比为：水泥：砂＝1：2～3，水灰比：0.45～0.55。表5-20混凝土重量配合比1143．工艺参数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0.15～0.18MPa。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0.08～0.1MPa；垂直向上每增加10m，工作风压应提高0.02～0.03MPa。115

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0.4～0.45。

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0.8～1.2m。喷头方向除了喷墙下部可下俯l0～15°外，应尽量与受喷面正交。116

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。

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50～100㎜，拱30～60㎜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。117

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。

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。118

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。119

㈣喷射混凝土支护存在的问题

⑴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％。

⑶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