巷道支护幻灯片

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1、第五章 巷道支护,一、支护材料 有：水泥、混凝土、木材、金属材料四大类型。,1、水泥： 性质：水泥是粉末状物质，与适量水混合后，经过物理化学过程，能由可塑性浆体变成坚硬的石状体，并能将散粒材料胶结成的整体的混凝土。 水泥属于水硬性胶凝材料，即与水混合后，不但能在空气中硬化，而且能在潮湿环境及水中硬化，保持增长强度。 应用最广泛硅酸盐类水泥，其常用的品种有：硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥，火山灰质硅酸水泥，粉煤灰硅酸水泥等。,硅酸盐水泥的矿物组成：硅酸盐水泥熟料矿物组成及含量范围及特性：凝结速度 水化放热量 强度硅酸三钙 3CaOSiO2 C3S 42-61% 快 大 高硅酸二钙 2

2、CaOSiO2 C2S 15-32% 慢 小 低铝酸三钙 3CaOAl2O3 C3A 4-11% 最快 最大 最低铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3 C4AF10-18% 快 中 中 不同熟料矿物与水作用所表现的性能是不同的，改变熟料中矿物组织的相对含量，水泥的技术性能会随之改变。,水泥的凝结时间：（分初凝和终凝） 初凝时间：从水泥加水拌和起至水泥浆开始失去可塑性所需要的时间。 终凝时间：从水泥加水拌和起至水泥浆完全失去可塑性开始产生强度所需要的时间。 凝结时间对使用的意义： 初凝不宜过早，以便在施工有足够的时间完成混凝土和砂浆的搅拌、运输与砌筑等操作工艺。 终凝不宜过迟，以便混凝土施工

3、完毕后，尽快硬化，达到一定强度，便于及早承载和下一步施工工艺的进行。 国家标准规定： 初凝不早于45分，终凝不迟于12小时。具体还可缩短，喷浆加速凝剂。（对强度有影响）,水泥强度：（评定水泥标准的依据） 水泥强度用软练检验：将水泥和标准砂按1：2.5的比例混合，加入规定数量的水，制成4*4*16cm的试件，在标准条件养护后进行抗折，抗压强度试验。（3天、7天、28天） 标号有；425、525、625、725四种标号。,硅酸盐水泥的应用： 硅酸盐水泥因为有：凝结硬化较快，和在水化过程中，放出大量热的特性，适应于要求早期强度高，凝结快的工程，如井下巷道喷浆支护等，不宜用于大体积混凝土工程。,（2）

4、普通硅酸盐水泥 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为普通硅酸盐水泥，简称普通水泥。要求：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%。同时掺活性和掺非活性混合材料时，掺量不得超过15%。其中非活性混合材料不得超过15%，窑灰不得超过5%。 普通水泥标号有：275、325、425、525、625和725六个型号。,（3）混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥 混合材料 在水泥磨细时，所掺入的天然或人工的矿物材料，为混合材料。 混合材料分为活性混合材料（水硬性混合材料）和 非活性混合材料（填充性混合材料）。 活性混合材料磨成细粉后，能与水泥

5、熟料水化后生成氢氧化钙溶液发生水化反应，生成胶凝性水化物，既能在空气中硬化，又能在水中硬化。 硅酸盐水泥熟料掺入适量活性材料：能提高产量，降低水化成本，改善水泥性能，调节水泥标号，扩大使用范围，能充分利用工业废碴。 常用的混合材料：有粒化高炉矿碴、火山灰质材料（火山灰、硅藻土、沸石）、凝灰岩，烧粘土、煅烧的煤矸石，煤硅与糟煤灰等。 非活性材料：在水泥中仅起充填作用。 常有：石英砂，粘土，石灰石，慢冷矿渣等。,掺混合材料的硅酸盐水泥 A、矿渣硅酸盐水泥：按重量加粒化高炉矿渣 20-70% B、火山灰质硅酸盐水泥：按重量百分比加火山灰质20-50% C、粉煤灰硅酸盐水泥：按重量百分比加粉煤灰20-

6、40% 标号有：225、325、425、525、625五个标号。,2、混凝土 普通混凝土是由水泥、砂、石和水按适当比例配合而制成。 优点： 1具有良好的塑性，可浇灌成各种各种构件和支架，也可直接喷射支护。 2与钢筋有牢固的粘结力，制成钢筋混凝土构件。 3混凝土抗压强度高。 4混凝土成本低。 缺点：抗拉强度低。,（1）混凝土的组成材料：1水泥：根据工程性质，施工工艺和条件等选择。2细骨料：粒径为0.15-5mm，一般以天然砂为主，石英砂最佳。砂中泥质对混凝土强度有影响，在搅拌时，要冲洗干净。 砂分中砂、粗砂、细砂等，以细度模数表示： 细度模数在3.7-3.1者为粗砂； 细度模数在3.0-2.3者

7、为中砂； 细度模数在2.2-1.6者为细砂； 细度模数在1.5-0.7者为特细砂；3粗骨料：粒径大于5mm的骨料。 常有：卵石（砾石）和碎石两种，一般用碎石。4水：能饮用的自来水和清洁的天然水均可。污水、酸性水，含油脂、糖类的水均不可。,（2）混凝土的主要技术性质：1和易性： 和易性是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。包括流动性、粘聚性、保水性三方面的含义。 和易性是坍落度来测定。操作方法是把调配的混凝土装入一个标准园堆筒内，将表面刮平，垂直提起园锥筒后，混凝土将产生一定程度的坍落，量出坍落的高度，以厘米表示为坍落度。,2强度和强度

8、等级： 混凝土的强度是以抗压强度最大，故以抗压强度作为其力学性能的总指标。 混凝土的强度等级是根据标准立方形体试块（150150150，200200200）。在标准条件下（温度203相对湿度90%以上）养护28天的抗压强度值确定的。 共分：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等。,影响混凝土的强度的因素 1水灰比和水泥。当其他条件相同时，水泥标号愈高，则混凝土标号愈高。当同一种水泥时，混凝土的强度主要决定于水灰比，水灰比愈大，强度愈低，反之愈高。（但在和易性的允许情况下） 2骨料的品质与级配，施工时的搅拌（三抄四拌），振捣（扦钎）养护

9、的温度，湿度及养护龄期等均对强度产生影响，养护也十分重要，否则大大降低强度。,（3）混凝土的外加剂 1减水剂 2速凝剂：喷浆时用，3%（水泥量）。红星1号（4）混凝土的配合比设计： 一般：水泥：砂、石=1：2：3 水灰比：0.4-0.6之间。,3、木材：（坑木） 坑木是一种轻质材料，在支护系统中便于运输和使用。 优点： 1木材重量轻，便于运输，锯砍，处理和架成井下的棚子。 2木材沿一定的纤维结构断裂，并发生可见和可闻的信号。 3折断了的材料可回收，用作木楔、垫块。,缺点： 1机械强度较低，（抗挠，抗压，抗弯，抗剪，抗拉强度取决于纤维结构和木材内部存在的天然缺陷。） 2湿度对强度有十分明显的影响

10、。（新砍木材30-35%，干木材小于20%） 3处于潮湿条件下，大量菌类有害于坑木，明显降低其强度。 4坑木是一种易燃材料，在支护中能使火情迅速蔓延并产生有毒气体（CO）。 常用的坑木有：松木、杉木、桦木、榆木、柞木等，杂木类有栗木、枫树、梓树、荷树等。,4、金属材料：优点：1强度大，可支撑较大的地压。2使用期长，可多次复用。3安装容易，耐火性强。4可制成可缩性结构支架。5由于型钢小，可以减少巷道开掘量。缺点：价格昂贵，初期投资高。,二、锚喷支护： 锚喷支护是锚杆和喷射混凝土联合支护的简称。两者也可单独使用。即：锚杆支护（适应于强度高，不易风化的岩层），喷浆支护（适应于易风化的稳定性岩层）。

11、其优点是：施工速度快，施工机械化程度高，成本低，及节约材料等。,1、锚杆支护： （1）锚杆的结构类型： 1钢筋或钢丝绳砂浆锚杆：全长锚固型锚杆，锚固力为30-50KN,不可立即承载。 A、钢筋砂浆锚杆是先在孔内注满砂浆，再扦入钢筋而成，利用砂浆与钢筋，砂筋与孔壁的粘结力锚固岩层。 B、钢丝绳砂浆锚杆，是利用直径10-14mm的废旧钢丝绳代替钢筋扦入孔内再注砂浆而成。废旧钢丝绳在使用前要进行处理，截断，火烧（去油、退火），破股，除锈，平直。,2金属倒楔式锚杆，端头锚固型，可立即承载。 金属倒楔式锚杆有固定楔和活动楔，固定楔与钢筋一端连成一体，另一端有螺纹。安装时，把活动倒楔绑在固定楔下部一同送入

12、锚杆眼的底部，再用一专用的锤击杆顶住活动倒楔进行锤击，直到击不进去为止，最后套上垫板拧紧螺帽。（较少用）,3竹、木锚杆（少用） 4树脂锚杆：端头锚固型（即用树脂为粘结剂，在固化剂和加速剂的作用下，将锚杆头部粘结在锚杆孔内） 树脂锚杆分药包和杆体两部分：药包为粘结剂，杆体有金属和木杆，杆体头部加工成反麻花型，增加粘结和搅破药包。 安装时：药包用锚杆体送入孔底后，转动杆体将药包捣破，使化学药剂进行化学反应，将锚头与孔壁岩石粘结在一起。（现在使用量大，较广泛）,5管缝式锚杆：全长锚固型锚杆 管缝式锚杆是采用高强度钢板卷压成带纵缝的管状杆体。用推进器强行压入比杆径小的眼孔。由于管壁弹性恢复力挤压孔壁而

13、产生锚固力。围岩强度越大，锚固力越大，反之小。同时注意：锚杆管径要求比孔径要大否则不产生锚固力，在使用时不得人为破坏管径。,6可伸缩式锚杆，用松软，破碎，膨胀性围岩中。7快硬水泥锚杆8快硬膨胀水泥锚杆与树脂性质相似,（2）锚杆支护作用原理： 1悬吊作用（悬吊软弱层状顶板、悬吊危岩） 指锚杆将软弱的直接顶吊挂在其上的坚固老顶上，或将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。,2组合梁作用 指将层状岩体各层用锚杆连结并紧固，锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，提高了岩层的整体抗弯能力。在相同载荷作用下，组合梁在板梁的挠度和内应力大为减少。,3楔固作用（补强作用） 靠近

14、巷道周边的岩石则处于二向受力状态，易于破坏而表失稳定性，巷道周围安设锚杆后，岩石又部分恢复三向受力状态，增大了它本身的强度。 在围岩中存在一组或几组不同产状的不连续面的情况下，锚杆穿过些不连续面，防止或减小了围岩沿不连续面的移动。,4挤压加固拱作用 对于被纵横交错的弱面所切割成块状或破裂状围岩，如及时用锚杆加固，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。,兰格光弹性实验：在弹性体上安装具有预张力的锚杆，对岩体产生压应力，增加岩体节理裂隙面的摩擦阻力，将岩块夹在一起防止岩块转动滑动和裂隙张开，

15、保证了裂隙面间的挤压结合。,5减小跨度作用 一根锚杆相当于一个点柱，减小了顶板垮度，从而增强了顶板岩石的稳定性，使岩石不易变形和破坏。 锚杆支护的各种作用，不是各自孤立存在，往往是同时并存互为补充，各占主次地位而已。如：巷道中围岩是块状或破碎状加固拱作用为主要，支护平顶层状顶板，则组合梁为主要。等等。,（3）锚杆支护技术参数的确定 1锚杆选用原则 A、技术先进，质量可靠。选择时考虑结构是否先进，是否适用当地条件，能否达到安全可靠、支护有效的目的。 B、价格合理。选用价廉物美的产品。不要贪大求洋，但决不能用便宜次货。 C、安装方便。优先选用机械化安装的锚杆，有利于提高安装效率，保证工程质量，加快施工进度。 D、货源充足，供应有保证。选择时考虑供方产量，运输条件。原则是不能影响生产。 总之，选用锚杆要全面考虑。优先选用树脂锚杆、管缝锚杆和泵注砂浆锚杆。煤巷不宜用砂浆锚杆倒楔式和涨壳式锚杆。,