巷道與硐室支護

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梯形支架 金屬支架 拱形支架

巷道與硐室支護

正文

為保持圍岩穩定,對巷道和硐室進行支護的作業。早在2500年前,中國礦山就曾用木材、竹材、荊芭等製成的簡易支架,支護巷道。20世紀50年代後期,為節約木材,大量採用金屬、混凝土、鋼筋混凝土支架。20世紀60年代,新型的錨噴支護得到廣泛套用。目前常用的支架,有以下幾種:
梯形支架 多用在地壓小、服務年限短的巷道中,由木材、金屬或鋼筋混凝土構成。
木支架 由頂梁、兩柱和背板組成,為最古老的支架方式。強度小,不防水,易腐朽,套用日益減少。
金屬支架 一般以礦用工字鋼(見型材)製成,為一梁二柱。支架外圍用木或鋼筋混凝土背板楔緊。強度大,能防火,使用時間較長,可回收復用,是一種較經濟實用的支架。
裝配式鋼筋混凝土支架 用鋼筋混凝土製成可裝配的立柱和預應力頂梁。構件截面為矩形,梁和柱用親口連線,接頭處應墊有防腐的木板,以增大支架的可縮性。在樑柱和圍岩之間還應裝鋼筋混凝土背板,支架間設撐桿,以增加支架在巷道軸線方向的穩定性。
拱形支架 由抗壓大的材料,如料石、混凝土、特製型鋼等製成,用於地壓大,服務年限長的巷道與硐室中。支架頂部呈拱形,受力以壓應力為主,彎矩較小,可更好地發揮拱形支架抗壓能力大的特點。
石材支架() 用料石或混凝土砌築,由拱、牆和基礎組成,又名。拱有半圓拱、圓弧拱三心拱三種。半圓拱屬高頂拱,抗壓能力大,施工方便,但開掘量大,斷面利用率低。圓弧拱受力性能和半圓拱相近,開掘量較小,用於岩石較穩定、斷面較大的巷道和硐室中。三心拱屬低頂拱,易在大圓和小圓接茬處破裂。
可縮性金屬支架 用特殊型鋼做成的可縮性拱形支架。這種支架由三節(或多節)U形鋼構件組成,並用螺栓箍緊(圖1)。頂壓較大時,頂部構件的曲率半徑r應小於兩幫柱腿的曲率半徑R。在地壓作用下,r 逐漸增大,在搭接處的軸向力大於螺栓箍緊所產生的摩擦力時,構件間便相對滑移,產生可縮性。除具有金屬梯形支架優點外,特別適用於在動壓影響下圍岩變形大的巷道。

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圓形與馬蹄形支護 巷道通過鬆軟和具有膨脹性的岩層,四周地壓均較大時,可用料石、混凝土砌塊或現澆混凝土砌築受力好的圓形或馬蹄形。地壓特大時,在掘進巷道過程中向岩幫挖若干壓力釋放槽,在支架與圍岩間充填一定厚度的鋸末或爐渣,或在體砌塊間加木板,使作用到支架上的應力得到緩減。中國礦山套用這種讓壓技術,獲得良好的支護效果。
錨噴支護 由錨桿與噴射混凝土(或砂漿)聯合支護,使支架與圍岩結合成整體的承載結構,也可單獨使用錨桿或噴射混凝土進行支護。錨噴支護結構簡單,巷道斷面利用率高,易機械化施工,進度快,造價低,有利於快速施工,是中國普遍採用的支護方式。常用的有:①錨桿支護;②噴射混凝土支護;③錨桿與噴射混凝土聯合支護;④錨桿加金屬網與噴射混凝土聯合支護。
錨桿支護 用鑿岩機或錨桿打眼機在圍岩中鑽眼,在眼內安裝錨桿,加固岩體。錨桿長度一般為1.4~1.8m,間距 0.6~1.0m。有矩形和梅花形布置。錨入方向應儘量垂直岩石層理面。錨桿的作用機理(圖2)包括:①懸吊作用,用錨桿將厚度不大的軟岩層吊掛在上部堅硬的岩層上;②組合梁作用,用錨桿將層狀岩石穿錨組合成梁,提高岩層承載能力;③擠壓加固作用,圍岩鬆軟、破碎時,用施加預應力的錨桿把碎裂的圍岩加固,形成岩石擠壓帶。

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錨桿按材料可分:金屬錨桿、木錨桿、壓縮木錨桿、砂漿錨桿樹脂錨桿等。金屬錨桿按錨固形式又分為楔縫式、倒楔式、漲殼式和管縫式錨桿等。中國研製的CGM-140錨桿鑽裝機見圖3。

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噴射混凝土支護 按混凝土級配要求,將水泥、砂、碎石和速凝劑,攪拌均勻後裝入混凝土噴射機,用壓縮空氣沿管路送至噴嘴加水混合,噴射到圍岩表面,凝結、硬化後形成混凝土層,此法通稱乾噴法。採用乾噴法的混凝土噴射機,有雙罐式、轉盤式(圖4)和螺鏇式三種。中國目前多用乾噴法。為減少粉塵濃度,降低回彈量,提高噴層質量,正在研究改進濕噴法。

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配圖

為了操作人員的健康,為了降低勞動強度,目前國內的礦山,例如寶鋼、首鋼、武鋼等國內大型鋼鐵企業,已開始採用技術成熟可靠,來自芬蘭NORMET的濕噴技術。使用該設備有以下優點:

1、減少粉塵,改善工作環境;

2、提高噴射效率,噴射混凝土流量理論上可以達到33立方/小時;

3、提高噴射質量;

4、降低回彈;

5、速凝劑自動配料,節約速凝劑;

6、新技術引用,促進礦山企業機械化施工,始終走在時代的前列。

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