车集煤矿硐室喷射层布式高韧性纤维混凝土支护.pdf

总第 1 3 6期 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 52 7 9 8 2 0 1 1 01 0 1 2 车集煤矿硐 室喷射层布式高韧性纤维混凝土支护 韩文静 ， 宋进朝 ( 永城 职业学院 矿业S - 程 系， 河南 永城4 7 6 6 0 0 ) 摘要 ： 针对煤矿硐室 断面跨 度大 ， 围岩稳定性差的状况 ， 用喷射层布式 高韧性纤维混 凝土配合 锚 网喷、 锚 索 支护技术 ， 从而缩短 施工工期 ， 减少投 入 ， 避免喷层 开裂 ， 有效支护硐室 。 关键词 ： 硐 室； 层布 式； 高韧性纤维混凝土 ； 锚 网喷 支护 中图分类号 ： T D 3 5 4 文献标 识码 ： B 文章 编号 ： 1 0 0 5 2 7 9 8 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 3 3 0 2 煤矿在硐室施工时普遍采用喷素混凝土配合锚 网支护 ， 素混凝土构筑 的喷层 ， 在凝 固过程 中， 混凝 土 内部产生很多原生的小裂缝 ， 影响 了抗拉强度及 断裂韧性 的提高， 深井软岩巷道围岩变形量大 ， 支护 强度要求 高 ， 要 求 支护材 料有一 定 的变形 量 和韧 性 一。针对这一特点提出了用层布式高韧性纤维 混凝土代替素混凝土的方案。钢纤维和聚丙烯纤维 对混凝土起到增强作用的同时提高混凝土的韧性 和 抗应变能 。在车集矿 2 6 1 4巷道工程 中进行 了喷射 层布式高韧性纤维混凝土支护 ， 通过现场实施 ， 巷道 压力显现明显好转 ， 硐室破坏变形得到有效的控制 ， 取得 了较好的技术经济效果 。 1 工程及地质概况 1 1 试 验 巷道概 况 绞车房及液控硐拳设计总长度 1 6 I Y I ， 其 中绞车 房 1 0 m， 液控硐室 6 m。绞车房净宽 7 I n ， 净高 5 m， 直墙半圆拱型断面 ， 净面积 2 7 6 13 1 ； 液控硐室净宽 5 n q ， 净高 4 I n ， 直墙半圆拱型断面 ， 净面积 1 6 3 l I 1 。 1 2 水文地质情况 液控硐室位于二叠 系山西组二，煤层 ， 岩石普 氏 系 数 为2 4 ，破 碎 。 巷 道 底 板 标 高 一 4 9 6 4 7 8 IT I ， 井下巷道施工揭露的水文地质情况 ， 最 大涌水 量4 5 0 m h 。 2 硐室支护参数 1 ) 采 用金属网 +喷射层布式纤维混凝 土 + 锚杆联合支护 ， 巷道全断面使用左旋螺纹钢锚杆 ， 锚 杆规格为 D 2 0 mm X 2 2 0 0 I Y l n l ， 其间排距为 ： 液控硐 室 1 0 m1 0 m， 距底板高度不大于 4 0 0 mm， 底角 锚杆 下扎 角度 为 2 0 。 。 2 ) 巷道全断 面喷浆 ， 其 中初 喷厚度 为 2 0 3 0 m m的素混凝土 ， 复喷厚度为 9 01 0 0 m i l l 的层 布 式纤维混凝土， 复喷前在拱部铺第 2层钢筋网， 第 2 层 钢 筋 网 与 成 型 后 巷 道 轮 廓 线 间 距 3 0 4 0 mm E ， 3 ) 初 喷 后 在 巷 道 拱 部 采 用 小 孔 径 锚 索 ( D 1 5 2 4 mm的钢 绞线加工 )进行加 强支护， 液控 硐室每排 3根 ， 其排距为 1 5 0 0 m m。锚索垂直岩面 布置 ， 锚索长度为 2 0 0 0 m m， 利 用 四卷 K 2 3 5 0树脂 药卷全长锚固 ， 锚索预拉力 为 9 0 k N。锚索间采用 横 向钢筋梯连接。 4 ) 每根锚杆均采用树脂药卷加长锚 固， 每根 锚杆用型号为 MS K 2 3 5 0树脂锚 固剂两卷。设 计锚 固力 8 0 k N( 用 ML K一2 0型锚杆拉力计测 时， 读数 达到 2 5 MP a ) ， 铁托盘为 1 5 0 m m x 1 5 0 mm8 m m； 巷道全断面铺设钢筋 网( 由 D8 0 I Y I 1T I 钢筋焊 制而 成 ) ， 网格 1 5 0 m m1 5 0 to n i ， 网片搭接长度 9 0 m m， 每隔 2 0 0 m i l l用 1 2号铁 丝双股绑 扎 ， 喷厚合计 为 1 2 0 mm 3 施工要求 3 1 纤维 混 凝土原 材 料选择 1 ) 钢纤维 ： 武汉东洲钢纤维有限公司生产 的 剪切型钢纤维 ， 纤维长度为 2 0 2 5 m m， 长径 比为 6 0 ， 抗 拉 强 度 2 7 5l 5 0 0 MP a ， 弹 性 模 量 2 0 0 G P a ， 密度为 7 8 g c m ； 聚丙烯纤维 ： 美 国纤维网公 司生 产 的 F i b e me s h纤 维 网 聚 丙 烯 ， 抗 拉 强 度 5 6 0 7 7 0 MP a ， 弹性模 量 3 5 0 G P a ， 密度 0 9 1 g c m ，纤 维 长度 为 1 9 m i l l 。配合 比( g g I l l ) ： 水 泥 3 6 0 ， 石 子 1 3 0 0 ， 砂子 6 2 0， 水 4 7 0 ， 减 水 剂 5 0 ， 聚丙 烯纤 维 1 1 8 ( 体积分数 1 0 ) ， 钢纤维 ( 表层 2 c m) 的掺量 9 3 6。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 - 0 9 - 2 1 作者简介 ： 韩文静 ( 1 9 8 5一 ) ， 女 ， 河南永城人 ， 硕 士 ， 讲师 ， 从事矿业工程教学研究工作 。 3 3 转文静等： 车集煤矿硐室喷射层布式高韧性纤维混凝土支护 第2 0卷第1 期 2 ) 水泥采用 4 2 5普通硅 酸盐水泥 初凝时 间2 h ， 终凝时间 3 5 h ， 其性能指标应符合现行水泥 国家标 准 。添 加剂按 水泥质量 掺入 2 5 3 5 。 3 ) 细骨料 。为中砂 ， 细度模数 3 0 ， 表观密度 2 6 t m ， 含泥量 ( 0 1 5 n l i i l )不 大于 4 粒 ： 以平均粒径为 0 3 0 4 h i m的巾或中粗砂为宜( 导 热系数为 2 8 ) 4 ) 拌合用水。不含影 响水泥正常凝 结和硬 化的有害杂质 ( 油类 、 糖类 、 污水) 以及不含对纤维 及基体有腐蚀作用 ( p H值小于 4的酸性水和硫 酸 盐 含量超 过水重 的 l ) 的水均 叮使 用 。 3 2施工 方案 1 ) 机械设备。混合料搅拌机： 采用卧式混凝 土搅拌机。混凝土喷射 饥：采用潮喷上艺 ， 应能满 足生产能力 6 m h， 耗风 量 68 m ， 1 作 x 【 0 2 0 6 M P a ， 适用混 凝七水 灰 比 0 4 0 6 。 2 ) 拌料丁 艺。混凝土配合 比称重每次配量 根据水泥：砂：石 = 1 ：1 7 2 ：1 3 1 ， 经搅拌后的 纤维能充分分散在混合料中， 搅拌投料要均匀 ， 防止 纤维结 团 。 3 ) 喷射 采用潮 喷施 r = 工 艺： 整喷射 风 压， 测压表控制在 0 1 5 0 2 MP a之间； 喷射总 顺序为先喷拱部 ， 后喷两边墙 ； 初 喷前 先敲帮问 顶， 敲掉活石 ， 初喷和复喷前必须用风水冲刷岩壁 ； 受喷面凹陷处应先喷素混凝土找平并清理干净基 底的存矸 ， 喷射 口与喷射而保持垂直 ， 距离为0 8 1 2 m， 喷 头 按 螺 旋 形 轨 迹 运 行， 螺 旋 圈 径 为 3 0 0 n l I i l ， 一圈压半圈， 均匀缓慢水平移动； 根据风压 与混凝土的供给量 以及周同环境条件 ， 使混凝土束 的焦点恰好落于岩面 ， 水平方向旋转移动律返喷 射一次喷到设计厚度。 。 。 4 实施效果 及结论 本硐室较同一个 队施工 的同等大小规格硐室 ， 采取锚网喷施工后集中砌筑混凝土节约 7 d ； 喷射纤 维 昆 凝土支护技术较砌筑混凝土支护施工合计少用 生料 5 9 2 i n ， 合计节余 3 8万元， 共投入纤维材料 费用 2万元 ， 两者相 比节余 3万元 ， 从经济效益上看 也是十分明显的。目前 ， 该硐室没有发现喷层开裂 、 巷道变形现象 ， 支护效果好。 参考文 献 ： 1 陈润锋 ，张国防 ，顺 罔芳 我 国合成 纤维混凝 土研究 与应用现状 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 1 ， 4( 2 )： 1 6 7一 l 7 3 2 牛远志 ， 朱赞 成 ， 毕水 志 ， 等 深井软 岩巷道 喷射高韧 性纤维混凝 土支f ， 1 技术 J 金属矿 山 ， 2 0 0 7 ( 1 0 ) ： 2 9 33 3 林东 ， 王 向伦 ， 陈 伟 车集煤矿 高应力复合顶 板煤 巷安全 支护技术探析 J 煤 矿开采 ， 2 0 0 8 ， 1 3( 2 ) ： 5 9 6 0 4 陈景涛 ， 张楠 ， 许巍 ， 等 层 布式混 杂纤 维混凝 土 弯曲韧性 的试验研究 J 华 中科技大 学学报 ： 城 市科 学版 ， 2 0 0 5 ， 2 2( 4 )： 7 27 4 5 j 卢哲安 ， 罗圈荣 ， 陈应波 ， 等 上下层布式钢纤维混凝 土的抗折强度 和增强机理研 究 J 武汉工业 大学学 报 ， 2 0 0 1 ， 2 3( 1 )： 5 55 9 6 赵围藩 ， 彭少民 钢纤维混凝土结构 M 北京：中国 建筑 工业 出版社 ，1 9 9 9 7 程东全 车集煤矿软岩硐室破坏 机理及加 固技术研究 J 焦作_ r 学 院学报 ， 1 9 9 9 ( 3 ) ： 2 2 3 2 2 7 !一 口 0 c一 一0 _ 一 ( 上接 第 2 6页) 及 回采巷 道 的伽置 ， 从 l而 N - 响由 广 片 的 安全 高效生 产 。 2 ) 1 2 3 0 9综放面采用放震动炮配合采煤机组 挑顶 卧底直 接通过 断层 ，同时在 过 断层 期 间采 取超 前拉架 、 带压移架和单体柱辅助移架 的方式进行有 效支护， 确保工作面过断层期间的顶板稳定 。 3 ) 通过 对 1 2 3 0 9综放 面过 断 层技 术研 究 ， 提 出过断层 期 间工作 向 、 采取 加 强 支 护 、 加快 推 进 及 加强管理和设备维护等发伞技术措施 。 参考文献 ： 1 刘 照辉 ， 刘 斌 跳采 在综采 作面 过 断层 【 J 的应用 3 4 责任编辑 ： 李 月成 一 一 一 J 煤炭工程 ， 2 0 0 8 ( 8 ) ： 3 5 3 6 2 杨 盂 达 煤 矿 地 质 学 M 北 京 ： 煤 炭 业 出 版社 ， 2 00 0： 1 2 6 1 2 7 ： 3 郭美玲 1 5 3 0 2综 采 作 丽过 断层构造 J I l J 西煤 炭 管理干部学院学报 ， 2 0 O 9 ( 1 ) ： 9 3 9 4 ： 4 李慎举 ， 郭 伟勇 综采 面直接过 断层技术研究 J 煤炭 科技 ， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 2 3 1 责任编辑 ： 李月成