地下工程锚喷支护设计.doc

1、目录课 程 设 计 说 明 书11 原始条件1某直墙半园拱地下工程的掘进宽度5200mm，墙高1400mm,总高度4000mm。1（1）地质条件：地下工程最大埋深450m，f46，岩体裂隙发育、易风化。1（2）松动圈大小：松动圈分别为900mm和2500mm。12支护型式确定1（1） 支护型式选择的原则1（2）可能选用的支护型式2（3） 方案比较、确定合理支护型式23支护参数确定3（1） 锚杆长度、间排距、锚杆直径3（2） 喷射钢纤维混凝土强度、厚度、配合比等；9（3） 金属网：钢丝直径、网格尺寸104支护施工工艺设计10（1） 光面爆破，预留100mm的变形；10初喷钢纤维混凝土封闭围岩，1

2、15 绘制地下工程支护设计图116 参考文献114乔卫国，孟庆彬.深部高应力膨胀性软岩巷道锚注支护技术及相似模拟试验研究J.矿冶工程（2011-04）：24-2811课 程 设 计 说 明 书1 原始条件某直墙半园拱地下工程的掘进宽度5200mm，墙高1400mm,总高度4000mm。（1）地质条件：地下工程最大埋深450m，f46，岩体裂隙发育、易风化。（2）松动圈大小：松动圈分别为900mm和2500mm。2支护型式确定（1） 支护型式选择的原则技术先进： 对于支护技术，应当采用目前最为先进，最为有效，施工最为快捷，方便的支护技术，例如，采用钢纤维喷射混凝土，预应力锚索，自钻式锚杆，高强预

3、拉力锚杆，小孔径高强预应力锚索，高强让压锚杆10,等先进的支护构构件与技术。安全可靠： 在支护施工中，安全始终要放在最高位置，必须提起高度重视，在施工中要做到一丝不苟，将每一个支护构件准时安装到位，通风安全，施工安全，支护施工顺序，支护时间确定，排水防水，瓦斯的排出与爆炸预防措施，均要在确定时严格遵照规范，确保安全可靠。经济合理： 巷道没米的支护成本随着支护方法的变化有较大的浮动，每米支护成本的变化对支护成本的节省有重要意义，所以在安全可靠合理的前提下，必须是支护 成本达到最低，以节省经济开支，提高煤矿整体利润，具体做法是在锚杆锚索的选用，混凝土的使用量，喷射层厚度的确定组合等许多方面达到最佳

4、组合，并且加快施工进程，使支护成本达到最低，而支护又能维持巷道长期未定服务的优化组合。操作简便： 在支护过程中须有一定的让压变形时间，以使围岩的自承能力达到最大，因此必须提高施工效率，加快施工速度。由此可以得出，必须使支护操作简便，以加快施工速度，减少施工支护成本，相应的采取机械化施工，优化施工组合与支护顺序。（2）可能选用的支护型式矿用工字钢金属棚、新奥法支护、喷射混凝土、单一的锚注或预应力锚索支护、锚喷网联合支护（3） 方案比较、确定合理支护型式 矿用工字钢金属棚：是一种被动支护形式，巷道变形量大、修复困难；顶板易离层、棚梁上方形成的煤层破碎区，易自然发火；支护劳动强度大，施工速度慢，支护

5、成本高。 新奥法支护：是一种被动支护形式，被动等稳；适用于地质条件优良地应力低的巷道支护；只能调动浅部围岩的强度，对高应力软岩支护效果差；喷射混凝土：回弹量高，喷射混凝土施工中，部分材料回弹落地是难以避免的，但回弹过多，既浪费材料，且在一定程度上改变了混凝土的配合比，使喷层强度降低。粉尘大，干式喷射混凝土的水是在喷头处加入的，水与干拌合料的混合时间很短，故易产生粉尘。装干料时或设备密封不良，也会产生粉尘。由于喷射混凝土水泥用量较大，含砂量较高，喷层又是大面积薄层结构，加入速凝剂后迅速凝结，这就使混凝土在凝结期的收缩量大为减少，而硬化期的收缩量则明显增大，使喷层产生有规则的收缩裂缝，降低了喷层的

6、强度。单一的锚注或预应力锚索支护： 松动圈围岩中，围岩松动破裂范围普遍大于锚杆长度，因而锚杆不能够破碎围岩锚固在稳定岩层中； 当巷道或硐室断面较大时，其轮廓线上的曲率半径较大，特别是位于拱基线以上的破碎围岩，锚杆支护的组合拱效应并不明显，而且组合拱的强度往往也不能保持围岩的稳定； 锚固范围外的破裂岩体，在膨胀过程中对锚固部分的岩体和锚杆施加较大的压剪力，在工程中往往发生锚杆挤出、锚杆间破碎围岩松动掉落等现象，最终导致发生冒顶事故； 喷射混凝土强度太低，厚度太薄，喷层厚度不均局部的喷层太薄锚喷网联合支护： 改变松动圈内围岩松散破碎、整体性差的状况，以提高围岩的整体性强度； 充分利用松动圈外较稳定

7、岩体的抗破坏能力和巷道松动圈内破裂岩体，一起抵抗围岩的变形失稳，并且对围岩内侧提供较强的应力和位移约束，限制围岩表面的过大变形； 可以使破碎围岩保持较好的整体性、较高的承载力和较强的让压与抗变形能力; 可以对围岩施加外部应力和位移约束，相当于提高了围岩的侧向围压，从而可以提高松动圈内围岩的强度，而其独有的长度优势，则可以达到充分利用深部围岩强度，以增加松动圈内破裂岩体抗破坏、抗变形的能力。上述方案经综合比较最终选锚喷网联合支护，所用锚杆为树脂药卷锚杆，混凝土为钢纤维喷射混凝土。3支护参数确定（1） 锚杆长度、间排距、锚杆直径松动圈为900mm中松动圈，碎胀变形较小，由于锚杆可以穿过松动圈厚度可

8、用悬吊原理设计锚喷支护，悬吊作用是利用锚杆将软弱岩层或危岩吊挂于上部坚固稳定的岩层上，由杆来承担其重量。 锚杆长度LL1KLpL2式中：L锚杆长度，mm； L1锚杆锚入弹塑性区的深度。机械锚固时，一般为300-400mm，围岩强度较小时取较大值，反之取较小值；树脂药卷锚固时，取700mm。 K 安全系数，一般取1.5-2； Lp围岩松动圈的值，mm； L2锚杆的外露长度，常取L250-100mm；本设计中锚杆为树脂药卷锚固，K取1.5，Lp 为900mm，L1取700mm, L2取100mm，将数据代入公式得： L700+1.5*900+100=2150mm=2.15m 间排距 间排距一般为0

9、.8m-1m,松动圈为900mm时，中松动圈，根据经验及工程类比，本设计中间排距取值为1.0m。 经验公式：a1.0m 所取间排距满足要求 锚杆直径 锚杆杆体所用材料为高强度螺纹钢BHRB400,抗拉极限强度为570Mpa，锚杆的工作荷载一般取极限抗拉强度的50%-70%（即0.5-0.7），本设计中取0.5，所以=0.5*570=285 Mpa。 取值25-35，本设计中取35，G=1*1*35*0.9=31.5kn，本设计中k安全系数取2 ，则Q=63kn将上述数值代入公式: d = （4Q）/() = 16.78mm 锚杆的直径一般为18mm-22mm,为施工方便本设计中顶部锚杆直径取1

10、8mm，帮锚和底锚受力比顶锚受力小，直径比顶锚小，根据经验及工程类比，帮锚和底锚的直径取16mm。松动圈为2500mm 大松动圈，碎胀变形大，按压缩拱理论计算，该理论认为：在拱形巷道围岩的破裂区中安装锚杆后，形成一个较大厚度和较高的强度承压拱，以承受荷载。 锚杆长度b（Ltga)/tg La式中：b组合拱的厚度； L锚杆的长度； a锚杆的间排距； 锚杆对破裂岩体的压力角，经试验知接近450。 即L ba a取0.6,b取1.5，将数据代入公式得： L 0.6+1.5=2.1m 考虑到锚杆两端组合拱外的长度，在2.1m的基础上加上一定长度作为锚杆两端的补偿，取值0.4m,即L=2.1+0.4=2

11、.5m，所以锚杆的最终长度为2.5m. 间排距 间排距取值一般为0.6-0.8m,松动圈为2500mm时，大松动圈，根据经验及工程类比，本设计中间排距取值为0.6m。锚杆直径初设锚固力为150kn, 锚杆杆体所用材料为高强度螺纹钢BHRB400,抗拉极限强度为570Mpa，锚杆的工作荷载一般取极限抗拉强度的50%-70%（即0.5-0.7），本设计中取0.7，所以=0.7*570=399Mpa。 Q=150kn，=399Mpa, 将数据代入公式得： d = （4Q）/() = 22.02mm锚杆的直径一般为18mm-22mm,为施工方便本设计中顶部锚杆直径取22mm，帮锚和底锚受力比顶锚受力小

12、，直径比顶锚小，根据经验及工程类比，帮锚和底锚的直径取20mm。（2） 喷射钢纤维混凝土强度、厚度、配合比等； 喷射钢纤维混凝土强度根据经验及工程类比，喷射钢纤维混凝土强度取为c20。 喷射钢纤维混凝土厚度松动圈为900mm时，中松动圈，根据设计规范喷射混凝土厚度=80mm，根据经验及工程类比，本设计中厚度取为60mm。松动圈为2500mm时，大松动圈，根据设计规范喷射混凝土厚度=120mm，根据经验及工程类比，本设计中厚度取为120mm。 喷射钢纤维混凝土配合比 钢纤维：喷射用钢纤维除满足韧度系数力学性能要求外，还必须满足搅拌不结团和喷射不堵管的要求，一般碳素钢纤维的抗拉强度不得低于380M

13、Pa，钢纤维的直径应控制在0.30.5mm，钢纤维的长度2025mm，钢纤维掺量应为混合料质量的3%6% (规格：1=30mm，d=05mm，钢丝冷拉而成，两端有弯钩，每3O一5O根用水溶性胶合剂粘结成一束钢纤维束，钢纤维束遇水后即迅速分散)。砂：应采用坚硬耐久的中砂或粗砂，细度模数应大于2.5，含泥量要小于3。细砂会增加喷射混凝土的干缩变形，过细的粉砂易产生粉尘，影响操作人员的身体健康，用5mm筛网过筛。粗骨料：最大粒径为lOmm的连续级配骨料，机制骨料应用5mm和lOmm筛网分别筛去石粉和大粒径骨料。水泥：525号普通硅酸盐水泥(或更高标号)水：饮用水及洁净天然水可以作为喷射混凝土混合水。

14、混合水不应含有影响水泥正常凝结与硬化的物质，不得使用污水和酸性水。速凝剂：用量一般约为水泥用量的2.54%。由于喷射混凝土施工工艺的特点，在选择喷射混凝土配比时，既要满足支护方面的要求，还应考虑施工工艺的要求水灰比04的净浆试验满足初凝小于5min，终凝小于lOmin； 减水剂：高效减水剂(根据需要添加)。根据经验及工程类比,本设计中喷射钢纤维混凝土配合比如下表：钢纤维含量（%）砂率（%）水灰比塌落度（cm）单位用量（公斤/每立方米）钢纤维水泥砾石砂水1.5-1.8460.453-512045012101035200（3） 金属网：钢丝直径、网格尺寸 钢丝直径 钢丝直径一般取4mm-6mm,

15、根据经验及工程类比，本设计中钢丝直径取5mm。 网格尺寸网格尺寸一般取100mm-200mm, 根据经验及工程类比，本设计中钢丝直径取100mm，即网孔为100mm100mm。4支护施工工艺设计松动圈为900mm（1） 光面爆破，预留100mm的变形；初喷钢纤维混凝土封闭围岩，5 绘制地下工程支护设计图巷道支护设计断面图6 参考文献1何满潮，孙晓明，等. 中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南. 北京：科学出版社，2004.2李树清，李达军. 锚、喷、网、索、注联合支护技术在极软岩巷道中的应用. 湖南科技大学，2008.3崔明宇. 浅谈钢纤维混凝土及施工工艺. 中铁十三局集团有限公司.4乔卫国

16、，孟庆彬.深部高应力膨胀性软岩巷道锚注支护技术及相似模拟试验研究J.矿冶工程（2011-04）：24-285闫文德，薄福利等. 松散破碎型软岩巷道支护技术研究. 盛源矿业有限公司. 6宋晓辉. 锚固加固软岩巷道机理及合理注浆时间的确定. 山东科技大学硕士论文. 2008.7张伟. 深井高应力软岩巷道支护技术实验研究. 山东科技大学硕士论文.2007.8张向东，张树光，刘松，等. 锚杆支护配套技术与施工. 北京：中国计划出版社，2003.9袁亮等. 软岩巷道支护参数的确定. 煤矿支护.2002年第二期.10乔卫国. 地下工程授课资料. 山东科技大学土建学院. 2012. 在此对乔卫国教授在本设计中对学生的辛勤指导与无私帮助表示诚挚的感谢。.忽略此处.