地下工程錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)地下工程課程設(shè)計(jì)論文

1、 . . . 地下工程錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書1 原始條件某直墻半園拱地下工程的掘進(jìn)寬度5200mm，墻高1400mm,總高度4000mm。（1）地質(zhì)條件：地下工程最大埋深450m，f46，巖體裂隙發(fā)育、易風(fēng)化。（2）松動(dòng)圈大小：松動(dòng)圈分別為900mm和2500mm。2支護(hù)型式確定（1） 支護(hù)型式選擇的原則技術(shù)先進(jìn)： 對(duì)于支護(hù)技術(shù)，應(yīng)當(dāng)采用目前最為先進(jìn)，最為有效，施工最為快捷，方便的支護(hù)技術(shù)，例如，采用鋼纖維噴射混凝土，預(yù)應(yīng)力錨索，自鉆式錨桿，高強(qiáng)預(yù)拉力錨桿，小孔徑高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索，高強(qiáng)讓壓錨桿10,等先進(jìn)的支護(hù)構(gòu)構(gòu)件與技術(shù)。安全可靠： 在支護(hù)施工中，安全始終要放在最高位置，必須提

2、起高度重視，在施工中要做到一絲不茍，將每一個(gè)支護(hù)構(gòu)件準(zhǔn)時(shí)安裝到位，通風(fēng)安全，施工安全，支護(hù)施工順序，支護(hù)時(shí)間確定，排水防水，瓦斯的排出與爆炸預(yù)防措施，均要在確定時(shí)嚴(yán)格遵照規(guī)，確保安全可靠。經(jīng)濟(jì)合理： 巷道沒(méi)米的支護(hù)成本隨著支護(hù)方法的變化有較大的浮動(dòng)，每米支護(hù)成本的變化對(duì)支護(hù)成本的節(jié)省有重要意義，所以在安全可靠合理的前提下，必須是支護(hù) 成本達(dá)到最低，以節(jié)省經(jīng)濟(jì)開(kāi)支，提高煤礦整體利潤(rùn)，具體做法是在錨桿錨索的選用，混凝土的使用量，噴射層厚度的確定組合等許多方面達(dá)到最佳組合，并且加快施工進(jìn)程，使支護(hù)成本達(dá)到最低，而支護(hù)又能維持巷道長(zhǎng)期未定服務(wù)的優(yōu)化組合。操作簡(jiǎn)便： 在支護(hù)過(guò)程中須有一定的讓壓變形時(shí)間，

3、以使圍巖的自承能力達(dá)到最大，因此必須提高施工效率，加快施工速度。由此可以得出，必須使支護(hù)操作簡(jiǎn)便，以加快施工速度，減少施工支護(hù)成本，相應(yīng)的采取機(jī)械化施工，優(yōu)化施工組合與支護(hù)順序。（2）可能選用的支護(hù)型式礦用工字鋼金屬棚、新奧法支護(hù)、噴射混凝土、單一的錨注或預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)、錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)（3） 方案比較、確定合理支護(hù)型式礦用工字鋼金屬棚：是一種被動(dòng)支護(hù)形式，巷道變形量大、修復(fù)困難；頂板易離層、棚梁上方形成的煤層破碎區(qū)，易自然發(fā)火；支護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工速度慢，支護(hù)成本高。新奧法支護(hù)：是一種被動(dòng)支護(hù)形式，被動(dòng)等穩(wěn)；適用于地質(zhì)條件優(yōu)良地應(yīng)力低的巷道支護(hù)；只能調(diào)動(dòng)淺部圍巖的強(qiáng)度，對(duì)高應(yīng)力軟巖支護(hù)效果差；

4、噴射混凝土：回彈量高，噴射混凝土施工中，部分材料回彈落地是難以避免的，但回彈過(guò)多，既浪費(fèi)材料，且在一定程度上改變了混凝土的配合比，使噴層強(qiáng)度降低。粉塵大，干式噴射混凝土的水是在噴頭處加入的，水與干拌合料的混合時(shí)間很短，故易產(chǎn)生粉塵。裝干料時(shí)或設(shè)備密封不良，也會(huì)產(chǎn)生粉塵。由于噴射混凝土水泥用量較大，含砂量較高，噴層又是大面積薄層結(jié)構(gòu)，加入速凝劑后迅速凝結(jié)，這就使混凝土在凝結(jié)期的收縮量大為減少，而硬化期的收縮量則明顯增大，使噴層產(chǎn)生有規(guī)則的收縮裂縫，降低了噴層的強(qiáng)度。單一的錨注或預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)： 松動(dòng)圈圍巖中，圍巖松動(dòng)破裂圍普遍大于錨桿長(zhǎng)度，因而錨桿不能夠破碎圍巖錨固在穩(wěn)定巖層中； 當(dāng)巷道或硐室斷

5、面較大時(shí)，其輪廓線上的曲率半徑較大，特別是位于拱基線以上的破碎圍巖，錨桿支護(hù)的組合拱效應(yīng)并不明顯，而且組合拱的強(qiáng)度往往也不能保持圍巖的穩(wěn)定； 錨固圍外的破裂巖體，在膨脹過(guò)程中對(duì)錨固部分的巖體和錨桿施加較大的壓剪力，在工程中往往發(fā)生錨桿擠出、錨桿間破碎圍巖松動(dòng)掉落等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致發(fā)生冒頂事故；噴射混凝土強(qiáng)度太低，厚度太薄，噴層厚度不均局部的噴層太薄錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)： 改變松動(dòng)圈圍巖松散破碎、整體性差的狀況，以提高圍巖的整體性強(qiáng)度； 充分利用松動(dòng)圈外較穩(wěn)定巖體的抗破壞能力和巷道松動(dòng)圈破裂巖體，一起抵抗圍巖的變形失穩(wěn)，并且對(duì)圍巖側(cè)提供較強(qiáng)的應(yīng)力和位移約束，限制圍巖表面的過(guò)大變形； 可以使破碎圍巖保持較

6、好的整體性、較高的承載力和較強(qiáng)的讓壓與抗變形能力; 可以對(duì)圍巖施加外部應(yīng)力和位移約束，相當(dāng)于提高了圍巖的側(cè)向圍壓，從而可以提高松動(dòng)圈圍巖的強(qiáng)度，而其獨(dú)有的長(zhǎng)度優(yōu)勢(shì)，則可以達(dá)到充分利用深部圍巖強(qiáng)度，以增加松動(dòng)圈破裂巖體抗破壞、抗變形的能力。上述方案經(jīng)綜合比較最終選錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，所用錨桿為樹(shù)脂藥卷錨桿，混凝土為鋼纖維噴射混凝土。3支護(hù)參數(shù)確定（1） 錨桿長(zhǎng)度、間排距、錨桿直徑松動(dòng)圈為900mm中松動(dòng)圈，碎脹變形較小，由于錨桿可以穿過(guò)松動(dòng)圈厚度可用懸吊原理設(shè)計(jì)錨噴支護(hù)，懸吊作用是利用錨桿將軟弱巖層或危巖吊掛于上部堅(jiān)固穩(wěn)定的巖層上，由桿來(lái)承擔(dān)其重量。 錨桿長(zhǎng)度LL1KLpL2式中：L錨桿長(zhǎng)度，mm；

7、L1錨桿錨入彈塑性區(qū)的深度。機(jī)械錨固時(shí)，一般為300-400mm，圍巖強(qiáng)度較小時(shí)取較大值，反之取較小值；樹(shù)脂藥卷錨固時(shí)，取700mm。 K 安全系數(shù)，一般取1.5-2；Lp圍巖松動(dòng)圈的值，mm；L2錨桿的外露長(zhǎng)度，常取L250-100mm；本設(shè)計(jì)中錨桿為樹(shù)脂藥卷錨固，K取1.5，Lp 為900mm，L1取700mm, L2取100mm，將數(shù)據(jù)代入公式得：L700+1.5*900+100=2150mm=2.15m間排距 間排距一般為0.8m-1m,松動(dòng)圈為900mm時(shí)，中松動(dòng)圈，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與工程類比，本設(shè)計(jì)中間排距取值為1.0m。 經(jīng)驗(yàn)公式：a<=0.5L 式中：a間排距，mm;L錨桿長(zhǎng)度，

8、mm； 0.5L=1075mm=1.075m>1.0m 所取間排距滿足要求錨桿直徑 錨桿桿體所用材料為高強(qiáng)度螺紋鋼BHRB400,抗拉極限強(qiáng)度為570Mpa，錨桿的工作荷載一般取極限抗拉強(qiáng)度的50%-70%（即0.5-0.7），本設(shè)計(jì)中取0.5，所以=0.5*570=285 Mpa。取值25-35，本設(shè)計(jì)中取35，G=1*1*35*0.9=31.5kn，本設(shè)計(jì)中k安全系數(shù)取2 ，則Q=63kn將上述數(shù)值代入公式: d = （4Q）/() = 16.78mm 錨桿的直徑一般為18mm-22mm,為施工方便本設(shè)計(jì)中頂部錨桿直徑取18mm，幫錨和底錨受力比頂錨受力小，直徑比頂錨小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與工

9、程類比，幫錨和底錨的直徑取16mm。松動(dòng)圈為2500mm 大松動(dòng)圈，碎脹變形大，按壓縮拱理論計(jì)算，該理論認(rèn)為：在拱形巷道圍巖的破裂區(qū)中安裝錨桿后，形成一個(gè)較大厚度和較高的強(qiáng)度承壓拱，以承受荷載。錨桿長(zhǎng)度b（L×tga)/tg La式中：b組合拱的厚度；L錨桿的長(zhǎng)度；a錨桿的間排距；錨桿對(duì)破裂巖體的壓力角，經(jīng)試驗(yàn)知接近450。即L ba a取0.6,b取1.5，將數(shù)據(jù)代入公式得：L 0.6+1.5=2.1m考慮到錨桿兩端組合拱外的長(zhǎng)度，在2.1m的基礎(chǔ)上加上一定長(zhǎng)度作為錨桿兩端的補(bǔ)償，取值0.4m,即L=2.1+0.4=2.5m，所以錨桿的最終長(zhǎng)度為2.5m.間排距 間排距取值一般為0

10、.6-0.8m,松動(dòng)圈為2500mm時(shí)，大松動(dòng)圈，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與工程類比，本設(shè)計(jì)中間排距取值為0.6m。錨桿直徑初設(shè)錨固力為150kn, 錨桿桿體所用材料為高強(qiáng)度螺紋鋼BHRB400,抗拉極限強(qiáng)度為570Mpa，錨桿的工作荷載一般取極限抗拉強(qiáng)度的50%-70%（即0.5-0.7），本設(shè)計(jì)中取0.7，所以=0.7*570=399Mpa。 Q=150kn，=399Mpa, 將數(shù)據(jù)代入公式得：d = （4Q）/() = 22.02mm錨桿的直徑一般為18mm-22mm,為施工方便本設(shè)計(jì)中頂部錨桿直徑取22mm，幫錨和底錨受力比頂錨受力小，直徑比頂錨小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與工程類比，幫錨和底錨的直徑取20mm。（2

11、） 噴射鋼纖維混凝土強(qiáng)度、厚度、配合比等； 噴射鋼纖維混凝土強(qiáng)度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與工程類比，噴射鋼纖維混凝土強(qiáng)度取為c20。 噴射鋼纖維混凝土厚度松動(dòng)圈為900mm時(shí)，中松動(dòng)圈，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)噴射混凝土厚度<=80mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與工程類比，本設(shè)計(jì)中厚度取為60mm。松動(dòng)圈為2500mm時(shí)，大松動(dòng)圈，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)噴射混凝土厚度<=120mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與工程類比，本設(shè)計(jì)中厚度取為120mm。 噴射鋼纖維混凝土配合比鋼纖維：噴射用鋼纖維除滿足韌度系數(shù)力學(xué)性能要求外，還必須滿足攪拌不結(jié)團(tuán)和噴射不堵管的要求，一般碳素鋼纖維的抗拉強(qiáng)度不得低于380MPa，鋼纖維的直徑應(yīng)控制在0.30.5mm，鋼纖維的長(zhǎng)度2

12、025mm，鋼纖維摻量應(yīng)為混合料質(zhì)量的3%6% (規(guī)格：1=30mm，d=05mm，鋼絲冷拉而成，兩端有彎鉤，每3O一5O根用水溶性膠合劑粘結(jié)成一束鋼纖維束，鋼纖維束遇水后即迅速分散)。砂：應(yīng)采用堅(jiān)硬耐久的中砂或粗砂，細(xì)度模數(shù)應(yīng)大于2.5，含泥量要小于3。細(xì)砂會(huì)增加噴射混凝土的干縮變形，過(guò)細(xì)的粉砂易產(chǎn)生粉塵，影響操作人員的身體健康，用5mm篩網(wǎng)過(guò)篩。粗骨料：最大粒徑為lOmm的連續(xù)級(jí)配骨料，機(jī)制骨料應(yīng)用5mm和lOmm篩網(wǎng)分別篩去石粉和大粒徑骨料。水泥：525號(hào)普通硅酸鹽水泥(或更高標(biāo)號(hào))水：飲用水與潔凈天然水可以作為噴射混凝土混合水?；旌纤粦?yīng)含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的物質(zhì)，不得使用污水和

13、酸性水。速凝劑：用量一般約為水泥用量的2.54%。由于噴射混凝土施工工藝的特點(diǎn)，在選擇噴射混凝土配比時(shí)，既要滿足支護(hù)方面的要求，還應(yīng)考慮施工工藝的要求水灰比04的凈漿試驗(yàn)滿足初凝小于5min，終凝小于lOmin；減水劑：高效減水劑(根據(jù)需要添加)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與工程類比,本設(shè)計(jì)中噴射鋼纖維混凝土配合比如下表：鋼纖維含量（%）砂率（%）水灰比塌落度（cm）單位用量（公斤/每立方米）鋼纖維水泥礫石砂水1.5-1.8460.453-512045012101035200（3） 金屬網(wǎng)：鋼絲直徑、網(wǎng)格尺寸 鋼絲直徑 鋼絲直徑一般取4mm-6mm, 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與工程類比，本設(shè)計(jì)中鋼絲直徑取5mm。 網(wǎng)格尺寸網(wǎng)格

14、尺寸一般取100mm-200mm, 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與工程類比，本設(shè)計(jì)中鋼絲直徑取100mm，即網(wǎng)孔為100mm×100mm。4支護(hù)施工工藝設(shè)計(jì)松動(dòng)圈為900mm（1） 光面爆破，預(yù)留100mm的變形；初噴鋼纖維混凝土封閉圍巖，5 繪制地下工程支護(hù)設(shè)計(jì)圖巷道支護(hù)設(shè)計(jì)斷面圖6 參考文獻(xiàn)1何滿潮，曉明，等. 中國(guó)煤礦軟巖巷道工程支護(hù)設(shè)計(jì)與施工指南. ：科學(xué)，2004.2樹(shù)清，達(dá)軍. 錨、噴、網(wǎng)、索、注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)在極軟巖巷道中的應(yīng)用. 科技大學(xué)，2008.3明宇. 淺談鋼纖維混凝土與施工工藝. 中鐵十三局集團(tuán).4喬衛(wèi)國(guó)，孟慶彬.深部高應(yīng)力膨脹性軟巖巷道錨注支護(hù)技術(shù)與相似模擬試驗(yàn)研究J.礦冶工程（2011-04）：24-285閆文德，薄福利等. 松散破碎型軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究. 盛源礦業(yè).