參考課程設計模板

1、地下工程施工課 程 設 計 說 明 書課 程 名 稱： 地 下 工 程 施 工 設 計 題 目： 巷道掘進施工及錨噴支護設計 年 級 專 業(yè)： 姓 名 學 號： 指 導 教 師： 于 洋 徐州工程學院土木工程學院年 月 日目 錄1 工程地質(zhì)條件1.1 工程概況吉林省某礦井+65皮帶大巷基本處于單斜構(gòu)造、巖層傾角在25°之間，區(qū)域內(nèi)對開拓巷道布置有影響的較大斷層有3條，即F13、F20、F37，均為正斷層。受其斷層應力牽引作用，層面將會出現(xiàn)破碎帶。+65皮帶大巷所在區(qū)域內(nèi)賦存兩層煤，即12層煤和13層煤。其中13層煤厚度在1.05.0m之間，夾石層較多，不可采。12層煤分層可采，夾石層

2、厚度不超過0.15m，煤質(zhì)較好，煤層層理較發(fā)育，煤質(zhì)堅硬，硬度f=2、煤層厚度在2.0m7.0 m之間。+65皮帶大巷采掘工程平面圖如圖1.1所示。圖1.1 采掘工程平面圖1.2 巷道變形特征+65皮帶大巷的變形主要以巷道整體收斂為主，且巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平烤^大。通過對+65皮帶大巷的圍巖地質(zhì)情況、變形特征和破壞程度進行分析，發(fā)現(xiàn)該巷道在不同地段的變形特征具有一定的共性，其原因主要有以下三方面：（1）巷道圍巖的巖性較差。通過鉆孔柱狀圖可以看出，巷道頂?shù)装寰鶠槟鄮r或者砂巖，部分地段巖層含水，圍巖的力學性能較差，且遇水易膨脹，所以巷道極易發(fā)生較大變形。（2）巷道斷面形狀選擇不合理。巷道斷面形狀

3、對圍巖的穩(wěn)定性有重要影響，對于抗壓強度低、流變性大、膨脹性強、地應力大的軟巖巷道優(yōu)先選用圓形或橢圓形較好，因為圓形或橢圓形巷道受力狀況好，便于封閉圍巖，收斂值小，并能充分發(fā)揮支護材料的抗壓性能，較有效防止圍巖原始應力惡化，底鼓受到抑制。原有的馬蹄形斷面對于巷道兩幫的和底板的控制極為不利。（3）支護方案不合理。通過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，支護方案不合理也是+65皮帶大巷發(fā)生大變形的重要原因。錨桿支護技術(shù)是一種先進的支護技術(shù)，通過對錨桿、錨索施加高預緊力可以實現(xiàn)對巷道的及時、主動支護。但是，現(xiàn)場出現(xiàn)錨桿支護材料和參數(shù)選擇不合理、施工質(zhì)量不達標等問題，極大的限制了錨桿支護作用的發(fā)揮，最終影響到巷道的穩(wěn)定性。1

4、.3 設計思路軟巖巷道工程本身所具有的大變形、大地壓、難支護等特性，決定了軟巖巷道支護技術(shù)的復雜性，單一的支護形式難以滿足軟巖巷道工程支護的需要。因此，在軟巖巷道工程支護技術(shù)方面，由過去單一的支護形式逐步發(fā)展為各種多次支護、聯(lián)合支護形式、并形成了各種系列支護技術(shù)，如錨噴、錨網(wǎng)噴、錨噴網(wǎng)架、錨噴網(wǎng)架支護系列技術(shù)、鋼架支護系列技術(shù)、鋼筋混凝土支護系列、料石碹支護系列技術(shù)、注漿加固系列技術(shù)和預應力錨索支護技術(shù)。工程實踐證明，上述支護形式都在軟巖巷道支護中有成功應用。特別是錨網(wǎng)、錨索支護形式，由于施工方便、勞動強度低等優(yōu)點，在生產(chǎn)現(xiàn)場中得到越來越多的應用。特別是近年來錨索技術(shù)的發(fā)展十分迅速，已成為礦井

5、軟巖巷道支護的重要技術(shù)，它能把深部圍巖強度調(diào)動起來，和淺部支護巖體共同作用，控制巷道穩(wěn)定性，這將是以后中國軟巖巷道支護的主流方向。吉林省某煤礦+65西翼皮帶大巷埋深約300m，且頂?shù)装逯饕獮槟鄮r和砂巖，巖石力學強度不高，遇水容易膨脹，屬于典型的軟巖巷道，巷道圍巖具有變形大、持續(xù)時間長、底鼓嚴重等特點。該巷道以前雖然采用錨網(wǎng)、錨索支護，但是現(xiàn)場存在支護參數(shù)不合理、支護材料質(zhì)量差、施工工序復雜、支護效果差等問題，使得錨網(wǎng)、錨索支護形式在軟巖巷道支護中的作用大大降低。本設計以某煤礦生產(chǎn)地質(zhì)資料和現(xiàn)有支護條件下巷道維護效果為依據(jù)，采用理論計算和工程實踐研究確定最優(yōu)的巷道支護形式和支護參數(shù)。設計中還規(guī)范

6、了錨桿施工工藝、明確了錨桿施工的質(zhì)量要求。最后針對試驗巷道制定了相應的礦壓觀測方案，通過觀測和分析現(xiàn)場礦壓數(shù)據(jù)，及時對支護參數(shù)做出相應調(diào)整，不斷優(yōu)化支護方案，保證巷道的支護效果。2 巷道掘進施工+65皮帶大巷穿越地區(qū)大部分圍巖等級相對較高，為了加快施工速度，保證開拓巷道的早日完工，同時也考慮到巷道本身斷面較大，可以為機械化施工提供足夠的空間。因此，本次設計巷道采用全斷面光面爆破的施工方法。2.1 光面爆破2.1.1 光面爆破作用機理光面爆破是上世紀50年代才發(fā)展起來的一種控制爆破技術(shù)，由于它具有明顯的優(yōu)越性，所以得到快速推廣應用。但巖石爆破過的程極為復雜，目前的理論研究很不成熟，所以對光面爆破

7、的作用機理也存在不同的觀點。（1）杜瓦兒和佩固等人提出的理論。該理論認為相鄰炮孔爆炸應力波疊加導致巖石受拉破壞而形成裂縫。（2）尹藤一郎等人提出的理論。該理論認為裂縫的形成主要是爆炸高壓氣體的作用，他們的鋁塊爆破實驗表明，不耦合系數(shù)為2.5時，空壁上的壓力值約為不耦合系數(shù)為1.1時的壓力值的，所以他們認為裂縫的形成主要是爆生氣體的高壓準靜態(tài)作用。（3）國內(nèi)理論認為裂縫面的形成是應力波和爆炸氣體共同作用的結(jié)果。認為應力波的主要作用是在炮孔周圍產(chǎn)生一些初始的徑向裂縫，在爆炸氣體的準靜態(tài)應力的作用下，使徑向裂縫進一步擴展。這種解釋比較符合實際情況，與現(xiàn)場工程相對吻合2.1.2 光面爆破的特點下面將現(xiàn)

8、場總結(jié)光面爆破的特點分述如下：（1）爆破后巖壁平整，減少了超挖、欠挖帶來的許多麻煩，節(jié)省了挖掘回填支護的工程量；（2）圍巖不受明顯的破壞，為巷道洞室的開挖和維護創(chuàng)造了良好的條件；（3）可以提高施工的安全性，工作面上幾乎不出現(xiàn)松石，在圍巖地質(zhì)條件不良的地帶施工，能保證工作正常的進行，不易觸發(fā)冒頂、滑坡等事故；（4）減少巖壁上的應力集中現(xiàn)象，這對地下工程防止巖爆危害起重要作用。2.1.3 光面爆破參數(shù)確定由于光面爆破的作用機理還沒有完全研究透徹，再加上巖石本身性質(zhì)的復雜性，目前還很難用理論計算的方法確定合理的爆破參數(shù)，所以常用的方法是工程類比法。常見的光面爆破參數(shù)見表2-1。表2-1 國內(nèi)地下工程

9、常用光爆參數(shù)圍巖情況洞室寬度/m光面爆破參數(shù)炮眼直徑爆眼間距光爆層厚線裝藥密度穩(wěn)定性好的中硬和堅硬巖石拱部<535-45600-700500-7000.20-0.30>535-45700-800700-9000.20-0.25側(cè)墻35-45600-700600-7000.20-0.25穩(wěn)定性較差或一般中硬巖到硬巖拱部<535-45600-700600-8000.20-0.25>535-45700-800800-10000.15-0.20側(cè)墻35-45600-700700-8000.20-0.25穩(wěn)定性差裂隙發(fā)育的松軟巖石拱部<535-45400-600700-90

10、00.10-0.18>535-45500-700800-10000.12-0.18側(cè)墻35-45500-700700-9000.15-0.20說明：炮眼直徑、爆眼間距、光爆層厚的單位是毫米，線裝藥密度的單位是千克/米。表2-2 錨噴支護規(guī)范中所給的光爆參數(shù)巖石類型單軸飽和抗壓強度裝藥不偶合系數(shù)周邊眼間距/mm光爆層厚度/mm硬巖>60MPa1.201.50550700700850中硬巖3060MPa1.502.00450650600750軟巖<30MPa2.002.50350600400600根據(jù)上述兩表中所列的光面爆破參數(shù)，結(jié)合+65皮帶大巷的圍巖條件，光面爆破參數(shù)的選定見

11、表2-3。表2-3 某巷道光面爆破參數(shù)表炮眼直徑爆眼間距光爆層厚度線裝藥密度-此處附巷道光面爆破炮眼布置圖。圖2.1 巷道光面爆破炮眼布置圖2.2 巷道支護新奧法施工2.2.1 新奧法概述新奧法是由希臘布希維茲教授創(chuàng)建的，于1963年正式命名的，目前已廣泛運用于歐美各個國家。所謂“新奧法”即為是在充分考慮圍巖自身承載能力的基礎上，對開挖巷道采用的支護工作，“新奧法”的“三大支柱”是錨桿支護、噴射混凝土支護和現(xiàn)場量測。新奧法不是一種純粹的理論，也不是一種施工方法，而是一種設計和施工融為一體的技術(shù)方法。新奧法施工的基本原則（1）合理利用和充分發(fā)揮巖體強度。地下的地質(zhì)條件相當復雜，甚至在同一巖層中，

12、巖性的好壞也會相差很大，巖石質(zhì)量的好壞是影響穩(wěn)定的最根本、最重要的因素。因而，應充分比較施工和維護穩(wěn)定兩方面經(jīng)濟合理的基礎上，盡量將工程位置設計在巖性好的巖層中；避免巖石強度的損壞；充分發(fā)揮巖體的承載能力；加固巖體。巖體的結(jié)構(gòu)面，破碎帶等結(jié)構(gòu)破壞是巖體破壞的主要因素，采用加固巖體的錨噴支護、注漿等經(jīng)濟的方法效果非常好。（2）改善圍巖的應力條件。選擇合理的隧道斷面形狀和尺寸；選擇合理的隧道位置和方向。（3）合理支護。合理的支護包括支護形式、支護剛度、支護時間、支護受力的合理性以及支護的經(jīng)濟性。支護是隧道圍巖穩(wěn)定的加強性措施。因而，支護參數(shù)的選澤應著眼于充分改善圍巖應力狀態(tài)，調(diào)動圍巖的自承能力和效

13、率。（4）強調(diào)監(jiān)測和信息反饋。由于隧道的地質(zhì)條件復雜并且難以完全預知，因此巖石地下工程施工所引起的巖體效應就不能像“白箱”那樣操作，容易獲得一個確定性的結(jié)果。所以用圍巖再施工中的反響，來判斷圍巖變化規(guī)律，成為控制隧道圍巖穩(wěn)定最現(xiàn)實的方法。綜上所述，新奧法的基本原則可概括為“少擾動，早噴護，勤量測，緊封閉”。2.2.2 施工工序全斷面光面爆破的施工工序為：（1）用鉆孔臺車鉆眼，然后裝藥，連接導火線；（2）退出鉆孔臺車，引爆炸藥，開挖出隧道斷面；（3）排除危石，在拱部設置錨桿位置鉆孔，鉆孔直徑為40mm，孔深為2.1m，灌強度為M25的水泥沙漿并安設錨桿，噴射10cm厚的C30混凝土；（4）用裝渣

14、機將石渣裝入礦車，運出洞外；（5）在邊墻設置錨桿位置鉆孔，鉆孔直徑為40mm，孔深為2.1m，灌強度為M25的水泥沙漿并安設錨桿，噴射10cm厚的C30混凝土；（6）開始下一輪的循環(huán)；（7）構(gòu)筑防水面，防水層為1.5mm厚的PVC板。防水層中的水可通集水排水管排出；（8）二次襯砌，完成錨噴支護后約36個月后開始支模澆筑混凝土構(gòu)成二次襯砌。二次襯砌應等到圍巖變位穩(wěn)定后才進行，二次襯砌的作用在于改善鐵路隧道的運營條件和作為一定的安全儲備。2.2.3 施工注意事項（1）鉆孔施工鉆孔前，應根據(jù)設計要求和圍巖情況，定出孔位，作出標記；錨桿孔距的允許偏差值不能超過150mm；孔內(nèi)的積水和巖粉應吹干凈。（2

15、）錨桿施工錨桿施工前，應檢查材料型號、規(guī)格、品種，以及錨桿各部位質(zhì)量和技術(shù)性能符合要求；錨桿桿體使用前應平直、除銹、除油；水泥沙漿拌制時，應用中細砂，粒徑不超過2.5mm，使用前應過篩，沙漿配合比宜為：水泥比砂為1:1（重量比），水灰比為0.40；注漿時，注漿管應插至距孔底50mm處，隨沙漿的注入緩慢拔出，桿體插入后，若無沙漿溢出，則補注；桿體插入孔內(nèi)長度不應小于設計規(guī)定的95%，錨桿安裝后，不得隨意敲擊。（3）噴射混凝土用高壓風沖洗受噴面；埋設控制噴射混凝土厚度的標志；作業(yè)區(qū)應有良好的通風和足夠的照明裝置；噴射作業(yè)應分段進行，噴射順序應自上而下：一次噴射厚度不應超過70mm；混凝土終凝時間到

16、下一循環(huán)放炮時間，不應少于3小時； 噴射混凝土終凝2小時后，噴水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不得少于14天。3 巷道支護設計3.1 巷道支護形式的確定3.1.1 確定原則（1）技術(shù)先進。對于支護技術(shù)的選擇，應當采用目前最為先進、最為有效，施工最為快捷、方便的支護技術(shù)，例如，采用鋼纖維噴射混凝土、預應力錨索、自鉆式錨桿、高強預拉力錨桿、小孔徑高強預應力錨索、高強讓壓錨桿等先進的支護構(gòu)構(gòu)件與技術(shù)。（2）安全可靠。在支護施工中，安全始終要放在最高位置，必須高度重視，在施工中要做到一絲不茍，將每一個支護構(gòu)件準時安裝到位，通風安全、施工安全、支護施工順序、支護時間確定、排水防水、瓦斯的排出與爆炸預防措施，均要在確定時

17、嚴格遵照規(guī)范，確保安全可靠。（3）經(jīng)濟合理。巷道每米的支護成本隨著支護方法的變化有較大浮動，每米支護成本的變化對支護成本的節(jié)省有重要意義。在安全可靠合理的前提下，必須使支護成本達到最低，以提高經(jīng)濟效益，提高煤礦整體利潤，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到最佳組合，并且加快施工進程，使支護成本達到最低。（4）操作簡便。在支護過程中須有一定的讓壓變形時間，以使圍巖的自承能力達到最大，因此必須提高施工效率，加快施工速度。由此可以得出，必須使支護操作簡便，以加快施工速度，減少施工支護成本，相應的采取機械化施工，優(yōu)化施工組合與支護順序。3.1.2 可供選擇的支

18、護形式現(xiàn)有的巷道支護形式主要有：新奧法支護、噴射混凝土、單一的錨注或預應力錨索支護、錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護等。（1）新奧法支護是一種被動支護形式，被動等穩(wěn)；適用于地質(zhì)條件優(yōu)良地應力低的巷道支護；只能調(diào)動淺部圍巖的強度，對高應力軟巖支護效果差；（2）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，但回彈過多，既浪費材料，且在一定程度上改變了混凝土的配合比，使噴層強度降低。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間很短，故易產(chǎn)生粉塵。裝干料時或設備密封不良，也會產(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

19、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，降低了噴層的強度。（3）單一的錨注或預應力錨索支護松動圈圍巖中，圍巖松動破裂范圍普遍大于錨桿長度，因而錨桿不能夠破碎圍巖錨固在穩(wěn)定巖層中；當巷道或硐室斷面較大時，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，錨桿支護的組合拱效應并不明顯，而且組合拱的強度往往也不能保持圍巖的穩(wěn)定；錨固范圍外的破裂巖體，在膨脹過程中對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掉落等現(xiàn)象，最終導致發(fā)生冒頂事故；噴射混凝土強度太低，厚度太薄，噴層厚度不均局部的噴層太薄。（4）錨噴

20、網(wǎng)聯(lián)合支護改變松動圈內(nèi)圍巖松散破碎、整體性差的狀況，以提高圍巖的整體性強度；充分利用松動圈外較穩(wěn)定巖體的抗破壞能力和巷道松動圈內(nèi)破裂巖體，一起抵抗圍巖的變形失穩(wěn)，并且對圍巖內(nèi)側(cè)提供較強的應力和位移約束，限制圍巖表面的過大變形；可以使破碎圍巖保持較好的整體性、較高的承載力和較強的讓壓與抗變形能力；可以對圍巖施加外部應力和位移約束，相當于提高了圍巖的側(cè)向圍壓，從而可以提高松動圈內(nèi)圍巖的強度，而其獨有的長度優(yōu)勢，則可以達到充分利用深部圍巖強度，以增加松動圈內(nèi)破裂巖體抗破壞、抗變形的能力。綜合上述方案比較，最終選錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護，所用錨桿為樹脂藥卷錨桿，混凝土為鋼纖維噴射混凝土。3.2 錨噴支護機理及特

21、點錨噴支護是錨桿與噴射混凝土聯(lián)合支護的簡稱，是在巷道開挖后及時進行的。噴層與圍巖緊密貼合，并且本身具有一定的柔性和變形特性，因而它能在巷道開挖后及時而有效地控制和調(diào)整圍巖應力的重新分布，最大限度地保護巖體的結(jié)構(gòu)和力學性質(zhì)，防止圍巖的松動和坍塌。它既允許圍巖變形又限制圍巖變形的作用，充分利用了圍巖的自承作用，使得圍巖在與錨噴支護共同變形的過程中取得自身的穩(wěn)定，從而減少傳到支護上的壓力，充分發(fā)揮圍巖的自承作用和材料的承載作用。錨噴支護具有以下工作特性：（1）及時性。噴射混凝土、噴射水泥漿以及錨噴，能及時支護、甚至超前支護，能夠不失時機地為工作面創(chuàng)造安全的工作空間。（2）密貼性。噴層與圍巖密貼，是一

22、種強度高、粘結(jié)力大、抗?jié)B性能強的薄層支護，能夠?qū)鷰r表面的裂隙粘成整體，防止松動。（3）封閉性。噴層及時封閉圍巖，具有防火、防水、防瓦斯、防風化的性能，從而克服了軟巖怕水、怕震、怕風化的缺點；及時封閉圍巖，防止了環(huán)境效應對軟巖的不良影響。（4）可分性。噴層可多次噴，先早噴薄噴，使噴層具有柔性，同時錨桿也有一定的讓壓性，通過應力調(diào)整使圍巖趨于穩(wěn)定性，再復噴達到設計厚度。（5）適應性。錨噴支護可用于不同巖性、不同斷面、不同用途的各種地下工程。它既可作為支護體，又可作為臨時加固等補強措施；既可作為臨時支護，又可作為永久支護或永久支護中的一次支護；既能承受靜載荷，又能承受動載荷，故其適應性非常強。（6

23、）組合性。錨噴支護可以和各種支護形式組合，如型鋼、U型鋼、砌碹、弧板、金屬網(wǎng)、剛帶等，組成各種形式的聯(lián)合支護。（7）經(jīng)濟性。錨噴支護是一種輕型支護，其重量只有一般承壓式支架的1/6 1/5。其斷面利用率高，工程量小。錨噴支護每米巷道成本相對于碹體支護和金屬支架也較低。3.3 錨桿支護參數(shù)的確定3.3.1 巷道斷面尺寸某煤礦+65皮帶大巷，巷道斷面形狀為直墻半圓拱，巷道掘進寬度5200mm，邊墻高1400mm，總高度4000mm。（1）基本地質(zhì)概況：巷道埋深約300m，巖石硬度系數(shù)f24，圍巖裂隙發(fā)育、易風化，遇水崩解泥化；（2）巷道圍巖松動圈大?。核蓜尤Υ笮》謩e為800mm和2800mm。（1

24、）錨桿長度、間排距、錨桿直徑3.3.2 錨桿支護參數(shù)設計（1）巷道圍巖松動圈為800mm按照巷道圍巖松動圈理論，800mm屬于中松動圈，碎脹變形較小，由于錨桿可以穿過松動圈厚度，因此，巷道錨桿支護參數(shù)可依據(jù)懸吊理論設計，懸吊作用是利用錨桿將軟弱巖層或危巖吊掛于上部堅固穩(wěn)定的巖層上，由桿來承擔其重量。（此圖需用autocad重新繪制）圖3.1 懸吊理論錨桿長度設計LL1K·LpL2 （3-1） 式中：L-錨桿長度，mm；L1-錨桿錨入彈塑性區(qū)的深度。機械錨固時，一般為300400mm，圍巖強度較小時取較大值，反之取較小值；樹脂藥卷錨固時，取700mm；K-安全系數(shù)，一般取1.52；Lp

25、-巷道圍巖松動圈的大小，mm；L2-錨桿的外露長度，一般常取L250100mm；本設計中錨桿為樹脂藥卷錨固，K取1.5，Lp 為900mm，L1取700mm，L2取100mm，將數(shù)據(jù)代入公式（3-1）得：L700+1.5*900+100=2150mm=2.15m考慮到錨桿的長度一般規(guī)格為1.6m、1.8m、2.0m、2.2m和2.4m等，特殊長度的錨桿長度雖然可以加工，但是錨桿成本和廢棄材料較多，因此，本次設計的錨桿長度取2.2m。錨桿間排距設計錨桿間排距一般為600mm1000mm，松動圈為800mm時，屬于中松動圈范圍，巷道圍巖條件相對較好，圍巖自承載能力較強，頂板不易產(chǎn)生垮塌，同時依據(jù)實

26、踐經(jīng)驗及工程類比法，本設計中錨桿減排距取值為1000mm。錨桿間排距一般應當滿足經(jīng)驗校核公式：a0.5L （3-2）式中：a-間排距，mm；L-錨桿長度，mm；將相關(guān)參數(shù)代入公式（3-2）：0.5·L=1075mm>1000mm因此，本設計中錨桿間排距取1000mm，滿足經(jīng)驗校核要求。錨桿直徑設計現(xiàn)在地下工程中錨桿桿體所用材料一般為高強度螺紋鋼BHRB335，抗拉極限強度為570MPa，錨桿工作荷載一般取極限抗拉強度的50%-70%（即0.5-0.7），本設計中取0.5，所以錨桿工作荷載=0.5×570=285 MPa。 一般情況下，錨桿的錨固力Q和錨桿桿體的承載能力

27、P滿足以下關(guān)系式：P=d2t/4（3-3）由P=Q可知：d=3.6Q/t （3-4）式中，t=桿體的抗拉強度，MPa；-巖體容重，kN/m3；k-安全系數(shù)，一般取1.51.8。錨桿懸吊巖體重量：G=a2l2（3-5）由kG=Q，或者kG=d2t/4（桿體承載力）式中，l2-巷道頂板巖體破碎帶高度，m；d-錨桿桿體直徑，mm；a-錨桿間距，mm。取值2535，本設計中取35，G=1×1×35×0.9=31.5kN，本設計中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現(xiàn)代錨桿直徑一般為16mm22mm，為了巷道頂板安全，本設計中頂

28、部錨桿直徑取20mm，通常兩幫錨桿受力比頂錨受力小，直徑一般比頂板錨桿小，根據(jù)經(jīng)驗及工程類比，兩幫錨桿取18mm，也可以為了施工方便兩幫錨桿亦取20mm。（2）巷道圍巖松動圈為3000mm松動圈為3000mm，根據(jù)巷道圍巖松動圈理論屬于大松動圈，碎脹變形大，按壓縮拱理論計算，該理論認為：在拱形巷道圍巖的破裂區(qū)中安裝錨桿后，形成一個較大厚度和較高的強度承壓拱，以承受荷載。（此圖需用autocad重新繪制）圖3.2 組合拱理論錨桿長度設計b（L×tga)/tgLa（3-5）式中：b-組合拱的厚度；L-錨桿的長度；a-錨桿的間排距，一般情況下a=0.5L；-錨桿對破裂巖體的壓力角，根據(jù)實踐

29、經(jīng)驗接近450。即Lba 式中，a取0.6，b取1.5，將數(shù)據(jù)代入公式得： L0.6+1.5=2.1m考慮到錨桿兩端組合拱外的長度，在2.1m的基礎上加上一定長度作為錨桿兩端的補償，一般取值0.20.4m，本次設計取值0.4m，即L=2.1+0.4=2.5m，所以錨桿的最終長度為2.5m。錨桿間排距設計錨桿間排距取值一般為6001000m，松動圈為3000mm屬于大松動圈，根據(jù)實踐經(jīng)驗及工程類比，本設計錨桿間排距取值為600mm。錨桿直徑設計錨桿桿體所用材料為高強度螺紋鋼BHRB335，抗拉極限強度為570MPa，錨桿的工作荷載一般取極限抗拉強度的50%-70%（即0.5-0.7），本設計中取

30、0.7，所以=0.7×500=399MPa。Q=150kN，=399MPa，將數(shù)據(jù)代入公式（3-4）得：d=4Q/()=22.02mm錨桿的直徑一般為16mm22mm，為施工方便本設計中頂部錨桿直徑取22mm，通常兩幫錨桿受力比頂錨受力小，直徑一般比頂板錨桿小，根據(jù)經(jīng)驗及工程類比，兩幫錨桿取20mm，也可以為了施工方便兩幫錨桿亦取22mm。3.3.3噴射鋼纖維混凝土參數(shù)（1）噴射鋼纖維混凝土強度根據(jù)實踐經(jīng)驗及工程類比，噴射鋼纖維混凝土強度一般取為C20。（2）噴射鋼纖維混凝土厚度松動圈為800mm時，屬于中松動圈，根據(jù)設計規(guī)范噴射混凝土厚度80mm，本設計中厚度取為60mm。松動圈為

31、2500mm時，屬于大松動圈，根據(jù)設計規(guī)范噴射混凝土厚度120mm，本設計中厚度取為120mm。（3）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)力學性能要求外，還必須滿足攪拌不結(jié)團和噴射不堵管的要求，一般碳素鋼纖維的抗拉強度不得低于380MPa，鋼纖維的直徑應控制在0.30.5mm，鋼纖維的長度2025mm，鋼纖維摻量應為混合料質(zhì)量的3%6% 。砂。應采用堅硬耐久的中砂或粗砂，細度模數(shù)應大于2.5，含泥量要小于3。細砂會增加噴射混凝土的干縮變形，過細的粉砂易產(chǎn)生粉塵，影響操作人員的身體健康，用5mm篩網(wǎng)過篩。粗骨料。最大粒徑為10mm的連續(xù)級配骨料，機制骨料應用5mm和10mm篩

32、網(wǎng)分別篩去石粉和大粒徑骨料。水泥。525號普通硅酸鹽水泥（或更高標號）水。飲用水及潔凈天然水可以作為噴射混凝土混合水。混合水不應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，在選擇噴射混凝土配比時，既要滿足支護方面的要求，還應考慮施工工藝的要求水灰比0.4的凈漿試驗滿足初凝小于5min，終凝小于10min。減水劑。高效減水劑（根據(jù)需要添加）。表3-1 噴射鋼纖維混凝土配合比鋼纖維含量/%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1.51.8460.453-5120450121010352

33、003.3.3金屬網(wǎng)：鋼絲直徑、網(wǎng)格尺寸 鋼絲直徑。鋼絲直徑一般取4mm6mm，本設計中鋼絲直徑取5mm。 網(wǎng)格尺寸。網(wǎng)格尺寸一般取100mm200mm，本設計中鋼絲直徑取100mm，即網(wǎng)孔為100mm×100mm。4 施工工藝及要求+65皮帶大巷施工工序：巷道光面爆破掘進巷道頂幫錨桿錨索支護巷道整體滯后噴漿底板錨桿支護混凝土澆注底板封底。4.1 巷道掘進+65水平皮帶大巷采用全斷面光面爆破掘進，掘進過程中應該嚴格控制斷面形狀和斷面大小，斷面尺寸誤差控制在±200mm以內(nèi)。4.2 巷道頂幫錨桿錨索支護錨桿支護是一個系統(tǒng)工程，施工質(zhì)量直接影響著錨桿支護效果。施工中要保證施工質(zhì)

34、量：（1）嚴格控制錨桿鉆孔深度，保證鉆孔深度不大于錨桿桿體長度，嚴禁深孔配短錨桿。（2）打孔過程中不準移動鉆機，保證鉆孔平、直，不出現(xiàn)臺階。鉆孔用水清干凈，確保樹脂藥卷充分發(fā)揮其作用，使錨桿具有足夠的初錨力。（3）錨桿鉆孔應垂直于巷道巖面，施工角度誤差應控制在±15°以內(nèi)。（4）出現(xiàn)因掘進或打孔造成的錨桿孔附近巖面不平整現(xiàn)象時，必需人工刷平巖面，保證錨桿托板緊貼巖面。（5）錨桿外露長度大于20mm、小于50mm。（6）錨桿間排距誤差控制在±50mm。（7）錨桿螺母安裝扭矩不低于300Nm。（8）定量抽檢錨桿錨固力，拉拔力不得小于10t。（9）金屬網(wǎng)必需連緊，網(wǎng)片搭

35、接100mm，每隔200mm用12#鐵絲雙股綁扎。鋼筋梯子梁與金屬網(wǎng)和巷道巖面緊貼，不能出現(xiàn)網(wǎng)兜和松扣現(xiàn)象。（10）當巷道頂部出現(xiàn)局部冒落，或幫部出現(xiàn)片幫時，必需補打單根錨桿。（11）當巷道頂部因圍巖性質(zhì)差而出現(xiàn)較大范圍的圍巖冒落時，錨桿應按冒落線輪廓施工。（12）錨桿施工堅持打一孔安裝一套錨桿，嚴禁打完孔后一次安裝錨桿。（13）當工作面遇到下列情況：頂板來壓，巷道變形速度聚增時；工作面遇有煤巖外移，涌水量增大等突水預兆時；巷道頂板離層嚴重，大量錨桿失效時；頂板發(fā)出煤巖破壞的連續(xù)響聲時。必須立即停止作業(yè)，撤出所有受威脅人員，并及時匯報礦調(diào)度及有關(guān)人員：（14）錨桿或者錨索錨固。將快樹脂藥卷和中

36、速樹脂藥按先后順序依次送入孔內(nèi)，利用錨桿鉆機底部液壓缸將錨固劑送入孔底。錨固劑接近孔底時開動錨桿鉆快速攪拌30s后，停止攪拌，保持錨桿鉆機推力2min，利用扭矩放大器上進螺母，回落鉆機，卸下攪拌連接器，完成錨桿或者錨索的內(nèi)錨固。（15）錨索張拉。錨索樹脂藥卷錨固段需養(yǎng)護30min，養(yǎng)護好后裝托梁、托板、鎖具，并使它們緊貼頂板，利用張拉機具張拉至預緊力15t。張拉錨索時，下方不得有人。（16）錨桿支護需要緊跟掘進頭及時支護，嚴禁出現(xiàn)頂幫錨桿滯后支護的現(xiàn)象。錨索支護滯后掘進頭35m施工。4.3 巷道整體滯后噴漿初噴混凝土厚度控制在3050mm，滯后掘進頭1015m噴漿（緊跟在掘機后方噴射混凝土），

37、這樣施工既保證錨桿支護和噴漿平行作業(yè)，又避免了巷道支護的噴層“前掘后裂”現(xiàn)象發(fā)生，減少了巷道維修工程量。4.4 底板錨桿支護在施工好的巷道底板上施工水力膨脹錨桿，對地板進行有效支護。施工水力膨脹錨桿的要求：（1）采用風鉆鑿孔，六方鉆桿直徑32mm，鉆孔深度與錨桿有效長度（鉆孔內(nèi)錨桿長度）誤差不大于50mm。（2）水脹錨桿外露僅為端套部位，托盤要貼近巷道底板。（3）錨桿間排距誤差不超過50mm，錨桿要嚴格按照設計傾斜角度施工，角度誤差控制在±15°以內(nèi)。（4）安裝水力膨脹錨桿的額定水壓為30MPa。（5）巷道超寬300mm，每排補打一根水力膨脹錨桿。4.5 混凝土澆注底板封底在底板水力膨脹錨桿支護完畢后，采用混凝土澆注使硬化底板，其中使用的混凝土強度等級不低于C20。底板混