巷道与硐室支护

为保持围岩稳定,对巷道和硐室进行支护的作业。早在2500年前,中国矿山就曾用木材、竹材、荆芭等制成的简易支架,支护巷道。20世纪50年代后期,为节约木材,大量采用金属、混凝土、钢筋混凝土支架。20世纪60年代,新型的锚喷支护得到广泛应用。目前常用的支架,有以下几种:

梯形支架

多用在地压小、服务年限短的巷道中,由木材、金属或钢筋混凝土构成。

木支架

由顶梁、两柱和背板组成,为最古老的支架方式。强度小,不防水,易腐朽,应用日益减少。

金属支架

一般以矿用工字钢(见型材)制成,为一梁二柱。支架外围用木或钢筋混凝土背板楔紧。强度大,能防火,使用时间较长,可回收复用,是一种较经济实用的支架。

装配式钢筋混凝土支架

用钢筋混凝土制成可装配的立柱和预应力顶梁。构件截面为矩形,梁和柱用亲口连接,接头处应垫有防腐的木板,以增大支架的可缩性。在梁柱和围岩之间还应装钢筋混凝土背板,支架间设撑杆,以增加支架在巷道轴线方向的稳定性

拱形支架

由抗压大的材料,如料石、混凝土、特制型钢等制成,用于地压大,服务年限长的巷道与硐室中。支架顶部呈拱形,受力以压应力为主,弯矩较小,可更好地发挥拱形支架抗压能力大的特点。

石材支架()

用料石或混凝土砌筑,由拱、墙和基础组成,又名。拱有半圆拱、圆弧拱和三心拱三种。半圆拱属高顶拱,抗压能力大,施工方便,但开掘量大,断面利用率低。圆弧拱受力性能和半圆拱相近,开掘量较小,用于岩石较稳定、断面较大的巷道和硐室中。三心拱属低顶拱,易在大圆和小圆接茬处破裂。

可缩性金属支架

用特殊型钢做成的可缩性拱形支架。这种支架由三节(或多节)U形钢构件组成,并用螺栓箍紧(图1)。顶压较大时,顶部构件的曲率半径r应小于两帮柱腿的曲率半径R。在地压作用下,r 逐渐增大,在搭接处的轴向力大于螺栓箍紧所产生的摩擦力时,构件间便相对滑移,产生可缩性。除具有金属梯形支架优点外,特别适用于在动压影响下围岩变形大的巷道。

图1

圆形与马蹄形支护

巷道通过松软和具有膨胀性的岩层,四周地压均较大时,可用料石、混凝土砌块或现浇混凝土砌筑受力好的圆形或马蹄形。地压特大时,在掘进巷道过程中向岩帮挖若干压力释放槽,在支架与围岩间充填一定厚度的锯末或炉渣,或在体砌块间加木板,使作用到支架上的应力得到缓减。中国矿山应用这种让压技术,获得良好的支护效果。

锚喷支护

由锚杆与喷射混凝土(或砂浆)联合支护,使支架与围岩结合成整体的承载结构,也可单独使用锚杆或喷射混凝土进行支护。锚喷支护结构简单,巷道断面利用率高,易机械化施工,进度快,造价低,有利于快速施工,是中国普遍采用的支护方式。常用的有:

(1)锚杆支护;

(2)喷射混凝土支护;

(3)锚杆与喷射混凝土联合支护;

(4)锚杆加金属网与喷射混凝土联合支护。

锚杆支护

凿岩机或锚杆打眼机在围岩中钻眼,在眼内安装锚杆,加固岩体。锚杆长度一般为1.4~1.8m,间距 0.6~1.0m。有矩形和梅花形布置。锚入方向应尽量垂直岩石层理面。锚杆的作用机理(图2)包括:

(1)悬吊作用,用锚杆将厚度不大的软岩层吊挂在上部坚硬的岩层上;

(2)组合梁作用,用锚杆将层状岩石穿锚组合成梁,提高岩层承载能力;

(3)挤压加固作用,围岩松软、破碎时,用施加预应力的锚杆把碎裂的围岩加固,形成岩石挤压带。

图

锚杆按材料可分:金属锚杆、木锚杆、压缩木锚杆、砂浆锚杆、树脂锚杆等。金属锚杆按锚固形式又分为楔缝式、倒楔式、涨壳式和管缝式锚杆等。中国研制的CGM-140锚杆钻装机见图3。

图3 CGM-140型锚杆钻装机 喷射混凝土支护

按混凝土级配要求,将水泥、砂、碎石和速凝剂,搅拌均匀后装入混凝土喷射机,用压缩空气沿管路送至喷嘴加水混合,喷射到围岩表面,凝结、硬化后形成混凝土层,此法通称干喷法。采用干喷法的混凝土喷射机,有双罐式、转盘式(图4)和螺旋式三种。中国目前多用干喷法。为减少粉尘浓度,降低回弹量,提高喷层质量,正在研究改进湿喷法。

图4 ZHP-2型转盘式混凝土喷射机