1．4平巷支护

巷道支护是采矿工作的重要环节，巷道稳定与否关系到采矿工作能否顺利进行。常用的支护方法有棚式支护、整体混凝土支护、锚杆支护和喷射混凝土支护。为了保持巷道的断面规格，防止围岩发生危险的变形和垮落，必须采用各种方法来维护巷道。选择支架时应考虑以下几点：

(1)支架材料的选择应因地制宜，就地取材，尽量少用或不用木材。

(2)由于喷锚支护的优越性，应优先选用喷锚支护。

(3)要适应地压大小、方向和特点，支架应结构稳定，有足够的承载能力和适当的可缩性。

(4)支架使用的期限要和巷道服务年限相适应。支架使用年限小于巷道服务年限，要经常翻修，不经济；相反，使用年限大于服务年限，支架做得太坚固、耐久，也不经济。

(5)要适应井下环境，如湿度大，有时有酸性水侵蚀等。

(6)适应巷道施工速度的要求，便于架设。

1．4．1支护材料

1．4．1．1木材

作为矿井支架的木材称为坑木。常用的坑木有松木、杉木、桦木、榆木和柞木，以松木用得最多。

木材具有纹理，因此木材的强度在不同方向相差很大，顺纹抗拉强度远大于横纹抗拉强度，顺纹抗压强度也远大于横纹抗压强度。

在实际使用时应将木材做防腐处理，以提高坑木的使用年限，从而节省坑木用量。

随着国民经济的发展，木材需用量El益增加。在矿井支护中节约坑木和采用坑木代用品，有着重要的意义。

1．4．1．2金属材料

金属材料强度大，可支撑较大的地压；使用期长，可多次复用；安装容易；耐火性强；必要时也可制成可缩性结构；虽然初期投资大些，但可回收，算总成本还是经济的。

常用的金属材料有工字钢、角钢、槽钢、轻便钢轨、矿用工字钢及矿用特殊型钢等。

1．4．1．3水泥

水泥是水硬性胶凝材料，它除能在空气中硬化和保持强度外，还能在水中硬化，并长期保持和继续增长其强度。

A水泥的品种

应用最普遍的是普通硅酸盐水泥(简称普通水泥)，其次是矿碴硅酸盐水泥(简称矿碴水泥)及火山灰质硅酸盐水泥(简称火山灰水泥)。此外还有快凝、快硬、高强水泥和膨胀水泥等特种水泥，这些水泥在井巷支护中很少使用。

B普通水泥的性质

a细度

细度指水泥颗粒的粗细程度。颗粒愈细，水泥凝结硬化愈快，早期强度发展也快，但在空气中硬化时有较大的收缩。

b标准稠度用水量

水泥净浆的稀稠程度对水泥的主要技术性质影响很大。测定这些性质时，必须有一个规定的稠度，即标准稠度。标准稠度用水量用水泥标准稠度测定仪测定。

C凝结时间

凝结时间分初凝时间和终凝时间。初凝时间为水泥加水拌和成水泥浆开始失去可塑性的时间；终凝时间为水泥加水拌和至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度的时间。为使混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、浇捣或砌筑，水泥初凝不能过早。当施工完毕，则要求尽快硬化，具有一定强度，故终凝时间不能太迟。一般要求初凝时间不得早于45min，终凝时间不迟于12h。实际上，普通水泥初凝时间为l～3h，终凝时间为5～8h。

d水泥强度与标号

水泥的强度是水泥具有使用价值的一项很重要的指标，是确定水泥标号及选用水泥的主要依据。水泥的强度用软练法测定，根据测得的28d龄期的单轴抗压强度划分水泥的标号。

e水化热

水泥与水的作用是放热反应。在凝结硬化过程中放出的热量称为水化热，其数值大小与水泥的化学成分有关。在小体积混凝土工程中，水化热能加速其硬化速度，在大体积混凝土工程中，因水化热积累在内部，不易散热，会使混凝土产生内应力而开裂破坏。

f硬化时体积变化

普通水泥在水中硬化时，体积稍有膨胀，但在空气中硬化时，则产生收缩。收缩过大时，可能引起收缩裂缝。引起收缩裂缝的主要原因是水分蒸发。拌和用水量愈大则收缩愈大，干燥过程愈迅速收缩也愈严重。因此在水泥硬化过程中必须保持一定的温度与湿度进行养护，不使其干燥过急。

9抗水性

硬化后的水泥，对其环境水腐蚀的抵抗性能力，称为抗水性。水泥的腐蚀是由水、酸、盐及碱的作用而产生的。普通水泥的抗水性较差，可采用增强混凝土的密实性，使有害物质不能深入其内部，或在其表面涂沥青等防水材料，来增强水泥的抗水性。

C普通水泥的特点

(1)早期强度高，凝结硬化快。

(2)水化热高，抗冻性好，但不适于大体积工程中应用。

(3)抗水性差，耐酸、碱及硫酸盐的化学腐蚀性差。 4

普通水泥被广泛应用于井巷支护中。

D矿碴与火山灰水泥的特点

(1)抗水性好，对硫酸盐腐蚀的抵抗能力强。 ．

(2)水化热低。

(3)凝结较慢，早期强度较低。

(4)干缩性较大。

矿碴与火山灰水泥适用于海水中或其他大体积工程；要求早期强度高或低温环境施工的工程不宜应用。表1―5所示为常用水泥的特性及应用。

表1-5常用水泥品种的特性及应用

1．4．1．4混凝土

混凝土是由水泥、砂子、石子和水所组成的。其中砂、石称为骨料，约占混凝土总体积的70％～80％，主要起骨架作用并能减少胶结材料的干缩；水泥和水拌和成水泥浆包裹骨料表面并填充其空隙，使新拌混凝土具有和易性，利于施工。水泥浆硬化后，则将骨料胶结成一个坚实的整体。

混凝土具有抗压强度大，耐久、防火、阻水，可浇灌成任意形状的构件，所用的砂石可以就地取材。但也存在着抗拉强度低，受拉时变形能力小，容易开裂，自重大等缺点。

由于混凝土具有上述各种优点，因此它是一种重要的建筑材料，也是一种重要的矿井支护材料。

A混凝土的组成材料

a水泥

水泥是混凝土产生强度的主要组分，也是混凝土组分中价值最贵的材料。

配制混凝土时需选用水泥标号为混凝土标号的l．5～2．0倍为宜；当配制高标号混凝土时，此值可取0．9～1．5为宜。

b细骨料(砂)

在混凝土中，粒径在0．15～5mm的骨料称为细骨料。按形成条件有海砂、河砂和山砂之分。河砂、海砂较纯净，砂粒多呈圆形，表面光滑。山砂富有棱角，表面粗糙，与水泥浆黏结力强，但含有较多的黏土或有机杂质。一般以采用河砂为好。在实际应用时应选用合理级配的细骨料，如表l―6所示。

表1―6砂样筛分试验计算及砂级配区的规定

c租骨料(石子)

在混凝土中，凡粒径大于5mm的骨料称为粗骨料。粗骨料有天然卵石(砾石)和碎石两种。天然卵石表面光滑，少棱角，有的具有天然级配；碎石表面粗糙，颗粒富有棱角，与水泥黏结较好，但成本较高。

粗骨料中有害杂质的含量以及针片状颗粒的含量不得超过规范的规定。粗骨料的粒径一般为5～40mm，且应有优良的颗粒级配，以减少孑L隙，增加混凝土的密实性。

普通混凝土用的粗骨料的颗粒级配，应符合表l―7的规定。

表1．7碎石(卵)石级配范围的规定

根据规范规定，混凝土粗骨料的最大颗粒尺寸不得超过结构截面最小尺寸的1／4，同时不得大于钢筋问最小净距的3／4；最大颗粒也不得大于l50mm。泵或压气输送的混凝土混合物，最大粒径应按表1―8选用，亦不得超过上述规定。

表1-8导管输送混凝土粗骨料的最大粒径

d混凝土拌和及养护用水

凡是饮用水和清洁的天然水都能用来拌制和养护混凝土。污水，pH值小于4的酸性水，含硫酸盐(按s0；一计)超过水重l％的水和含油脂、糖类的水均不得使用。对水质有怀疑时，应进行水质分析。

B混凝土的主要技术性质

新拌混凝土应具有适于施工的和易性或工作性，以获得良好的浇灌质量；硬化混凝土除应具有能安全承受各种设计荷载要求的强度外，还应当具有在使用环境下及使用期限内保持质量稳定的耐久性。

a和易性及其影响因素

(1)和易性是指新拌混凝土在运输，浇灌过程中能保持均匀、密实、不离析和不泌水的工艺性能。它包括流动性、黏聚性及保水性三个方面的含义。

1)流动性。流动性是指新拌混凝土在自重或外力作用下，能够流动且能密实充填构件各部位的性能。

2)黏聚性。黏聚性是指新拌混凝土各组分问具有一定的黏聚力，在运输、浇灌过程中不分层、不离析，使混凝土能保持整体均匀的性能。

3)保水性。保水性是指新拌混凝土保持水分，不致产生严重的泌水现象的能力。发生泌水现象的混凝土，由于水分分泌出来会形成容易透水的孔隙，使混凝土的强度、耐久性降低。

用坍落度试验(图1―21)来评定混凝土的和易性，干硬性的坍落度为0～lcm，低塑性的坍落度为2～8cm，塑性的坍落度为l0～20cm，流态的坍落度大于20cm。按规范规定，混凝土灌筑时的坍落度可按表l-9选取。

图1―21坍落度测定方法

表1-9坍落度选择范围

(2)影响和易性的主要因素：

1)水泥浆用量。在保持水灰比不变的情况下，单位体积混凝土内水泥量愈多，新拌混凝土的流动性愈好。水泥量多至一定限度时，由于骨料含量相对减少，将出现流浆、泌水现象

(水灰比较大时)，使混合物的黏聚性和保水性变差。因此，在保证水灰比一定的情况下，单位混凝土的水泥浆量以能满足混凝土混合物达到施工要求的流动性为宜。

2)水泥净浆稠度。水泥净浆的稠度主要取决于水灰比(每立方米混凝土中水与水泥的重量比)。在水泥用量不变的情况下，水灰比愈小，水泥净浆愈稠，混凝土混合物的流动性愈低；反之亦然。水灰比过大，会使混凝土混合物黏聚性和保水性变差而产生流浆、离析现象，严重影响混凝土强度、耐久性和构件浇灌质量。混凝土单位用水量如表1-10所示。

表1―10混凝土单位用水量 kg／m3

注：l．使用碎石、人工砂，骨料级配较差的，用水量接近上限值。

2．使用卵石，骨料级配好的，用水量接近下限值。

3)砂率。砂的用量占砂、石总重量的百分率称为砂率。砂率的变动将使骨料的孔隙率和总表面积显著改变，故对混凝土混合物的和易性产生显著的影响。砂率过大，骨料的总表面积；致TLN率增大，需要包裹骨料和充填孔隙的水泥浆量多，混合物显得干稠，流动性减小；砂率过小，粗骨料增多，砂浆量相应减少，不能在粗骨料周围形成足够厚度的砂浆层，流动性亦低，黏聚性和保水性变差，甚至出现溃散现象。因此，必须通过试验确定最佳砂率，在满足施工坍落度要求的前提下使水泥用量减到最小；或者在水泥用量合理的条件下获得最大的坍落度。砂率的选取可参考表1―11。

表1-11砂 率 ％

注：l．使用碎石，施工条件较差时，选用接近上限值。

2．使用卵石，施工条件较好时，选用接近下限值。

4)水泥的品种和骨料性质。在水灰比相同的情况下，水泥净浆标准稠度需水量大时，新拌混凝土的流动性较小。普通水泥的和易性比火山灰质水泥和矿渣水泥好。矿渣水泥泌水性大，应加以注意。水泥颗粒细能改善混凝土混合物的黏聚性和保水性。砂、石骨料的粒形圆滑，粒径增大，级配良好，则混凝土混合物的流动性增大。

5)外加剂。在拌制混凝土时加入少量的表面活性物质，可以在不增加用水量和水泥用量的情况下，改善混凝土混合物的和易性和混凝土的结构，对提高施工效率和浇灌质量，提高混凝土的耐久性均有利。

b混凝土强度和标号

混凝土的强度以抗压强度最大，因此，混凝土主要用于承载压力。

混凝土的标号用以表示混凝土强度的等级，以立方体(20cmX 20cmx 20cm)28d龄期单轴抗压强度划分标号。根据其抗压强度的大小，划分为75、100、150、200、250、300、400、500及600号等。如果实测28d龄期的抗压强度在两个标号之问，该混凝土应定为较低一级的标号。矿井支护中，常用的混凝土为l50、200号。

影响混凝土强度的因素很多，其中水泥标号与水灰比是影响混凝土强度的主要因素，同时混凝土强度还与水泥品种和骨料特性有关。当其他条件相同时，水泥标号愈高，混凝土强度愈高，当用同一种水泥(品种及标号相同)时，混凝土的标号主要取决于水灰比。

混凝土强度与水灰比、水泥标号和水泥品种以及骨料种类之间的关系，可用经验公式(1-5)表示。

(1―5)

式中R28――混凝土28d龄期的抗压强度；

Rc――水泥标号；

C／W――灰水比；

A、B――试验系数，可选用《建井工程手册(第三卷)》中表11―1―38的数据。

影响混凝土强度的其他因素有混凝土所处环境的温度和湿度、养护龄期等。这些都是影响混凝土强度的重要因素，都是通过对水泥水化过程所产生的影响而起作用的。

普通水泥养护龄期不得少于7昼夜；矿渣、火山灰水泥，不得少于l4昼夜。只有当空气湿度在95％以上或有淋水的地点，可不要专门养护。

混凝土在正常养护条件下，其强度随龄期的增长而提高，最初3～7d内增长较快，以后逐渐变缓，全部增长过程可达数十年。

混凝土的浇捣对提高混凝土强度也有影响。在条件相同的情况下，采用振捣器捣实混凝土，其所需用水一般比采用人工捣实时小，故可用较小的水灰比，从而获得较高的强度。

混凝土混合料必须分层浇捣，每层浇灌的厚度不应超过表1―12的规定。

表1-12混凝土浇捣层的厚度

c混凝土的耐久性

混凝土应具有适当的强度，除能安全承受设计荷载外，还应根据其周围的自然环境以及在使用上的特殊要求而具有各种特殊性能。例如，承受压力水作用下的混凝土，需要具有一定的抗渗性能；遭受环境水侵蚀的混凝土，需要具有与之相适应的抗侵蚀性能等。这些性能决定着混凝土经久耐用的程度，所以统称为耐久性。

混凝土的耐久性取决于组成材料的品质与混凝土的密实度。

提高混凝土耐久性的主要措施有：控制混凝土的最大水灰比(表1―13)，合理选择水泥品种，保证足够的水泥用量(表1―14)，选用较好的砂、石骨料，合理地调整骨料级配；改善混凝土的施工操作方法，搅拌均匀，浇灌和振捣密实及加强养护以保证混凝土的施工质量。

表1-13混凝土最大水灰比限值

注：严寒地区，最冷月份平均温度低于一l5℃；寒冷地区，最低月份平均温度为一15～一5℃；温暖地区，最冷月份平均温度高于一5℃。

表1―14混凝土的最小水泥用量

注：l．本表规足的最小水泥用量只适用于机械捣固，如用手工捣l司其用量应增加10％；2．实际采用的水泥用量如在实验中能确保达到设计要求，可不受本表限制。

C混凝土的配合比

混凝土各组成材料用量比例，即混凝土中水泥、砂、石用量比例(重量比或体积比，均以水泥为1)和水灰比(加水量与水泥用量之比)，称为混凝土配合比。

1．4．2临时支护

临时支护的形式较多，为了节省坑木和提高效率，经常采用的有金属临时支架和喷锚临时支护等。

1．4。2．1金属拱形临时支护

采用石材、混凝土整体式支架的巷道，多在掘进后先架设临时支架，以防止掘进与砌碹之问这一段距离的顶、帮岩石的垮落。临时支架多采用金属拱形支架，它用的材料以l5～18k9／rn的钢轨或其他型钢制作，支架间距一般为0.8～1.0m。

金属拱形临时支架分为无腿的和带腿的两种。

金属拱形无腿临时支架常用的形式如图1―22所示。架设时首先在巷道两侧拱基线上方凿两个托钩眼，并安上托钩或钢轨橛子，架设拱梁，铺设背板，最后在两个拱梁之间安设拉钩和顶柱，使其成为一个整体。这种支架适用于岩层中等稳定没有侧压的拱形巷道中。

带腿的金属拱形临时支架，是在无腿拱梁上再加装可拆装的棚腿，如图1―23所示。这种支架多用在围岩压力较大，顶、帮围岩均不稳定的巷道中。

图1―22无腿金属拱形临时支架

1一钢轨拱梁；2托梁；3一钢轨撅子

图1―23金属拱形带腿临时支架

1拱梁；2一顶托；3一拱肩；4钢轨橛子；5一棚腿；6一连接板；7拉杆；8一棚腿垫板

1．4．2．2喷锚支护

凡有条件的巷道，都应优先选用喷锚做临时支护。这种临时支护在爆破后应紧跟迎头，及时封闭围岩，防止岩石松动和垮落。其施工方法简单易行，便于实现机械化，且安全可靠，既是临时支护，又可以作为永久支护的一部分，如图l―24所示。

图1―24喷锚紧跟迎头

1一锚杆；2一超前锚杆；3喷射混凝土或喷砂浆

1．4．3永久支护

1．4．3．1棚式支护

棚式支架，简称棚子。有木支架、金属支架和装配式钢筋混凝土预制支架。棚式支架都是间隔式的，不能防止围岩风化。

A木支架(木棚子)

木支架所用的材料称为坑木，直径一般为6～22cm。巷道中常用的木支架多是梯形棚子(其结构如图1―25所示)，由顶梁、棚腿以及背板、木楔等组成。

图1―25木支架

1顶梁；2--棚腿；3一木楔；4背板；5--撑柱；6一角楔

顶梁是木棚子支撑顶板压力的受弯构件。棚腿是顶梁的支点，棚腿与底板的夹角一般为80。，并应插到坚实的底板岩石上。顶梁和棚腿通常用亲口接头(图1-26)，接头要求吻合紧密，安装时应用4个角楔在梁、腿接口处与顶、帮围岩之间楔紧。

每架棚子架好后，其平面应和巷道的纵轴相垂直。为了增加各架棚子的稳定性，棚子间可以打上小圆木或方木制作的撑柱或钉上拉条。

木支架一般可用于地压不大、巷道服务年限不长、断面较小的采区巷道里，有时也用作巷道掘进中的临时支架。

木支架重量轻，具有一定的强度，加工容易，架设方便，特别适应于多变的地下条件，构造上可以做成有一定刚性的，也可以做成有较大可缩性的。当地压突然增大时，木支架还能发出声响讯号。所以在采矿工程中用得最早，过去也用得最广泛。其缺点是：强度有限，不能防火，容易腐朽，使用年限短，且不能阻水和防止围岩风化。

图1―26木支架亲口接头

B金属支架

金属支架(金属棚子)强度高、体积小，坚固、耐久、防火，在构造上可以制成各种形状的构件，虽然初期投资大，但巷道维修工作量小，并可以回收复用。所以金属支架是一种优良的坑木代用品。

金属支架常用l8～24k9／m钢轨或16～20号工字钢制作。它也是由两腿一梁构成金属棚子(图1-27)。梁腿连接要求牢固、简单，拆装方便。图1-27b所示的接头比较简单、方便，但不够牢固，支架稳定性差；图l-27a和图l-27c所示的接头比较牢固，但拆卸不太方便。棚腿的下端应焊一块钢板或穿有特制的“柱鞋”，以增加承压面积，防止棚腿陷入巷道底板。有时还可以在棚腿下加设垫木，尤其在松软地层中更应如此。

这种支架通常用在回采巷道中，在断面较大、地压较严重的其他巷道也可使用，但在有酸性水的情况下应避免使用。

由于轻型钢轨容易获得，所以有的矿山用它制作金属支架，但因钢轨不是结构钢材，就其材料本身受力而言，这种用法是不合理的，但可以修旧利废。制作金属支架比较理想的材料，是矿用工字钢和U型钢。

矿用工字钢设计合理，受力性能好，它的几何形状适合作金属支架。U型钢也是一种矿用特殊型钢，适宜制作可缩性金属拱形支架，如图l―28所示。

图1―27金属支架的构造

1一木垫板；2钢垫板

可缩性金属拱形支架，由三个基本构件组成：一根曲率为Rl的弧形拱梁和两根上端带曲率为R2的柱腿。弧形拱梁的两端插入和搭接在柱腿的弯曲部分上，组成了一个三心拱。梁腿搭接长度L约为300～400mm，该处用两个卡箍固定。柱腿下部焊有180minx l50mmX lomm的钢板作为地板。支架的可缩性用卡箍的松紧程度来调节和控制。当地压达到某一定限度后，搭接部分相对滑移，支架收缩，从而缓和了支架承受的压力。为了加强支架沿巷道轴线方向的稳定性，棚子与棚子之间应用金属拉杆借助螺栓、夹板等互相紧紧拉住，或打入撑柱撑紧。

可缩性金属拱形支架适用于地压大、地压不稳定、围岩变形较大的采区巷道和断层破碎带地段，所支护的巷道断面一般不大于12m2。

图1―28可缩性金属拱形支架

1一拱梁；2一柱腿；3一卡箍；4一垫板

C支柱工操作规程

a坑木运送

(1)运送材料时，严禁损坏电力线、照明线、电机车架空线、供风(水)管线和轨道及风门等设施和构筑物。

(2)往罐、箕斗中装料，有坠入可能的缝隙必须用2．5cm厚的优质木板堵严。材料不得突出容器之外，并用绳子捆好。在无容器的地方下料，高度超过lOre时，应用绳子捆着下放，严禁自由滑落，

下料时必须做好上下联系。

b施工准备

(1)作业前先吹净炮烟。人员站在安全地点洒水清洗顶、帮，工作面和浇透矿(废)石堆。

(2)撬净工作面浮石。撬不下来且有空声的顶帮要做上明显的标志或做好临时支柱，并通知有关人员。

(3)撬毛石时，应从水平巷道的外面向里面进行。

C木棚子、木立柱的架设

(1)梁和腿的结合要严密，其夹角一般为l00。～ll0。，顶压大夹角小，侧压大夹角大。棚腿柱窝应挖到硬岩，松软地段应垫基石或设地梁。棚梁与棚腿须在同一平面上，并需与巷道中心线成直角。梁的中部及腿的顶端与顶帮问的空隙均应用木楔楔紧。为防止棚子发生前后倾斜，各棚之间应用直径不小于lOcm的撑木互相支撑。

(2)为防止巷道顶帮岩石的片落，棚壁问必须填塞结实。

(3)在顶盘节理发达松软处支立顶柱时，为扩大顶柱支护面积，顶柱上端应加柱帽。柱帽用劈开的半边坑木制作，宽度略小于柱顶直径，至少伸出柱顶两边各0．2m。柱顶鸭嘴大小要大于柱帽木圆弧，柱帽轴线方向应与断层、节理、倾斜成直角。

(4)棚腿和立柱应大头向下，下端做适当切削，其切削长度不得超过直径，切割后端顶的大小不得小于直径的0．5倍。

d木垛的架设

(1)架设木垛的木材应采用圆木或方木。用圆木时，为增加稳固性，应将相叠处削成上下平行的结合面。

(2)木垛架叠高度一般为坑木长的2倍以下，最高不得超过3倍。

(3)架设木垛的位置，应坚实平坦，木垛顶底必须与顶底盘密接，并以木楔楔紧，相叠点位置应在一直线上。

(4)在倾斜面上架设木垛时，应设临时托柱，而后进行叠架，以免其歪斜或转落。木垛与底盘接触的坑木必须与倾斜方向一致。

1．4．3．1混凝土支护

A混凝土支架的结构特点及适用条件

a混凝土支架的结构特点

混凝土(或称现浇混凝土)支架本身是连续整体的，对围岩能起封闭和防止风化作用。这种支架的主要形式是直墙拱形，即由拱、墙和墙基所构成，如图l―29所示。

图1―29混凝土支架的组成及顶压受力传递示意图

1一拱；2墙；3一墙基；4一拱基线

Q顶压；H一横推力；V一竖压力；g传给底板的压力；

Q，一斜向顶压

拱的作用是承受顶压，并将它传给侧墙和两帮。在拱的各断面中主要产生压应力及部分弯曲应力，但在顶压不均匀和不对称的情况下，断面内也会出现剪应力。内力主要是压力，可以充分发挥混凝土抗压强度高而抗拉强度低的特性。

拱的厚度决定于巷道的跨度和拱高、岩石的性质以及混凝土本身的强度，可用经验公式计算，更多是查表1―15选取。

表1-15整体混凝土拱支护厚度(mm)

注：混凝土标号为l00～150号(抗压强度为10～15MPa)。

墙的作用是支承拱和抵抗侧压。一般为直墙，如侧压较大时，也可改直墙为曲墙。在拱基处，拱传给墙的荷载是斜向的，由此产生横推力，如果在拱基处没有和围岩充填密实，则拱和墙在横推力作用下很容易变形而失去稳定性。

墙厚应大于或等于拱厚，通常等于拱厚。

墙基的作用是将墙传来的荷载与自重均匀地传给底板。底板岩石坚硬时，它可以是直墙的延深部分；底板岩石松软时，必须加宽；有底鼓时，还必须砌底拱。墙基的深度不应小于墙的厚度。靠水沟一侧的墙基深度，一般和水沟底板同深，但在底板岩石松软破碎的，则墙基要超深水沟底板150～200mm。

采用底拱时，一般底拱的矢高为顶拱矢高的1／8～1／6；底拱厚度为顶拱厚度的(0。5～0．8)倍。混凝土支架承受压力大，整体性好，防火阻水，通风阻力小。但施工工序多，工期长，成本高。

b混凝土支架的适用条件

(1)当围岩十分破碎，用喷锚支护优越性已不显著时；

(2)围岩十分不稳定，顶板活石极易塌落，喷射混凝土喷不上、粘不牢，也不容易钻眼装设锚杆时；

(3)大面积淋水或部分涌水处理无效的地区；

(4)服务年限长的巷道。

B碹胎和模板

平巷混凝土支架施工时需要碹胎和模板。为了节省木材，提高复用率，常采用金属碹胎、模板，对于一些特殊硐室及交叉点仍然部分采用木碹胎和模板。

在施工中，碹胎承受混凝土的重量、工作台荷载、施工中的冲击荷载等，因此要求有一定的强度和刚度。在实际工作中，碹胎的结构形式和构件尺寸大小，一般按经验选取。

木碹胎一般用方木或2～3层板材，分2～3段拼接而成，如图l―30所示。

金属碹胎，一般用l4号～l8号槽钢或l5～24k9／m钢轨制成，如图1―31所示。

图1―30木碹胎

1碹胎；2一固定板

图1―31金属碹胎

1石碹胎拱顶；2一托梁；3一石碹胎柱腿

模板一般用8～10号槽钢或厚30～40mm木板制成。金属模板具有强度高、不易变形、容易修复、复用率高、节省木材等优点，施工时应优先选用。矿用塑料模板具有重量轻、脱模容易、拆装迅速、抗腐蚀、使用寿命长等特点，重复使用次数可达30～40次，可在巷道或井筒中推广使用。

C混凝土支架安全操作规程

(1)工作前应对施工作业面详细检查，认为安全后方准作业。发现问题，应及时采取临时安全措施处理。工作时精神要集中，不得打闹、开玩笑。

(2)浇灌混凝土时应检查模板是否支得牢固。捣固时不要用力过猛，以免混凝土崩入眼、脸部。

(3)工作台要牢固严密，以防折断或碎石坠落伤人。

(4)浇灌混凝土时，应注意模板钉子。在高空危险处浇灌混凝土时，必须系好安全带，以防坠落。

(5)使用震动器注意事项：震动器传动部分必须有防护罩；所有开关必须良好，所用导线必须是橡皮绝缘软线；必须有接地或接零，移动震动器必须停电；使用震动器必须穿胶靴，戴绝缘手套。

(6)砌碹前拆除原有支架时，必须及时清理顶帮浮石，并采取临时护顶措施，砌碹后应将顶帮空隙填实；金属碹胎各节点需用螺栓连接，木碹胎的各节点必须牢固可靠；碹胎的强度，应具有不小于支撑重量3倍的安全系数。

1．4．3．3锚杆支护

锚杆是一种锚固在岩体内部的杆状支架。采用锚杆支护巷道时，先向巷道围岩钻孔，然后在孔内安装和锚固由金属、木材等制成的杆件，用它将围岩加固起来，在巷道周围形成一个稳定的岩石带，使支架与围岩共同起到支护作用。但是锚杆不能防止围岩风化，不能防止锚杆与锚杆之间裂隙岩石的剥落，因此，在围岩不稳定情况下，往往采取锚杆再配合其他措施，如挂金属网、喷水泥砂浆或喷射混凝土等联合使用，这种支护称为喷锚或喷锚网联合支护。

A锚杆的种类及其安装

目前国内外使用的锚杆种类很多，按其锚固方式，可分为端部固定式、全长固定式、混合式三类。每种又分为不同的形式，如表1―16所示。

表l一16锚杆分类

a金属楔缝式锚杆

金属楔缝式锚杆由杆体、楔子、垫板和螺帽组成，如图l―32所示，其中楔子和杆头组成锚固部分，垫板、螺帽和杆体下部组成承托部分。杆体一般用普通低碳钢制成，直径为l8～22ram，头部有长150～200mm、宽3～5ram的楔缝，尾部长100～150mm部位加工成螺纹。楔子用软钢或铸铁制成，一般长l40～150mm，其宽度等于杆体直径或略小2～3mm。楔子尖端厚度取l．5～2mm。垫板常用厚为6～lOmm钢板做成方形，其边长为140～200mm，有时也可以用铸铁制成各种形状的垫板，以适应凹凸不平的岩面。

图1―32金属楔缝式锚杆

1一楔子；2--杆体；3一垫板；4螺帽

安装时，先把楔子插入楔缝中送入眼底，然后在杆体外露端加保护套，再不断地锤击楔子挤入楔缝而使杆体端部张开与眼壁围岩挤压固紧。最后在锚杆的外露端套上垫板，将螺帽拧紧。

金属楔缝式锚杆结构简单，加工容易，使用可靠，锚固力大，但不能回收，孔深要求比较严格，在软岩中不宜使用。

b金属倒楔式锚杆

倒楔式锚杆由杆体、固定楔、活动倒楔、垫板、螺帽组成，如图l―33所示。

图1―33金属倒楔式锚杆

1固定楔；2倒楔；3杆体；4垫板；5螺帽

杆体用声l2～16mm的圆钢制作，固定楔、倒楔、垫板都可用铸铁制作。

安装时，先将倒楔楔头下部和杆体绑在一起，一齐轻轻插入眼孔中，然后用一专用锤锤击杆体插入眼孔内，打击倒楔尾部，使锚杆固定在孔壁上，最后套上垫板，拧紧螺帽。

这种锚杆比楔缝式可靠，对眼孔要求不严，可以回收，结构简单，易于加工，在金属锚杆中是比较好的一种形式。

C钢筋(钢丝绳)砂浆锚杆

这是一种全长固定型锚杆，如图l―34所示。施工时，先向孔内灌注水泥砂浆，然后插入钢筋。这类锚杆是利用砂浆与钢筋、围岩间的黏结力来阻止围岩的变形，起到锚固围岩的作用。

图1―34钢筋或钢丝绳砂浆锚杆

1一砂浆；2--钢筋；3一金属垫板；4--钢丝绳；5--木托板；

6卡子；7一金属楔子

锚杆的钢筋一般为直径l0～16ram的光面或螺纹钢筋。砂浆标号应不低于200号，采用325号或425号普通硅酸盐水泥和粒径小于3mm的中细砂加水拌和而成。常用的配合比(重量比)为水泥：砂一l：1～1：1．2，水灰比为0．38～o．42，砂浆以用手可捏成团，但挤不出浆，松手不散开为宜。

我国矿山还广泛采用钢丝绳砂浆锚杆。这种锚杆利用废旧钢丝绳经除锈去油和破股平直后，取用直径为l0～19mm的绳股，先插入孔内，后注砂浆固结而成。

钢筋或钢丝绳砂浆锚杆，加工方便，成本低廉，锚固力大而持久，因此应用比较广泛。但是，砂浆没有硬化时，锚杆不能承载，所以在围岩破碎处不宜使用。

d水泥卷锚杆

将一定比例的水泥、砂子及速凝剂等配料混合后装入透水袋中，制成直径32ram、长度200mm的水泥卷。施工时，将水泥卷放在水中浸泡4～5min，浸透后从水中取出待稍有强度时，用炮棍装入炮孔中，再将加工好的直径12ram左右的螺纹钢用凿岩机顶人已装好水泥卷的炮孔中。

水泥卷锚杆锚固力大，承载快，制作简单，成本低。

e树脂锚杆

树脂锚杆是以合成树脂黏合剂，将锚杆杆体与围岩黏结在一起成为一个牢固的整体，达到支护目的。

树脂锚杆用的树脂为环氧树脂或不饱和聚酯树脂。使环氧树脂聚合的固化剂有乙二胺、三乙烯四胺等；聚酯树脂的固化剂有过氧化环己酮、过氧化苯甲酰等。加速树脂聚合速度的促进剂有二甲基苯胺。

为降低树脂用量，提高黏结剂的强度，还要加石粉或石英砂等填料。

树脂锚杆安装前，需将树脂、促进剂和填料装在塑料袋中，形成树脂药包，再将装有固化剂的玻璃管置于药包之中。

将树脂药包放入孔内，再将杆体插入孔内，杆体用直径l6～18mm的普通圆钢制成，末端制成麻花状，搅动杆体，使树脂溢满钻孔，待树脂固化后，拧紧螺帽，如图1―35所示。

图1―35树脂锚杆药包

1～树脂、促进剂与填料；2一固化剂；3m玻璃管；4--塑料袋；5一锚杆的麻花部分；6挡圈

注：l．表中的支护类型和参数，是指隧洞和倾角小于30。的斜井的永久支护，包括初期支护和后期支护的类型与参数。

2．服务年限小于10年及硐室跨度小于3．5m的隧洞和斜井，表中的支护参数，可根据工程具体情况，适当减少。

3．复合衬砌的隧洞和斜井，初期支护采用表中的参数时，应根据工程的具体情况，予以减少。

4．急倾斜岩层中的隧洞或斜井易失稳的一侧边墙和缓倾斜岩层中的隧洞或斜井顶部，应采用表中第2种支护

类型和参数；其他情况下，两种支护类型和参数均可采用。

5．I、Ⅱ类围岩中的隧洞和斜井，当边墙高度小于lore时，边墙的锚杆和钢筋网可不预设置，边墙喷射混凝土厚度可取表中数据的下限值；Ⅲ类围岩中的隧洞和斜井，当边墙高度小于10m时，边墙的喷锚支护参数可适当减小。