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煤礦錨噴錨網混凝土支護結構與施工技術
摘要:本文主要闡述了噴射混凝土的原材料及其配比,噴射混凝土支護結構等問題。分析了錨噴和錨網噴射混凝土施工的噴射混凝土施工設備布置、錨桿噴射混凝土支護、錨網噴射混凝土施工等技術措施。
關鍵詞:錨噴;錨網;混凝土;支護結構;施工技術
0 引言
為了保持煤礦巷道的穩定性,避免圍巖出現垮落或過大變形,巷道掘進后一般都要進行支護。支護的主要方法是架設棚式支架、砌筑石材整體式支架和錨噴、錨網支護。進行支護以前一般選打砌達碹方式或砼碹方式。這些支護方式的缺點是加大了掘進斷面,影響了掘進速度,還爆破、運輸、支護等材料費用高。支護效果上,埋深厚,砼碹開裂,巷道變形,底鼓現象比較嚴重,滿足不了安全生產的需要。目前,一些煤礦采用錨網、錨索噴聯合支護技術。
在采用錨網、錨索噴聯合支護技術后,可明顯改善圍巖受力狀態,有效地控制圍巖變形,提高支護的安全可靠性。與砼碹相比,錨噴、錨網噴和、錨網索噴聯合支護技術可減少掘進荒斷面,降低支護費用,經濟效益顯著。錨噴、錨網噴和、錨網索噴聯合支護技術可縮短工期。因掘進斷面比砼碹支護方式小,掘進工程量小,掘進速度快,可縮短工期20%左右。
噴射混凝土作為用噴射方法制備的混凝土,是砂石料、水泥和速凝劑等材料攪拌而形成,借助混凝土噴射機使混合物在壓縮空氣的作用下,通過軟管輸送到噴嘴處。在噴嘴處加水混合并形成料束,高速噴敷在圍巖表面上,就可形成噴射混凝土層,以支護礦井圍巖。錨桿和噴射混凝土兩種支護手段經常相互配合、補充,聯合使用,形成錨桿噴射混凝土支護,能夠增加它們對圍巖的支護能力,可以適應多種圍巖條件。
1 噴射混凝土的原材料及其配比
1.1 水泥。應優先選用普通硅酸鹽水泥,它凝結硬化快,保水性好,早期強度增長快。也可從實際出發選用礦渣硅酸鹽水泥或火山灰質硅酸鹽水泥。水泥標號一般不得低于325號,過期、受潮結塊或混合的水泥不能使用。
1.2 砂子。應采用堅硬耐久的中砂或粗砂,細度模數應大于2.5,含泥量要小于3%。細砂會增加噴射混凝土的干縮變形,過細的粉砂易產生粉塵,影響操作人員的身體健康。
1.3 石子。應采用堅硬耐久的卵石或碎石,粒徑小于15mm。卵石因其光滑干凈,對噴射機和輸料管路磨損少,有利于遠距離輸料和減少堵管故障。碎石混凝土比卵石混凝土強度高,噴射作業中回彈率也較低,但碎石有棱角,表面粗糙,會對噴射機和輸料管路磨損,應少用。
1.4 水。飲用水及潔凈天然水可以作為噴射混凝土混合水;旌纤粦杏绊懰嗾DY與硬化的物質,不得使用污水和酸性水。
1.5 速凝劑。一種以鋁酸鹽和碳酸鹽為主;一種以水玻璃為主;按形狀又可分為粉狀和液體兩類。速凝劑能使噴射混凝土凝結速度決、早期強度高、后期強度損失小、縮變形增加不大、對金屬腐蝕小、在低溫(5℃左右)下不致失效,用量一般約為水泥用量的2.5%~4%。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。
2 噴射混凝土支護結構
噴射混凝土的結構選擇,要視巷道的地質條件、圍巖、工程斷面、跨度等情況確定!兑幏丁芬幎嗽诟鞣N條件下錨噴支護參數選擇,可以結合施工情況選用,支護結構一般可分為以下幾類。
2.1 噴砂漿支護是在巷道周圍圍巖表面噴一層砂漿的支護形式,主要用以封閉圍巖使之不與不利環境接觸,減緩其風化。侵蝕等作用。噴砂漿的標號要等于或大于75號,噴砂漿的厚度應等于或大于10mm,小于30mm。
2.2 噴射混凝土支護是在井巷圍巖表面噴射一層混凝土,與圍巖自承能力相結合,實現巷道支護的支護形式,根據它的使用功能,即臨時支護、永久支護,初噴、復噴的要求,噴射混凝土厚度最小30mm。
2.3 錨桿噴射混凝土支護是錨桿和噴射混凝土聯合支護的一種支護結構,這種結構既能充分發揮錨桿的作用,又能充分發揮噴射混凝土的作用,兩種作用相結合,有效地改進了支護的效能。
2.4 錨桿噴射混凝土金屬網聯合支護是錨桿、金屬網和噴射混凝土進行聯合支護的形式。金屬網的介入,起到了加固的作用。因此,在W、V類圍巖的井巷支護,軟巖巷道中得到廣泛的應用。一般金屬網的網格不小于150mm,金屬網所用鋼筋或鋼絲直徑為2.5~10mm,施工時應注意用錨桿固定牢靠,金屬網間要用絲綁扎結實,鋼筋保護層厚度不應小于20mm、不大于40mm,必須能與噴射混凝土密切結合產生強度。
2.5 鋼纖維噴射混凝土支護是在噴射混凝土中摻入適當鋼纖維,以提高噴射混凝土性能的支護。較多地應用于過斷層破碎帶的巷道支護和大斷面交叉點,或處理冒頂等事故,也可在裂隙、節理發達的圍巖以及承受擾動影響的巷道和高速水流沖刷中使用,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0.3~0.5mm,鋼纖維的長度20~25mm,鋼纖維摻量應為混合料質量的3%~6%。
2.6 鋼架噴射混凝土聯合支護是在軟巖中應用的一種支護結構,先在掘進后架設鋼架,允許圍巖收斂變形,穩定后再進行噴射混凝土支護,把鋼架噴在里面,有時也打一些錨桿,控制圍巖變形。鋼架自身仍保持相當的支護能力,被噴射混凝土裹住后又起鋼筋加固作用.而噴射混凝土層的柔性,對圍巖穩定后的微量變形可以適應。
3 錨噴和錨網噴射混凝土施工
3.1 噴射混凝土施工設備布置。噴射混凝土施工設備的布置,要以施工安全、高效操作為前提.盡量縮短混合料攪拌機與噴射機之間的距離。如攪拌機設在地面,按一定比例攪拌的粗細骨料運往井下,在現場與水泥、速凝劑一起攪拌后噴射,噴射機至作業面的距離要近,以便提高效率,防止堵管。斜井施工中噴射機布置在井口進行長距離輸料時,應檢查鋪設輸料管,不宜用彎頭,改變輸料管徑時應用錐形變徑接頭,以減少運輸阻力,防止管路堵塞。使用壓力水箱向噴頭供水時,水箱位置設置在噴射機司機、噴射手的可視范圍內,調節和控制水箱壓力。攪拌機、上料機、噴射機等均應布置在巷道一側,以便掘進排研和噴射混凝土供料車能隨時通過,確保連續施工。
3.2 錨桿噴射混凝土支護。錨桿的施工要根據錨桿的型號而不同。在掘進后,先安裝臨時錨桿,繼而噴薄層混凝土,再進行復噴達到設計規定的噴層厚度,頂板情況良好時,噴一薄層混凝土,再安裝錨桿,再進行復噴,達到設計規定的噴層厚度。
3.3 錨網噴射混凝土施工。錨桿的施工對于破碎軟巖斷層帶需增加金屬網一層或兩層,增大其強度,起到鋼筋混凝土的作用,鋼筋網鋪設在使用前清除污銹,在圍巖表面噴射一薄層棍凝土后再鋪設金屬網,金屬網與錨桿或其他堅固件應聯結牢固。金屬網片也應互相綁扎緊密,使之在噴射混凝土操作時不晃動,鋼筋網的網格尺寸應等于或大于150mm,采用金屬網時,第一層金屬網被噴射混凝土覆蓋后再鋪設第二層金屬網。
鋼筋網在噴射混凝土中的位置。鋼筋網與巖面的間隙,或噴射混凝土厚度應大于30mm,網筋保護層的厚度應等于或大于20mm,小于40mm。這有利于鋼筋網噴射混凝土的應力分布和受力狀態,利于防止噴射混凝土支護表面破損。
鋼筋網噴射混凝土作業時,應先埋設好噴厚的標釘,以控制噴層厚度。噴射時,適當縮小噴頭與受噴面間的距離,調節噴射角度,確保鋼筋和圍巖表面混凝土的密實性,鋼筋網被混凝土覆蓋后,再適當加大噴頭到噴面的距離,保證平整度,其余操作與一般噴射混凝土同樣施工。
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