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!- 《地下工程施工》 课 程 设 计 说 明 书 课 程 名 称： 地 下 工 程 施 工 设 计 题 目： 巷道掘进施工及锚喷支护设计 年 级 专 业： 姓 名 学 号： 指 导 教 师： 于 洋 徐州工程学院土木工程学院 年 月 日 目 录 1 工程地质条件 1.1 工程概况 吉林省某矿井+65皮带大巷基本处于单斜构造、岩层倾角在2～5之间，区域内对开拓巷道布置有影响的较大断层有3条，即F13、F20、F37，均为正断层。受其断层应力牵引作用，层面将会出现破碎带。 +65皮带大巷所在区域内赋存两层煤，即12层煤和13层煤。其中13层煤厚度在1.0～5.0m之间，夹石层较多，不可采。12层煤分层可采，夹石层厚度不超过0.15m，煤质较好，煤层层理较发育，煤质坚硬，硬度f=2、煤层厚度在2.0m～7.0 m之间。 +65皮带大巷采掘工程平面图如图1.1所示。 图1.1 采掘工程平面图 1.2 巷道变形特征 +65皮带大巷的变形主要以巷道整体收敛为主，且巷道顶底板和两帮移近量均较大。通过对+65皮带大巷的围岩地质情况、变形特征和破坏程度进行分析，发现该巷道在不同地段的变形特征具有一定的共性，其原因主要有以下三方面： （1）巷道围岩的岩性较差。通过钻孔柱状图可以看出，巷道顶底板均为泥岩或者砂岩，部分地段岩层含水，围岩的力学性能较差，且遇水易膨胀，所以巷道极易发生较大变形。 （2）巷道断面形状选择不合理。巷道断面形状对围岩的稳定性有重要影响，对于抗压强度低、流变性大、膨胀性强、地应力大的软岩巷道优先选用圆形或椭圆形较好，因为圆形或椭圆形巷道受力状况好，便于封闭围岩，收敛值小，并能充分发挥支护材料的抗压性能，较有效防止围岩原始应力恶化，底鼓受到抑制。原有的马蹄形断面对于巷道两帮的和底板的控制极为不利。 （3）支护方案不合理。通过现场调研发现，支护方案不合理也是+65皮带大巷发生大变形的重要原因。锚杆支护技术是一种先进的支护技术，通过对锚杆、锚索施加高预紧力可以实现对巷道的及时、主动支护。但是，现场出现锚杆支护材料和参数选择不合理、施工质量不达标等问题，极大的限制了锚杆支护作用的发挥，最终影响到巷道的稳定性。 1.3 设计思路 软岩巷道工程本身所具有的大变形、大地压、难支护等特性，决定了软岩巷道支护技术的复杂性，单一的支护形式难以满足软岩巷道工程支护的需要。因此，在软岩巷道工程支护技术方面，由过去单一的支护形式逐步发展为各种多次支护、联合支护形式、并形成了各种系列支护技术，如锚喷、锚网喷、锚喷网架、锚喷网架支护系列技术、钢架支护系列技术、钢筋混凝土支护系列、料石碹支护系列技术、注浆加固系列技术和预应力锚索支护技术。工程实践证明，上述支护形式都在软岩巷道支护中有成功应用。特别是锚网、锚索支护形式，由于施工方便、劳动强度低等优点，在生产现场中得到越来越多的应用。特别是近年来锚索技术的发展十分迅速，已成为矿井软岩巷道支护的重要技术，它能把深部围岩强度调动起来，和浅部支护岩体共同作用，控制巷道稳定性，这将是以后中国软岩巷道支护的主流方向。 吉林省某煤矿+65西翼皮带大巷埋深约300m，且顶底板主要为泥岩和砂岩，岩石力学强度不高，遇水容易膨胀，属于典型的软岩巷道，巷道围岩具有变形大、持续时间长、底鼓严重等特点。该巷道以前虽然采用锚网、锚索支护，但是现场存在支护参数不合理、支护材料质量差、施工工序复杂、支护效果差等问题，使得锚网、锚索支护形式在软岩巷道支护中的作用大大降低。 本设计以某煤矿生产地质资料和现有支护条件下巷道维护效果为依据，采用理论计算和工程实践研究确定最优的巷道支护形式和支护参数。设计中还规范了锚杆施工工艺、明确了锚杆施工的质量要求。最后针对试验巷道制定了相应的矿压观测方案，通过观测和分析现场矿压数据，及时对支护参数做出相应调整，不断优化支护方案，保证巷道的支护效果。 2 巷道掘进施工 +65皮带大巷穿越地区大部分围岩等级相对较高，为了加快施工速度，保证开拓巷道的早日完工，同时也考虑到巷道本身断面较大，可以为机械化施工提供足够的空间。因此，本次设计巷道采用全断面光面爆破的施工方法。 2.1 光面爆破 2.1.1 光面爆破作用机理 光面爆破是上世纪50年代才发展起来的一种控制爆破技术，由于它具有明显的优越性，所以得到快速推广应用。但岩石爆破过的程极为复杂，目前的理论研究很不成熟，所以对光面爆破的作用机理也存在不同的观点。 （1）杜瓦儿和佩固等人提出的理论。该理论认为相邻炮孔爆炸应力波叠加导致岩石受拉破坏而形成裂缝。 （2）尹藤一郎等人提出的理论。该理论认为裂缝的形成主要是爆炸高压气体的作用，他们的铝块爆破实验表明，不耦合系数为2.5时，空壁上的压力值约为不耦合系数为1.1时的压力值的，所以他们认为裂缝的形成主要是爆生气体的高压准静态作用。 （3）国内理论认为裂缝面的形成是应力波和爆炸气体共同作用的结果。认为应力波的主要作用是在炮孔周围产生一些初始的径向裂缝，在爆炸气体的准静态应力的作用下，使径向裂缝进一步扩展。这种解释比较符合实际情况，与现场工程相对吻合 2.1.2 光面爆破的特点 下面将现场总结光面爆破的特点分述如下： （1）爆破后岩壁平整，减少了超挖、欠挖带来的许多麻烦，节省了挖掘回填支护的工程量； （2）围岩不受明显的破坏，为巷道洞室的开挖和维护创造了良好的条件； （3）可以提高施工的安全性，工作面上几乎不出现松石，在围岩地质条件不良的地带施工，能保证工作正常的进行，不易触发冒顶、滑坡等事故； （4）减少岩壁上的应力集中现象，这对地下工程防止岩爆危害起重要作用。 2.1.3 光面爆破参数确定 由于光面爆破的作用机理还没有完全研究透彻，再加上岩石本身性质的复杂性，目前还很难用理论计算的方法确定合理的爆破参数，所以常用的方法是工程类比法。常见的光面爆破参数见表2-1。 表2-1 国内地下工程常用光爆参数 围岩 情况 洞室宽度 /m 光面爆破参数 炮眼直径 爆眼间距 光爆层厚 线装药密度 稳定性好的中硬和坚硬岩石 拱部 <5 35-45 600-700 500-700 0.20-0.30 >5 35-45 700-800 700-900 0.20-0.25 侧墙 35-45 600-700 600-700 0.20-0.25 稳定性较差或一般中硬岩到硬岩 拱部 <5 35-45 600-700 600-800 0.20-0.25 >5 35-45 700-800 800-1000 0.15-0.20 侧墙 35-45 600-700 700-800 0.20-0.25 稳定性差裂隙发育的松软岩石 拱部 <5 35-45 400-600 700-900 0.10-0.18 >5 35-45 500-700 800-1000 0.12-0.18 侧墙 35-45 500-700 700-900 0.15-0.20 说明：炮眼直径、爆眼间距、光爆层厚的单位是毫米，线装药密度的单位是千克/米。 表2-2 锚喷支护规范中所给的光爆参数 岩石类型 单轴饱和抗压强度 装药不偶合系数 周边眼间距/mm 光爆层厚度/mm 硬岩 >60MPa 1.20~1.50 550~700 700~850 中硬岩 30~60MPa 1.50~2.00 450~650 600~750 软岩 <30MPa 2.00~2.50 350~600 400~600 根据上述两表中所列的光面爆破参数，结合+65皮带大巷的围岩条件，光面爆破参数的选定见表2-3。 表2-3 某巷道光面爆破参数表 炮眼直径 爆眼间距 光爆层厚度 线装药密度 - - - - 此处附巷道光面爆破炮眼布置图。 图2.1 巷道光面爆破炮眼布置图 2.2 巷道支护新奥法施工 2.2.1 新奥法概述 新奥法是由希腊布希维兹教授创建的，于1963年正式命名的，目前已广泛运用于欧美各个国家。所谓“新奥法”即为是在充分考虑围岩自身承载能力的基础上，对开挖巷道采用的支护工作，“新奥法”的“三大支柱”是锚杆支护、喷射混凝土支护和现场量测。新奥法不是一种纯粹的理论，也不是一种施工方法，而是一种设计和施工融为一体的技术方法。新奥法施工的基本原则 （1）合理利用和充分发挥岩体强度。①地下的地质条件相当复杂，甚至在同一岩层中，岩性的好坏也会相差很大，岩石质量的好坏是影响稳定的最根本、最重要的因素。因而，应充分比较施工和维护稳定两方面经济合理的基础上，尽量将工程位置设计在岩性好的岩层中；②避免岩石强度的损坏；③充分发挥岩体的承载能力；④加固岩体。岩体的结构面，破碎带等结构破坏是岩体破坏的主要因素，采用加固岩体的锚喷支护、注浆等经济的方法效果非常好。 （2）改善围岩的应力条件。①选择合理的隧道断面形状和尺寸；②选择合理的隧道位置和方向。 （3）合理支护。合理的支护包括支护形式、支护刚度、支护时间、支护受力的合理性以及支护的经济性。支护是隧道围岩稳定的加强性措施。因而，支护参数的选泽应着眼于充分改善围岩应力状态，调动围岩的自承能力和效率。 （4）强调监测和信息反馈。由于隧道的地质条件复杂并且难以完全预知，因此岩石地下工程施工所引起的岩体效应就不能像“白箱”那样操作，容易获得一个确定性的结果。所以用围岩再施工中的反响，来判断围岩变化规律，成为控制隧道围岩稳定最现实的方法。 综上所述，新奥法的基本原则可概括为“少扰动，早喷护，勤量测，紧封闭”。 2.2.2 施工工序 全断面光面爆破的施工工序为： （1）用钻孔台车钻眼，然后装药，连接导火线； （2）退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出隧道断面； （3）排除危石，在拱部设置锚杆位置钻孔，钻孔直径为40mm，孔深为2.1m，灌强度为M25的水泥沙浆并安设锚杆，喷射10cm厚的C30混凝土； （4）用装渣机将石渣装入矿车，运出洞外； （5）在边墙设置锚杆位置钻孔，钻孔直径为40mm，孔深为2.1m，灌强度为M25的水泥沙浆并安设锚杆，喷射10cm厚的C30混凝土； （6）开始下一轮的循环； （7）构筑防水面，防水层为1.5mm厚的PVC板。防水层中的水可通 集水排水管排出； （8）二次衬砌，完成锚喷支护后约3～6个月后开始支模浇筑混凝土构成二次衬砌。二次衬砌应等到围岩变位稳定后才进行，二次衬砌的作用在于改善铁路隧道的运营条件和作为一定的安全储备。 2.2.3 施工注意事项 （1）钻孔施工 ①钻孔前，应根据设计要求和围岩情况，定出孔位，作出标记； ②锚杆孔距的允许偏差值不能超过150mm； ③孔内的积水和岩粉应吹干净。 （2）锚杆施工 ①锚杆施工前，应检查材料型号、规格、品种，以及锚杆各部位质量和技术性能符合要求； ②锚杆杆体使用前应平直、除锈、除油； ③水泥沙浆拌制时，应用中细砂，粒径不超过2.5mm，使用前应过筛，沙浆配合比宜为：水泥比砂为1:1（重量比），水灰比为0.40； ④注浆时，注浆管应插至距孔底50mm处，随沙浆的注入缓慢拔出，杆体插入后，若无沙浆溢出，则补注； ⑤杆体插入孔内长度不应小于设计规定的95%，锚杆安装后，不得随意敲击。 （3）喷射混凝土 ①用高压风冲洗受喷面； ②埋设控制喷射混凝土厚度的标志； ③作业区应有良好的通风和足够的照明装置； ④喷射作业应分段进行，喷射顺序应自上而下： ⑤一次喷射厚度不应超过70mm； ⑥混凝土终凝时间到下一循环放炮时间，不应少于3小时； ⑦ 喷射混凝土终凝2小时后，喷水养护，养护时间不得少于14天。 3 巷道支护设计 3.1 巷道支护形式的确定 3.1.1 确定原则 （1）技术先进。对于支护技术的选择，应当采用目前最为先进、最为有效，施工最为快捷、方便的支护技术，例如，采用钢纤维喷射混凝土、预应力锚索、自钻式锚杆、高强预拉力锚杆、小孔径高强预应力锚索、高强让压锚杆等先进的支护构构件与技术。 （2）安全可靠。在支护施工中，安全始终要放在最高位置，必须高度重视，在施工中要做到一丝不苟，将每一个支护构件准时安装到位，通风安全、施工安全、支护施工顺序、支护时间确定、排水防水、瓦斯的排出与爆炸预防措施，均要在确定时严格遵照规范，确保安全可靠。 （3）经济合理。巷道每米的支护成本随着支护方法的变化有较大浮动，每米支护成本的变化对支护成本的节省有重要意义。在安全可靠合理的前提下，必须使支护成本达到最低，以提高经济效益，提高煤矿整体利润，具体做法是在锚杆锚索的选用、混凝土的使用量、喷射层厚度的确定组合等许多方面达到最佳组合，并且加快施工进程，使支护成本达到最低。 （4）操作简便。在支护过程中须有一定的让压变形时间，以使围岩的自承能力达到最大，因此必须提高施工效率，加快施工速度。由此可以得出，必须使支护操作简便，以加快施工速度，减少施工支护成本，相应的采取机械化施工，优化施工组合与支护顺序。 3.1.2 可供选择的支护形式 现有的巷道支护形式主要有：新奥法支护、喷射混凝土、单一的锚注或预应力锚索支护、锚喷网联合支护等。 （1）新奥法支护 ①是一种被动支护形式，被动等稳； ②适用于地质条件优良地应力低的巷道支护； ③只能调动浅部围岩的强度，对高应力软岩支护效果差； （2）喷射混凝土 ①回弹量高，喷射混凝土施工中，部分材料回弹落地是难以避免的，但回弹过多，既浪费材料，且在一定程度上改变了混凝土的配合比，使喷层强度降低。 ②粉尘大，干式喷射混凝土的水是在喷头处加入的，水与干拌合料的混合时间很短，故易产生粉尘。装干料时或设备密封不良，也会产生粉尘。 ③由于喷射混凝土水泥用量较大，含砂量较高，喷层又是大面积薄层结构，加入速凝剂后迅速凝结，这就使混凝土在凝结期的收缩量大为减少，而硬化期的收缩量则明显增大，使喷层产生有规则的收缩裂缝，降低了喷层的强度。 （3）单一的锚注或预应力锚索支护 ①松动圈围岩中，围岩松动破裂范围普遍大于锚杆长度，因而锚杆不能够破碎围岩锚固在稳定岩层中； ②当巷道或硐室断面较大时，其轮廓线上的曲率半径较大，特别是位于拱基线以上的破碎围岩，锚杆支护的组合拱效应并不明显，而且组合拱的强度往往也不能保持围岩的稳定； ③锚固范围外的破裂岩体，在膨胀过程中对锚固部分的岩体和锚杆施加较大的压剪力，在工程中往往发生锚杆挤出、锚杆间破碎围岩松动掉落等现象，最终导致发生冒顶事故； ④喷射混凝土强度太低，厚度太薄，喷层厚度不均局部的喷层太薄。 （4）锚喷网联合支护 ①改变松动圈内围岩松散破碎、整体性差的状况，以提高围岩的整体性强度； ②充分利用松动圈外较稳定岩体的抗破坏能力和巷道松动圈内破裂岩体，一起抵抗围岩的变形失稳，并且对围岩内侧提供较强的应力和位移约束，限制围岩表面的过大变形； ③可以使破碎围岩保持较好的整体性、较高的承载力和较强的让压与抗变形能力； ④可以对围岩施加外部应力和位移约束，相当于提高了围岩的侧向围压，从而可以提高松动圈内围岩的强度，而其独有的长度优势，则可以达到充分利用深部围岩强度，以增加松动圈内破裂岩体抗破坏、抗变形的能力。 综合上述方案比较，最终选锚喷网联合支护，所用锚杆为树脂药卷锚杆，混凝土为钢纤维喷射混凝土。 3.2 锚喷支护机理及特点 锚喷支护是锚杆与喷射混凝土联合支护的简称，是在巷道开挖后及时进行的。喷层与围岩紧密贴合，并且本身具有一定的柔性和变形特性，因而它能在巷道开挖后及时而有效地控制和调整围岩应力的重新分布，最大限度地保护岩体的结构和力学性质，防止围岩的松动和坍塌。它既允许围岩变形又限制围岩变形的作用，充分利用了围岩的自承作用，使得围岩在与锚喷支护共同变形的过程中取得自身的稳定，从而减少传到支护上的压力，充分发挥围岩的自承作用和材料的承载作用。锚喷支护具有以下工作特性： （1）及时性。喷射混凝土、喷射水泥浆以及锚喷，能及时支护、甚至超前支护，能够不失时机地为工作面创造安全的工作空间。 （2）密贴性。喷层与围岩密贴，是一种强度高、粘结力大、抗渗性能强的薄层支护，能够将围岩表面的裂隙粘成整体，防止松动。 （3）封闭性。喷层及时封闭围岩，具有防火、防水、防瓦斯、防风化的性能，从而克服了软岩怕水、怕震、怕风化的缺点；及时封闭围岩，防止了环境效应对软岩的不良影响。 （4）可分性。喷层可多次喷，先早喷薄喷，使喷层具有柔性，同时锚杆也有一定的让压性，通过应力调整使围岩趋于稳定性，再复喷达到设计厚度。 （5）适应性。锚喷支护可用于不同岩性、不同断面、不同用途的各种地下工程。它既可作为支护体，又可作为临时加固等补强措施；既可作为临时支护，又可作为永久支护或永久支护中的一次支护；既能承受静载荷，又能承受动载荷，故其适应性非常强。 （6）组合性。锚喷支护可以和各种支护形式组合，如型钢、U型钢、砌碹、弧板、金属网、刚带等，组成各种形式的联合支护。 （7）经济性。锚喷支护是一种轻型支护，其重量只有一般承压式支架的1/6~ 1/5。其断面利用率高，工程量小。锚喷支护每米巷道成本相对于碹体支护和金属支架也较低。 3.3 锚杆支护参数的确定 3.3.1 巷道断面尺寸 某煤矿+65皮带大巷，巷道断面形状为直墙半圆拱，巷道掘进宽度5200mm，边墙高1400mm，总高度4000mm。 （1）基本地质概况：巷道埋深约300m，岩石硬度系数f＝2～4，围岩裂隙发育、易风化，遇水崩解泥化； （2）巷道围岩松动圈大小：松动圈大小分别为800mm和2800mm。 （1） 锚杆长度、间排距、锚杆直径 3.3.2 锚杆支护参数设计 （1）巷道围岩松动圈为800mm 按照巷道围岩松动圈理论，800mm属于中松动圈，碎胀变形较小，由于锚杆可以穿过松动圈厚度，因此，巷道锚杆支护参数可依据悬吊理论设计，悬吊作用是利用锚杆将软弱岩层或危岩吊挂于上部坚固稳定的岩层上，由杆来承担其重量。 （此图需用autocad重新绘制） 图3.1 悬吊理论 ①锚杆长度设计 L＝L1＋KLp＋L2 （3-1） 式中：L-锚杆长度，mm；L1-锚杆锚入弹塑性区的深度。机械锚固时，一般为300～400mm，围岩强度较小时取较大值，反之取较小值；树脂药卷锚固时，取700mm；K-安全系数，一般取1.5～2；Lp-巷道围岩松动圈的大小，mm；L2-锚杆的外露长度，一般常取L2＝50～100mm； 本设计中锚杆为树脂药卷锚固，K取1.5，Lp 为900mm，L1取700mm，L2取100mm，将数据代入公式（3-1）得： L＝700+1.5*900+100=2150mm=2.15m 考虑到锚杆的长度一般规格为1.6m、1.8m、2.0m、2.2m和2.4m等，特殊长度的锚杆长度虽然可以加工，但是锚杆成本和废弃材料较多，因此，本次设计的锚杆长度取2.2m。 ②锚杆间排距设计 锚杆间排距一般为600mm～1000mm，松动圈为800mm时，属于中松动圈范围，巷道围岩条件相对较好，围岩自承载能力较强，顶板不易产生垮塌，同时依据实践经验及工程类比法，本设计中锚杆减排距取值为1000mm。 锚杆间排距一般应当满足经验校核公式： a≤0.5L （3-2） 式中：a-间排距，mm；L-锚杆长度，mm； 将相关参数代入公式（3-2）： 0.5L=1075mm>1000mm 因此，本设计中锚杆间排距取1000mm，满足经验校核要求。 ③锚杆直径设计 现在地下工程中锚杆杆体所用材料一般为高强度螺纹钢BHRB335，抗拉极限强度为570MPa，锚杆工作荷载一般取极限抗拉强度的50%-70%（即0.5-0.7），本设计中取0.5，所以锚杆工作荷载σ=0.5570=285 MPa。 一般情况下，锚杆的锚固力Q和锚杆杆体的承载能力P满足以下关系式： P=πd2σt/4 （3-3） 由P=Q可知： d=3.6Q/σt （3-4） 式中，σt=杆体的抗拉强度，MPa；γ-岩体容重，kN/m3；k-安全系数，一般取1.5～1.8。 锚杆悬吊岩体重量： G=a2l2γ （3-5） 由kG=Q，或者kG=πd2σt/4（杆体承载力） 式中，l2-巷道顶板岩体破碎带高度，m；d-锚杆杆体直径，mm；a-锚杆间距，mm。 γ取值25～35，本设计中γ取35，G=11350.9=31.5kN，本设计中k安全系数取2，则Q=63kN，将上述数值代入公式： d=4Q/(πσ)=16.78mm 现代锚杆直径一般为16mm～22mm，为了巷道顶板安全，本设计中顶部锚杆直径取20mm，通常两帮锚杆受力比顶锚受力小，直径一般比顶板锚杆小，根据经验及工程类比，两帮锚杆取18mm，也可以为了施工方便两帮锚杆亦取20mm。 （2）巷道围岩松动圈为3000mm 松动圈为3000mm，根据巷道围岩松动圈理论属于大松动圈，碎胀变形大，按压缩拱理论计算，该理论认为：在拱形巷道围岩的破裂区中安装锚杆后，形成一个较大厚度和较高的强度承压拱，以承受荷载。 （此图需用autocad重新绘制） 图3.2 组合拱理论 ①锚杆长度设计 b＝（Ltgα－a)/tgα＝L－a （3-5） 式中：b-组合拱的厚度；L-锚杆的长度；a-锚杆的间排距，一般情况下a=0.5L；α-锚杆对破裂岩体的压力角，根据实践经验α接近450。 即L＝b＋a 式中，a取0.6，b取1.5，将数据代入公式得： L＝0.6+1.5=2.1m 考虑到锚杆两端组合拱外的长度，在2.1m的基础上加上一定长度作为锚杆两端的补偿，一般取值0.2～0.4m，本次设计取值0.4m，即L=2.1+0.4=2.5m，所以锚杆的最终长度为2.5m。 ②锚杆间排距设计 锚杆间排距取值一般为600～1000m，松动圈为3000mm属于大松动圈，根据实践经验及工程类比，本设计锚杆间排距取值为600mm。 ③锚杆直径设计 锚杆杆体所用材料为高强度螺纹钢BHRB335，抗拉极限强度为570MPa，锚杆的工作荷载一般取极限抗拉强度的50%-70%（即0.5-0.7），本设计中取0.7，所以σ=0.7500=399MPa。 Q=150kN，σ=399MPa，将数据代入公式（3-4）得： d=4Q/(πσ)=22.02mm 锚杆的直径一般为16mm～22mm，为施工方便本设计中顶部锚杆直径取22mm，通常两帮锚杆受力比顶锚受力小，直径一般比顶板锚杆小，根据经验及工程类比，两帮锚杆取20mm，也可以为了施工方便两帮锚杆亦取22mm。 3.3.3喷射钢纤维混凝土参数 （1）喷射钢纤维混凝土强度 根据实践经验及工程类比，喷射钢纤维混凝土强度一般取为C20。 （2）喷射钢纤维混凝土厚度 ①松动圈为800mm时，属于中松动圈，根据设计规范喷射混凝土厚度≤80mm，本设计中厚度取为60mm。 ②松动圈为2500mm时，属于大松动圈，根据设计规范喷射混凝土厚度≤120mm，本设计中厚度取为120mm。 （3）喷射钢纤维混凝土配合比 ①钢纤维。喷射用钢纤维除满足韧度系数力学性能要求外，还必须满足搅拌不结团和喷射不堵管的要求，一般碳素钢纤维的抗拉强度不得低于380MPa，钢纤维的直径应控制在0.3～0.5mm，钢纤维的长度20～25mm，钢纤维掺量应为混合料质量的3%～6% 。 ②砂。应采用坚硬耐久的中砂或粗砂，细度模数应大于2.5，含泥量要小于3％。细砂会增加喷射混凝土的干缩变形，过细的粉砂易产生粉尘，影响操作人员的身体健康，用5mm筛网过筛。 ③粗骨料。最大粒径为10mm的连续级配骨料，机制骨料应用5mm和10mm筛网分别筛去石粉和大粒径骨料。 ④水泥。525号普通硅酸盐水泥（或更高标号） ⑤水。饮用水及洁净天然水可以作为喷射混凝土混合水。混合水不应含有影响水泥正常凝结与硬化的物质，不得使用污水和酸性水。 ⑥速凝剂。用量一般约为水泥用量的2.5％～4%。由于喷射混凝土施工工艺的特点，在选择喷射混凝土配比时，既要满足支护方面的要求，还应考虑施工工艺的要求水灰比0.4的净浆试验满足初凝小于5min，终凝小于10min。 ⑦减水剂。高效减水剂（根据需要添加）。 表3-1 喷射钢纤维混凝土配合比 钢纤维 含量/% 砂率 /% 水灰 比 塌落度 /cm 单位用量/公斤/每立方米 钢纤维 水泥 砾石 砂 水 1.5～1.8 46 0.45 3-5 120 450 1210 1035 200 3.3.3金属网：钢丝直径、网格尺寸 ① 钢丝直径。钢丝直径一般取4mm～6mm，本设计中钢丝直径取5mm。 ② 网格尺寸。网格尺寸一般取100mm～200mm，本设计中钢丝直径取100mm，即网孔为100mm100mm。 4 施工工艺及要求 +65皮带大巷施工工序：巷道光面爆破掘进→巷道顶帮锚杆锚索支护→巷道整体滞后喷浆→底板锚杆支护→混凝土浇注底板封底。 4.1 巷道掘进 +65水平皮带大巷采用全断面光面爆破掘进，掘进过程中应该严格控制断面形状和断面大小，断面尺寸误差控制在200mm以内。 4.2 巷道顶帮锚杆锚索支护 锚杆支护是一个系统工程，施工质量直接影响着锚杆支护效果。施工中要保证施工质量： （1）严格控制锚杆钻孔深度，保证钻孔深度不大于锚杆杆体长度，严禁深孔配短锚杆。 （2）打孔过程中不准移动钻机，保证钻孔平、直，不出现台阶。钻孔用水清干净，确保树脂药卷充分发挥其作用，使锚杆具有足够的初锚力。 （3）锚杆钻孔应垂直于巷道岩面，施工角度误差应控制在15以内。 （4）出现因掘进或打孔造成的锚杆孔附近岩面不平整现象时，必需人工刷平岩面，保证锚杆托板紧贴岩面。 （5）锚杆外露长度大于20mm、小于50mm。 （6）锚杆间排距误差控制在50mm。 （7）锚杆螺母安装扭矩不低于300N•m。 （8）定量抽检锚杆锚固力，拉拔力不得小于10t。 （9）金属网必需连紧，网片搭接100mm，每隔200mm用12#铁丝双股绑扎。钢筋梯子梁与金属网和巷道岩面紧贴，不能出现网兜和松扣现象。 （10）当巷道顶部出现局部冒落，或帮部出现片帮时，必需补打单根锚杆。 （11）当巷道顶部因围岩性质差而出现较大范围的围岩冒落时，锚杆应按冒落线轮廓施工。 （12）锚杆施工坚持打一孔安装一套锚杆，严禁打完孔后一次安装锚杆。 （13）当工作面遇到下列情况：①顶板来压，巷道变形速度聚增时；②工作面遇有煤岩外移，涌水量增大等突水预兆时；③巷道顶板离层严重，大量锚杆失效时；④顶板发出煤岩破坏的连续响声时。必须立即停止作业，撤出所有受威胁人员，并及时汇报矿调度及有关人员： （14）锚杆或者锚索锚固。将快树脂药卷和中速树脂药按先后顺序依次送入孔内，利用锚杆钻机底部液压缸将锚固剂送入孔底。锚固剂接近孔底时开动锚杆钻快速搅拌30s后，停止搅拌，保持锚杆钻机推力2min，利用扭矩放大器上进螺母，回落钻机，卸下搅拌连接器，完成锚杆或者锚索的内锚固。 （15）锚索张拉。锚索树脂药卷锚固段需养护30min，养护好后装托梁、托板、锁具，并使它们紧贴顶板，利用张拉机具张拉至预紧力15t。张拉锚索时，下方不得有人。 （16）锚杆支护需要紧跟掘进头及时支护，严禁出现顶帮锚杆滞后支护的现象。锚索支护滞后掘进头3～5m施工。 4.3 巷道整体滞后喷浆 初喷混凝土厚度控制在30~50mm，滞后掘进头10~15m喷浆（紧跟在掘机后方喷射混凝土），这样施工既保证锚杆支护和喷浆平行作业，又避免了巷道支护的喷层“前掘后裂”现象发生，减少了巷道维修工程量。 4.4 底板锚杆支护 在施工好的巷道底板上施工水力膨胀锚杆，对地板进行有效支护。施工水力膨胀锚杆的要求： （1）采用风钻凿孔，六方钻杆直径32mm，钻孔深度与锚杆有效长度（钻孔内锚杆长度）误差不大于50mm。 （2）水胀锚杆外露仅为端套部位，托盘要贴近巷道底板。 （3）锚杆间排距误差不超过50mm，锚杆要严格按照设计倾斜角度施工，角度误差控制在15以内。 （4）安装水力膨胀锚杆的额定水压为30MPa。 （5）巷道超宽300mm，每排补打一根水力膨胀锚杆。 4.5 混凝土浇注底板封底 在底板水力膨胀锚杆支护完毕后，采用混凝土浇注使硬化底板，其中使用的混凝土强度等级不低于C20。底板混凝土浇注在底板中形成一个强度比破碎岩层大的封闭层，在一定程度上阻止了下部岩层向上鼓起，同时可防止矿井水的渗透，加固区混凝土层抗变形能力的增加，使得该区岩石的扩容弯曲位移等大大减少。 此处需要附图：+65皮带大巷巷道支护断面图（示例） （a）正视图 （b）俯视图 图8 +65皮带大巷巷道支护断面图 5 矿压观测方案 为了观测+65皮带大巷在掘进期间、掘后稳定期间的围岩活动规律，考察锚杆支护巷道围岩变形的控制效果，研究支护参数的合理性，在巷道掘进过程中设置相应的测站，对围岩表面位移、围岩深部位移、顶板离层状况、锚杆载荷进行了观测。 （1）巷道表面位移测站：锚杆支护开始设置测站，隔50m设1个测站，设置5个测站，岩性或锚杆支护参数发生变化均增加测站观测。在每个断面的顶、底板和两帮的中部各布置1个测点。观测方法：用卷尺或测杆进行量测。表面位移测站布置如图5.1所示。 图5.1 围岩表面收敛点布置 AB－顶底板相对移近量 CD－两帮相对移近量 （2）深部围岩位移测站：锚杆支护开始20m设置第一个测站，以后隔50m 再设1个测站，每个测站1个测面，在每个测站顶板中部钻一个直径28mm的孔及两帮中部各安设一个深基点位移计。观测方法：直接读取数据。 （3）顶板离层监测：锚杆支护开始20m设置第一个测站，每隔50m在顶板中部安设一个离层指示仪。观测方法：直接读取数据。 （4）锚杆、锚索载荷：锚杆支护开始20m设置第一个测站，以后隔50m左右再设1个测站，每个测站1个测面，采用锚杆液压枕观测 （5）锚杆锚固力：每300根锚杆为1组，每组测9根，顶板3根、两帮6根。被检测的9根锚杆应该全部符合设计要求。只要有1根不合格，再抽样一组（9根）进行检测。 主要监测内容、目的及手段见表5-1。 表5-1 主要监测内容、目的及手段 序号 观测内容 观测结果 测试手段 1 巷道表面位移 监测巷道相对变形量 卷尺、测枪 2 深部围岩位移 观测发生位移的围岩范围 深基点位移计 3 顶板离层 监测顶板稳定状况 顶板离层指示仪 4 锚杆、锚索载荷 检测锚杆、锚索强度是否合适 锚杆、锚索液压枕 5 螺母扭矩 检查锚杆预紧力 扭力扳手 原则上锚杆支护参数改变时增加测站观测上述各项内容。 顶板离层指示仪要求每天观测一次，其余内容，在测站设置2个星期内每2天观测一次，2～4个星期每周观测2～3次，然后1周观测1次，变形稳定后一个月观测一次。每次观测除了记录上述内容外，还要记录观测时间、最新测站与掘进面的距离。 6 参考文献 [1]何满潮，孙晓明，等. 中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南.北京：科学出版社，2004. [2]乔卫国，孟庆彬.深部高应力膨胀性软岩巷道锚注支护技术及相似模拟试验研究［J］.矿冶工程（2011-04）：24-28 [3]宋晓辉. 锚固加固软岩巷道机理及合理注浆时间的确定. 山东科技大学硕士论文. 2008. [4]张向东，张树光，刘松，等.锚杆支护配套技术与施工.北京：中国计划出版社，2003. [5]袁亮等. 软岩巷道支护参数的确定. 煤矿支护.2002年第二期. 7 致谢