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煤矿锚喷锚网混凝土支护结构与施工技术

  为了保持煤矿巷道的稳定性,避免围岩出现垮落或过大变形,巷道掘进后一般都要进行支护。支护的主要方法是架设棚式支架、砌筑石材整体式支架和锚喷、锚网支护。进行支护以前一般选打砌达碹方式或砼碹方式。这些支护方式的缺点是加大了掘进断面,影响了掘进速度,还爆破、运输、支护等材料费用高。支护效果上,埋深厚,砼碹开裂,巷道变形,底鼓现象比较严重,满足不了安全生产的需要。目前,一些煤矿采用锚网、锚索喷联合支护技术。

  在采用锚网、锚索喷联合支护技术后,可明显改善围岩受力状态,有效地控制围岩变形,提高支护的安全可靠性。与砼碹相比,锚喷、锚网喷和、锚网索喷联合支护技术可减少掘进荒断面,降低支护费用,经济效益显著。锚喷、锚网喷和、锚网索喷联合支护技术可缩短工期。因掘进断面比砼碹支护方式小,掘进工程量小,掘进速度快,可缩短工期20%左右。

  喷射混凝土作为用喷射方法制备的混凝土,是砂石料、水泥和速凝剂等材料搅拌而形成,借助混凝土喷射机使混合物在压缩空气的作用下,通过软管输送到喷嘴处。在喷嘴处加水混合并形成料束,高速喷敷在围岩表面上,就可形成喷射混凝土层,以支护矿井围岩。锚杆和喷射混凝土两种支护手段经常相互配合、补充,联合使用,形成锚杆喷射混凝土支护,能够增加它们对围岩的支护能力,可以适应多种围岩条件。

  1、喷射混凝土的原材料及其配比

  1.1 水泥。应优先选用普通硅酸盐水泥,它凝结硬化快,保水性好,早期强度增长快。也可从实际出发选用矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥。水泥标号一般不得低于325号,过期、受潮结块或混合的水泥不能使用。

  1.2 砂子。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。

  1.3 石子。应采用坚硬耐久的卵石或碎石,粒径小于15mm.卵石因其光滑干净,对喷射机和输料管路磨损少,有利于远距离输料和减少堵管故障。碎石混凝土比卵石混凝土强度高,喷射作业中回弹率也较低,但碎石有棱角,表面粗糙,会对喷射机和输料管路磨损,应少用。

  1.4 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。

  1.5 速凝剂。一种以铝酸盐和碳酸盐为主;一种以水玻璃为主;按形状又可分为粉状和液体两类。速凝剂能使喷射混凝土凝结速度决、早期强度高、后期强度损失小、缩变形增加不大、对金属腐蚀小、在低温(5℃左右)下不致失效,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。

  2、喷射混凝土支护结构

  喷射混凝土的结构选择,要视巷道的地质条件、围岩、工程断面、跨度等情况确定。《规范》规定了在各种条件下锚喷支护参数选择,可以结合施工情况选用,支护结构一般可分为以下几类。

  2.1 喷砂浆支护是在巷道周围围岩表面喷一层砂浆的支护形式,主要用以封闭围岩使之不与不利环境接触,减缓其风化。侵蚀等作用。喷砂浆的标号要等于或大于75号,喷砂浆的厚度应等于或大于10mm,小于30mm.

  2.2 喷射混凝土支护是在井巷围岩表面喷射一层混凝土,与围岩自承能力相结合,实现巷道支护的支护形式,根据它的使用功能,即临时支护,初喷、复喷的要求,喷射混凝土厚度30mm.

  2.3 锚杆喷射混凝土支护是锚杆和喷射混凝土联合支护的一种支护结构,这种结构既能充分发挥锚杆的作用,又能充分发挥喷射混凝土的作用,两种作用相结合,有效地改进了支护的效能。

  2.4 锚杆喷射混凝土金属网联合支护是锚杆、金属网和喷射混凝土进行联合支护的形式。金属网的介入,起到了加固的作用。因此,在W、V类围岩的井巷支护,软岩巷道中得到广泛的应用。一般金属网的网格不小于150mm,金属网所用钢筋或钢丝直径为2.5~10mm,施工时应注意用锚杆固定牢靠,金属网间要用丝绑扎结实,钢筋保护层厚度不应小于20mm、不大于40mm,必须能与喷射混凝土密切结合产生强度。

  2.5 钢纤维喷射混凝土支护是在喷射混凝土中掺入适当钢纤维,以提高喷射混凝土性能的支护。较多地应用于过断层破碎带的巷道支护和大断面交叉点,或处理冒顶等事故,也可在裂隙、节理发达的围岩以及承受扰动影响的巷道和高速水流冲刷中使用,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%.

  2.6 钢架喷射混凝土联合支护是在软岩中应用的一种支护结构,先在掘进后架设钢架,允许围岩收敛变形,稳定后再进行喷射混凝土支护,把钢架喷在里面,有时也打一些锚杆,控制围岩变形。钢架自身仍保持相当的支护能力,被喷射混凝土裹住后又起钢筋加固作用。而喷射混凝土层的柔性,对围岩稳定后的微量变形可以适应。

  3、锚喷和锚网喷射混凝土施工

  3.1 喷射混凝土施工设备布置。喷射混凝土施工设备的布置,要以施工安全、高效操作为前提。尽量缩短混合料搅拌机与喷射机之间的距离。如搅拌机设在地面,按一定比例搅拌的粗细骨料运往井下,在现场与水泥、速凝剂一起搅拌后喷射,喷射机至作业面的距离要近,以便提高效率,防止堵管。斜井施工中喷射机布置在井口进行长距离输料时,应检查铺设输料管,不宜用弯头,改变输料管径时应用锥形变径接头,以减少运输阻力,防止管路堵塞。使用压力水箱向喷头供水时,水箱位置设置在喷射机司机、喷射手的可视范围内,调节和控制水箱压力。搅拌机、上料机、喷射机等均应布置在巷道一侧,以便掘进排研和喷射混凝土供料车能随时通过,确保连续施工。

  3.2 锚杆喷射混凝土支护。锚杆的施工要根据锚杆的型号而不同。在掘进后,先安装临时锚杆,继而喷薄层混凝土,再进行复喷达到设计规定的喷层厚度,顶板情况良好时,喷一薄层混凝土,再安装锚杆,再进行复喷,达到设计规定的喷层厚度。

  3.3 锚网喷射混凝土施工。锚杆的施工对于破碎软岩断层带需增加金属网一层或两层,增大其强度,起到钢筋混凝土的作用,钢筋网铺设在使用前清除污锈,在围岩表面喷射一薄层棍凝土后再铺设金属网,金属网与锚杆或其他坚固件应联结牢固。金属网片也应互相绑扎紧密,使之在喷射混凝土操作时不晃动,钢筋网的网格尺寸应等于或大于150mm,采用金属网时,被喷射混凝土覆盖后再铺设第二层金属网。

  钢筋网在喷射混凝土中的位置。钢筋网与岩面的间隙,或喷射混凝土厚度应大于30mm,网筋保护层的厚度应等于或大于20mm,小于40mm.这有利于钢筋网喷射混凝土的应力分布和受力状态,利于防止喷射混凝土支护表面破损。

  钢筋网喷射混凝土作业时,应先埋设好喷厚的标钉,以控制喷层厚度。喷射时,适当缩小喷头与受喷面间的距离,调节喷射角度,确保钢筋和围岩表面混凝土的密实性,钢筋网被混凝土覆盖后,再适当加大喷头到喷面的距离,保证平整度,其余操作与一般喷射混凝土同样施工。

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