新型混凝土配比设计及其在锚喷巷道中的应用.pdf

总 第 1 6 4期 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 52 7 9 8 2 0 1 3 0 4 0 0 6 新 型混凝 土 配比设 计及 其在锚喷巷道 中的应 用 马 守龙 ( 国投新集能源股份有限公司 设计研究院， 安徽 淮南2 3 2 0 0 1 ) 摘 要： 根据锚喷结构原理和纤维增强机理 ， 研究地下新型锚喷混凝土配合比， 通过正交试验 ， 对影响新型 喷射混凝土的因子和不同纤维掺量进行试验分析， 得到了优化后 的新型喷射混凝土配合比。应用有限元 软件和工业试验对所得配比下的新型混凝土喷层进行了数值模拟计算和现场应用， 表明： 与普通混凝土相 比， 新型混凝土具有更好的抗变形能力 ， 让压效果明显。新型喷射混凝土为锚喷巷道支护技术的发展开辟 了新 的途径 。 关键词 ： 混凝土 ； 正交试验 ； 数值模 拟； 工程应用 中图分类号： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 5 2 7 9 8 ( 2 0 1 3 ) 04 0 0 1 5 04 De s i g n a n d Ap p l i c a t i o n o f Ne w M i x t u r e Ra t i o n o f Bo l t- - S h o t c r e t e S u p p o r t S y s t e m MA S h o u- l o n g ( D e s i g n I n s t i t u t e S D I C X i 哪 E n e r g y G r o u p C o ， L t d ， A n h u i 2 3 2 0 0 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h i s p a p e r i s b a s e d o n t h e a n c h o r t h e s p r a y s t r u c t u r e p ri n c i p l e a n d me c h a n i s m o f fi b e r r e i n f o r c e d， s t u d y u n d e r g r o u n d n o v e l a n c h o r s p r a y e d c o n c r e t e mi x， i t a n a l y z e d t h e i n fl u e n c e f a c t o r s o f c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h t h r o u g h t h e o h o g o n al t e s t ， s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n gth a n d fl e x u r a l s t r e n g t h ， t h e n i t g o t t h e o p t i mal s p r a y c o n c r e t e r a t i o a n d q u a n t i t y o f fi b e r I t t a k e n u me ri c al s i mu l a t i o n a n d fi e l d a p p l i c a t i o n f o r i n c o me r a t i o n e w c o n c r e t e b y f i n i t e e l e me n t s o f t wa r e a n d i n d u s t ri a l t e s t ， I t s h o w e d t h a t ： C o mp a r e d w i t h o r d i n a r y c o n c r e t e ， n e w c o n c r e t e h a s b e t t e r r e s i s t a n c e t o d e f o r ma t i o n， S O t h a t i t h a s p r e s s u r e e f f e c t I t h a s o p e n e d u p a n e w w a y f o r r o c k b o h a n d s h o t c r e t e s u p p o fl t e c h n o l o g y d e v e l o p me n t Ke y wo r d s ： c o n c r e t e； o r t h o g o n a l e x p e rime n t ； n u me ric a l s i mu l a t i o n； i n d u s t r i a l t e s t 随着煤矿开采深度的增加 ， 煤矿巷道支护失稳 问题 已经越来越突出。巷道失稳不仅影响到煤矿的 正常生产接替 ， 更为重要 的是直接影响到煤矿 的安 全生产 。因此 ， 现阶段研究煤矿支护失稳 问题意义 深远 。由于“ 新奥 ” 的发展 ， 锚 网喷支护方式在全 国煤矿被推广， 在推广锚网喷支护技术时， 往往出现 混凝土喷层不能够适应巷道变形要求 的问题 J 。所 以 ， 开发研究一种克服混凝土脆性性能 ， 发展混凝土 塑性性能 ， 适应巷道变形要求 的新 型混凝 土 ， 有着广 泛的推广价值。 1 配 比试验 1 1 试验设计 结合工程实际， 本实验取 4 个影响因子： 纤维长 度、 水泥用量、 砂率和水灰比， 分别用字母 A 、 B 、 c 、 D 来表示。把在试验 中要 比较的条件称 为水平 ， 水平 用数字 1 、 2 、 3来表示。因子 一 水平表 ， 见表 1 。 表 1 因子 一水平 本次试验选用 L 。 ( 3 ) 正交表。不考虑各 因子 之间的相互作用 ， 表头设计为每列放一个 因子 ， 没有 空 白列 ， 试验安排见表 2 。 上述的 4个影响因子及每个因子 的 3个影响水 平 ， 如果按照全面试 验的方法 ， 需要做 3 =8 1次才 能覆盖全部 的组合条件 ， 而选用正交试验设计 ， 在条 件范围内， 此次试验选择代表性强的9次试验， 就能 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 2 1 9 作者简介： 马守龙( 1 9 8 1一) ， 男， 安徽和县人， 硕士， 工程师 ， 从事地下工程设计和围岩稳定控制研究工作。 1 5 马守龙： 新型混凝土配比设计及其在锚喷巷道中的应用 第2 2卷第4期 ( 2 2 e 6 N m ) 。这是 因为新型混凝土衬砌有较大 的 变形 ， 能够更好地 释放岩层压 力 ， 实 现应力重 新分 布， 从而使作用在衬砌上的应力减小 。 图 1 2 纤维衬砌剪切应力 3 工程应用 1 ) 工程概况。工业试验矿井 一 5 2 0 I T I 水平北 翼运输大巷全长 1 7 2 4 IT t ， 与主石 门及通风石 门垂 直 ， 岩性为灰 白色中砂岩， 层理局部含有泥岩。断面 形式为直墙半圆拱 ， 巷道 4 2 m 4 m， 支护方式为 锚喷支护， 锚杆 D 2 0 mm 2 2 0 0 m m， 间距 8 0 0 m m 8 0 0 mm 。 2 ) 新型 昆 凝土喷层施工工艺。施工工艺流程 如图 l 3所示。 图 l 3 新型喷射混凝土施工工艺流程 3 ) 工程效果评价 。为了研究新型喷层的实际 受力情况及工作性能 ， 对运输大巷实 际的衬砌工作 状态进行了现场监测 ， 主要测试 内容包括巷道表面 收敛 、 围岩应力和围岩内部位移 ， 在 5 0 0 m范围内共 布置了 2个测站 ， 其 中测站围岩变形实测如图 1 4和 图 1 5所 示 。 由图 l 5可见， 新型喷层断面的收敛率实测值较 大 。充分反映了软岩巷道大变形及聚丙烯纤维混凝 土喷层让压支护的特点 ， 与数值模拟结果基本相 同。 新型混凝土喷层变形量较大 ， 可以实 现围岩压力重 新分布 ， 从而使施加在混凝土喷层上的压力减小 ， 且 分布更均匀。同时通过 2个多月的监测发现， 普通 混凝土喷层大多数会发生开裂、 掉块现象， 而试验阶 段新型混凝土喷层， 因其具有一定的适应变形能力， 边支边让， 使其内应力较小， 变形较大， 所以只有极 少数几处出现了裂缝 ， 没有掉块现象发生， 混凝土表 面平整、 光滑 ， 成型美观。 1 8 I l 图 1 4 收敛计测点布置 时 间 d 图 1 5 测点收敛率 4 结语 通过室内正交试验设计出新型喷射混凝土较佳 配 比为 1 ：2 2 ：2 2 ( 灰：砂-石子) ， 水灰 比0 4 7， 水泥 4 2 5号 ， 聚丙烯纤维掺量为 0 9 k m ， 纤 维采 用长度为 1 9 mm的束状单丝纤维 。设 计 出的新 型 混凝土喷层与普通混凝土相比， 混凝土的抗拉强度 、 抗压强度 、 抗折强度都有所提高。数 值模拟 和工程 应用表 明， 新型混凝土喷层具有较强抵抗 变形 的能 力 ， 围岩压力得到充分释放 ， 充分发挥 了锚喷支护体 系的力学性能 ， 有效减小混凝土喷层 的裂隙， 削弱 了 局部应力集中， 可减少 片帮 、 顶板 掉块 等现象 ， 具有 良好的应用前景。 参考文献 ： 1 何满潮， 景海河， 孙晓明 软岩工程力学 M 北京 ： 科 学出版社， 2 0 0 2 2 马守龙 高应力软岩巷道聚丙烯纤维混凝土钢筋网壳 复合衬砌新技术研究 及应用 D 安徽理 工大学， 2 0 08 3 马守龙， 童宗圣 ， 庞建勇 ， 等 锚喷支护巷道聚丙烯纤维 喷层新技术研究 J 皖西学院学报， 2 0 0 6 ， 2 2( 5 ) ： 8 4 8 8 4 马守龙 新型半刚性网壳锚喷支护技术在软岩巷道中 的适用性研究 J 安徽建筑工业学院学报， 2 0 1 0 ， 1 8 ( 5 ) ： 2 3 2 7 5 马守龙 新型网喷衬砌结构力学试验研究 J 安徽建 筑工业学院学报， 2 0 1 2 ， 2 0 ( 4 ) ： 3 63 9 责任编辑： 常丽芳 7 6 5 4 3 2 1 O l 卜 H g