壳锚喷支护新技术理论分析及工程应用.pdfVIP

第24 卷　第3 期 安徽理工大学学报 (自然科学版) V o l. 24　N o. 3 2004 年9 月 Jou rnal of A nhu iU n iversity of Science and T echno logy (N atu ral Science) Sep. 2004 钢筋网壳锚喷支护新技术理论分析及工程应用 陈勇军, 庞建勇 (安徽理工大学土木工程系, 安徽　淮南　232001) 摘　要: 钢筋网壳结构是软岩巷道支护工程中一种新型的支护形式。在介绍钢筋网壳锚喷支护 的技术特色、结构特点、支护原理的基础上, 并对其进行了理论分析, 阐述了壳体结构承受法向 荷载条件下的内力计算, 推导出钢筋网壳锚喷结构的计算模型及其内力与主要应力的计算表 达式。结合在桃园矿的应用情况, 阐述了其施工技术要求和施工工艺, 并进行现场监测, 分析了 这种新型支护形式的支护性能。实践证明, 空间网壳锚喷支护结构大幅度提高了支撑能力, 与 围岩相互作用的整体性好, 具有良好的力学性能与较高的承载能力, 是软岩巷道中的一种安全 可靠支护结构形式。 关键词: 钢筋网壳支架; 理论分析; 软岩巷道; 工程应用 中图分类号: TD 353. 3　　文献标识码: A　　文章编号: 167221098 (2004) 0320028205 收稿日期: 2004—05—10 作者简介: 陈勇军 (1977- ) , 男, 湖南邵阳人, 在读硕士, 2002 年毕业于安徽理工大学土木工程系, 研究方向: 岩土工程。 1　引言 我国绝大部分煤矿都存在软岩工程问题, 而且 随着开采深度增加, 这一问题日趋严重。尽管软岩 巷道支护理论与技术在近几十年来有很大发展, 但 其仍然是煤矿巷道支护的薄弱环节, 也是目前国内 外尚未很好解决的难题。目前, 应用于高应力软岩 巷道支护的技术和措施主要有金属支架 (U 型钢、 工字钢等)、锚喷支护、锚网喷支护以及近年来发展 起来的加强型金属支架、高强度弧板、巷道锚索支 护等, 其中应用最广泛的是锚喷支护、锚网喷支护 及可缩金属支架。要使软岩巷道得到可靠支护, 围 岩表面支撑与内部加固需要同步加强。现在的经济 形式要求软岩巷道支护, 既要保证巷道的安全可靠 又要做到经济合理。虽然U 型钢可缩支架具有良 好的可缩性和较好的支护效果, 但其支护成本很 高; 锚喷支护虽然具有施工简单、节约材料、成本低 廉等很多优点, 但应用于高应力软岩巷道支护, 其 支撑能力在一定程度上往往又显得不足, 使巷道的 安全可靠度没有足够的保障。另外, 传统的锚喷支 护用于膨胀性软岩巷道尚存在一定不足, 如喷层刚 度过大柔性不够, 不能适应松软围岩变形大的特 点。鉴于以上对软岩巷道支护技术现状的分析, 文 章根据地面大跨度空间壳体结构的力学原理, 探索 和研究地下网壳喷层, 达到用较少的材料而大幅度 提高喷层支撑能力与让压能力的目标, 又将这种网 壳喷层与锚杆组成一种空间支护结构——网壳喷 层结构, 在高应力软岩巷道中进行工业性试验, 以 求为软岩巷道提供经济合理、技术先进、安全可靠 的新型支护形式。 2　技术特点与支护原理 2. 1　技术特色 网壳锚喷支护实质上仍是一种锚网喷支护, 其 技术特色是用一种在地面工厂加工成型的特殊钢 筋网壳支架代替普通的钢筋网, 大幅度提高锚网喷 结构的支撑能力, 不需要使用型钢支架、锚索、围岩 注浆等手段进行加固, 就有效支护高地压、大变形、 跨采动压巷道、冲击地压巷道以及大断面峒室。其 支护工程量与普通锚网喷相同, 支护费用略高于普 通锚网喷支护, 但比锚网喷加其他支护的联合方式 大幅度降低。 2. 2　支架构件特点 网壳锚喷支护的特色是将通常的金属棚子、钢 82 筋网、架间联接杆等各部分合并为整体, 吸取地面 大跨度网壳结构物的优点, 制成一种特殊的钢筋网 壳支架。钢筋网壳支架完全不同于普通金属支架, 其构件是用钢筋在地面工厂加工焊接而成网状板 壳结构, 外表面自成一层钢筋网, 内部是立体纵横 交叉的钢筋网支架支撑着外层钢筋网。每块构件的 两端焊接着带有螺栓孔的联接板, 每架支架由数块 (一般为三块)构件对头拼装, 用螺栓联接而成。支 架本身有一定的柔性让压性能。此外, 还可以在对 接处嵌入木垫板, 使支架具有一定的可缩性。 每架钢筋网壳支架宽度一般为700 mm。钢筋 网壳支架是一架紧接一架进行安装的, 架间不留间 隙, 也不需要另加联接件。支架与围岩直接接触, 超 挖空隙需充填密实。架设后根据围岩特点和应力大 小安装一定数量的加强锚杆, 使之与围岩保持整体 性。安装完成之后, 其承载体不是钢筋梁拱, 而是众 多纵横相连的小跨度双向钢筋拱壳, 可充分削弱钢 筋的弯曲变形, 增强支架的三向承载能力, 钢筋用 量一