常用巷道支护材料Word文档格式.docx
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1）料石必须质地致密、坚硬无裂隙、不带风化皮层，抗压强度不应低于40Mpa，加工面凹凸不超过10mm或20mm两种，形成六面体。
在同一地区采用的料石
规格尺寸应力求统一，厚度一般不小于200mm，长度适应设计规定的砌体厚度，
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其规格一般为200mm×
200mm×
200mm或300mm×
250mm×
200mm。
每块料石重量以不超过40kg为宜。
料石间砌缝一般为15mm。
2）普通砖的规格为240mm×
115mm×
53mm，标号不小于75号，一般要求大于100号。
混凝土砖强度等级不低于C20。
砖缝间隙为10mm。
3）砌筑料石或砖用的水泥砂浆，由水泥、砂和水拌和而成。
砂浆标号一般不低于
75号，其重量配比为1：
4（水灰比为0.8）或1：
3（水泥比为0.7）。
4）石材砌筑巷道的壁后空间，应选用较坚硬遇水不变质、不易风化的碎石充填密
实。
在地质变化大或有淋水的地段，可采用低标号混凝土或片石砂浆充填。
（2）石材支架施工
石材支架的主要形式是直墙拱顶。
它由拱、墙和基础构成。
拱部各截面主要产生压应力及部分弯曲应力。
拱部的内力主要为压应力，这样有利于发挥石材抗压强度高的特性。
石材支架的施工，多在掘进后先安设临时支架，以防止掘进与砌碹之间巷道的顶帮岩石冒落。
临时支架多采用15~24kg/m钢轨制作的金属拱形支架，支架间距一般为0.8~1.0m，支架间安设拉钩和撑住，并用背板背紧。
【】木材支架
（1）木材支架的材料及型式
巷道中常用的木材支架是梯形棚子，适用的木材有杉木、松木、落叶松、红杉、
云杉、桦木、杨木、栎木和榆木等。
直径一般为16~22cm。
木材的构造具有各
向异性，所以木材在顺纹、横纹方向上的强度也不相同。
木材的顺纹抗拉强度比
横纹抗拉强度约大10~40倍，木材的顺纹耐压强度为横纹耐压强度的
3~10倍，
木材的顺纹抗剪强度比横纹抗剪强度小17%~25%。
因此木材使用时尽量避免横
纹受拉压和顺纹受剪切。
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木材支架是一种过去使用得最广泛的支架，它的重量较轻，具有一定的强度，加工容易，架设方便，特别适应于多变的地下作业条件，构造上可以做成有一定刚性的支架，也可以做成有适当可缩性的支架，当压力突然增大时，木材支架还能发出声响讯号。
其缺点是强度有限，不能防火，容易腐朽，服务年限很短，不能
阻止和防止围岩风化。
目前，煤炭工业中木支架的使用量已越来越少。
木支架一般用在围岩压力不大、巷道服务年限不长、断面较小的采区巷道里，有时也用作巷道掘进中的临时支架。
（2）木材支架的结构
木材支架由一根顶梁，两个棚腿以及背板、木楔等组成。
顶梁是木支架支承顶压
的受弯构件。
棚腿是顶梁的支点，并承受侧压。
棚腿与底板的夹角一般为80°
，
并应插到坚实的底板岩石上。
顶梁和棚腿的连接，常用的“亲口接”（图），安设时应用四个楔子把梁腿接口处与顶帮围岩之间楔紧，以便承受此处较大的挤压力和保持整个支架的稳定性。
背板通常可用板皮、次木材或柴束，它的作用是使压力均匀分布到顶梁和棚腿上，并防止碎矸石下落。
根据围岩坚固程度，背板有密集布置的，或间隔放置的。
背板后面和围岩间若有空隙，应用废木料或矸石填实。
每架棚子架好后，其平面应和巷道的纵向轴相垂直。
为了增加每架棚子的稳定性，棚子间可以打上小圆木或方木制作的撑柱，或钉上拉条。
木材支架亲口接
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【】矿用支护型钢
U型钢和矿用工字钢是两种主要的矿用支护型钢。
由于使用目的不同，两种型钢
的截面形状完全不同，U型钢是为制造可缩性支架而设计的，矿工钢过去多用于
制造刚性金属支架。
由于矿工钢来源广，造价低，加工简单，现场有大量使用矿
工钢性支架的习惯。
近几十年来，我国在原有矿工钢性支架的基础上，设计和研
制了专门的可缩性连接件，或对矿工钢刚性支架进行某些改造，成功地使用了矿
工钢可缩性支架。
（1）对矿用支护型钢性能的要求
井下条件复杂，巷道支架承受的载荷以及载荷分布均在不断变化，特别是一些围岩变形量较大的巷道，例如受采动影响巷道、软岩巷道、深井巷道、位于断层破碎带处的巷道，这就增加了巷道支护工作的复杂性，也对矿用支护型钢的性能提出了特殊的要求。
1）优良的力学性能较高的抗拉、抗压、抗剪强度和良好的韧性性能使支架承载能力提高，有利于保持巷道良好的维护状况，减少支架的变形损坏和修复工作量。
2）优越的断面几何参数型钢断面的几何参数主要是抗弯截面模量Wx、Wy。
而衡量其几何形状是否合理的指标有三个：
Wx/Wy，Wx/G，Wy/G。
G是型钢的理论重量（kg/m）。
井下支架不仅要承受纵向载荷，而且还要承受来自横向的推力。
因此要求支架在x，y方向承受载荷的能力都要比较大，Wx与Wy尽可能比较接近，这样材料使用比较经济。
Wx与Wy较接近也有利于提高支架的稳定性。
3）合理的断面几何形状型钢断面的几何形状除影响上述几何参数外，还影响型
钢抗变形能力。
型钢断面的几何形状要和受力后型钢内力（特别是弯矩）分布状况相适应。
U型钢连接后在锁紧和受力过程中，上、下型钢要能内外吻合，接触面积大，滑移平稳，并使连接件受力状况良好。
型钢面的几何形状要有利于钢材轧制、支架的加工制造以及修理、搬运。
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（2）矿用工字钢
矿用工字钢是井下巷道支护的专用型钢。
它与普通工字钢不同之处是：
断面的高
宽比减小，腹板加厚，翼缘厚且斜度大，这样使型钢断面的Wx/Wy减少，更能
适应井下受载条件。
我国生产的矿用工字钢已定型、标准化，共有9号、11号、
12号三种规格，常用的是11号。
断面主要尺寸及参数见表。
矿用工字钢断面主要尺寸及参数
几何参数
截
理
截面参数
面
论
型
重
Ix
备注
r
Wx
Iy
号
积
量
Wy
hbstr1
2
r3
cm3
cm4
cm
kg/
2m
7
10
1
1.
22
17.
62.
9
90
8
.9
5
.5
281
均已列
6
11
4
623
入冶金
14
33
26.
127
113
部部颁
.7
.1
.2
.4
标准
12
867
YB200
15
39
31.
178
37.
144
6-78
.3
（3）U型钢
作为制造巷道可缩性金属支架的主要型钢，在国内外广泛采用的都是U型钢。
但由于对U型钢本身的性能和要求认识不一致，因而各国U型钢的断面形状、
几何参数以及材质等不尽相同。
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我国生产的U型钢型号主要有U18、U25、U29、U36四种。
其中前两种系60年代产品，属腰定位；
后两种是80年代产品，属耳定位。
U18由于承载能力很低，现很少生产。
U25、U29、U36型钢断面参数见表。
国产型钢主要断面参数
理论
断面主要参数
主要对比参数
截面
W
重量Ix
Jx
Wx
Jy
Wy
面积
x
Gkg/
y
cm2
cm4
m
G
U1
288.
3.
2.
1.0
24.1
284.
57.4
333.2
331.
54.3
18.90
U2
455.
506.0
31.5
24.76
451.
81.6
500.
75.9
29
612.
770.7
0.9
37
35.87
616
94
1237.
775
103
U3
45.7
955.
972
137
140
4.
【】U型钢拱形可缩性支架
U型钢拱形可缩性支架结构比较简单，承载能力较大，可缩性能较好，因而是U
型钢可缩性支架中使用最广泛的一种，德国、波兰、前苏联使用数量均占到金属
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支架的90%以上。
我国从1963年开始使用U型钢可缩性支架，当时主要发展
拱形，以后发展了封闭形、梯形等多种型式，但仍以拱形为最多。
（1）拱形可缩性支架结构
U型钢拱形可缩性支架，一般由5部分组成。
1）顶梁顶梁为圆弧拱形。
根据巷道断面大小、支架受力和需要可缩量、要求运
输条件等不同情况而有一节或多节之分。
国内多用一节或两节。
一节拱梁的曲率
半径有一个或两个。
2）柱腿柱腿有两种形式：
一种是上部为圆弧形，下部为直线形；
另一种为曲线
形，它有一个或两个曲率半径。
柱腿下部焊有长方形或正方形底座。
3）连接件它是连接、卡紧型钢的装置，是保证拱形支架具有一定工作阻力和一
定可缩量的关键部件。
4）架间拉杆它将支架从纵向连接起来，以增强支架的整体性和纵向稳定性。
5）背衬材料它是支架与围岩之间的填充、隔离材料。
背衬的目的在于改善支架
的受力状况和保持围岩的稳定性。
背衬材料有各种背板、金属网和架后充填材料
等。
（2）拱形支架分类
1）按支架节数分类有三节、四节、五节之分，见图。
一般讲，三节和四节式拱
形支架的适用条件是：
（a）巷道断面较小时用三节，较大时用四节。
（b）巷道侧压不大时用三节，侧压较大时用四节，这是因为支架受侧压时顶部的
连接件可收缩。
（c）围岩条件和外载变化较大时用四节。
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五节式拱形支架有两种：
一种是加高式，在三节拱形支架的基础上，在柱腿下端增加两根直腿；
另一种是加宽式，顶梁为三节圆弧拱梁。
五节拱形支架用于断面较大（宽度较大，或者高度较大）的巷道。
2）按柱腿曲直情况分类有直腿式和曲腿式两种。
3）按拱的形状分类有三心拱和半圆拱。
拱形支架一般用于采区上、下山和工作
面顺槽的支护。
4）按支架对称与否分类可分为对称型和非对称型支架。
直腿拱形可缩性金属支架
a－三节式；
b－四节式；
c－五节加高式；
d－五节加宽式
【】矿用工字钢刚性支架
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刚性支架就是支架本身没有可缩性或可缩性很小的支架。
为了适应巷道围岩的变形，巷道整个支护体系的缩量是必须的。
对于本身没有可缩性连接件的刚性支架，其支护体系中的缩量包括：
支架插入底板、架后破碎矸石压缩、接榫处木垫压缩以及支架本身的挠曲变形等。
由于上述支护体系的缩量很小，因此刚性支架只能使用在围岩比较稳定、变形较小、压力不太大的巷道中，否则将造成支架严重损坏。
刚性金属支架的主要架型有梯形、拱形和封闭形，其中使用最多的是梯形。
（1）刚性金属支架
1）支架的基本结构梯形刚性金属支架有一梁二柱和加设中柱两种基本形式，见
图。
断面较小时用一梁二柱，断面较大或顶压较大时在顶梁下加设中柱。
梁腿之间有各种接榫结构，腿的下部焊以底座，支架与围岩之间一般均使用背板，
支架与支架之间布置拉杆。
梯形刚性金属支架基本形式
a－一梁二柱支架；
b－加设中柱的支架
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2）接榫结构接榫结构的种类甚多，我国常用的是下图的形式。
挡块3用两块扁
钢焊接而成，挡块4用矿工钢料头制作。
有时在梁腿相接处垫以薄木板，适当增
加缩量和稳定性。
梯形刚性金属支架接榫结构
1－顶梁；
2－柱腿；
3－扁钢焊接件；
4－矿工钢料挡块
（2）拱形刚性金属支架
拱形刚性金属支架主要使用在基本巷道，种类很多，下面只介绍三种：
1）拱顶斜腿金属支架它是矿工钢梯形刚性支架的一种改进形式，见图。
当巷道
顶压很大时，为了提高顶梁的承载能力，将平梁改为弧形顶梁，其曲率半径为r。
梁腿交接处使用工字形铸钢接榫。
2）拱顶直腿支架拱梁半径为R，柱腿上段半径为r，形成另一类型的三心拱。
拱梁和柱腿连接处的连接由扁钢夹板和螺栓构成，属刚性连接，一般用于稳定的较大断面巷道，见图。
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拱顶斜腿金属支架
1－弧形顶梁；
铸钢焊接
拱顶直腿支架
1－拱梁；
3－扁钢夹板连接件
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3）巷道加强拱顶支架有些锚喷、砌碹巷道或局部地段，由于围岩松软或受采动
影响而发生破坏变形时可用这种支架予以加强。
这种支架实际只是一个拱顶，用短截支护型钢（矿工钢或U型钢均可）打入巷道两帮作为支承座支撑拱顶，并用背板背严，这样使巷道破坏变形地段得到加强。
【】锚杆
锚杆是锚固在岩体内维护围岩稳定的杆状结构物。
对地下工程的围岩以锚杆作为支护系统的主要构件，就形成锚杆支护系统。
单体锚杆由锚头、杆体及托板组成。
例如，对于以机械或化学方式锚固的端头锚固式锚杆，位于锚孔内部用于在锚杆和岩体之间传递力的部分是内锚头，位于锚杆孔外部用于支承托板并产生锚杆预应力的部分是外锚头。
托板的作用是将围岩压力转化为对锚杆的拉力。
锚杆的杆体可用不同材料制造，用于承受张拉作用。
按照锚杆与被支护岩体锚固方式可将其分为机械式、粘结式和摩擦式三类。
根据锚固段位置与长度又可分为端头锚固与全长锚固两类。
按照锚杆作用特点可将其分为主动式与被动式。
主动式锚杆安装后施以预应力，使不同岩层间摩擦作用增大，同时将锚固范围内岩层夹紧，形成梁或拱形式的承载结构，可以提高巷道稳定性。
被动式锚杆不对杆体施加预应力，只有在围岩开始变形后才开始起加固作用，按照锚杆工作特性可将其划分为刚性及可伸缩性锚杆。
可伸缩性锚杆又可分为增阻性和恒阻性锚杆，其典型锚杆支护特性曲线，见图。
按照杆体材料的不同可分为木锚杆、竹锚杆、金属锚杆、（钢筋）混凝土锚杆以及聚酯锚杆等。
根据锚杆的组合方式又可区分出单体锚杆与组合锚杆支护。
锚杆的基本力学参数包括：
1）抗拔力棗锚杆在拉拔试验中承受的极限拉力；
2）握裹力棗锚杆杆体与粘结材料间的最大抗剪力；
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3）粘结力棗锚杆粘结材料与孔壁岩之间的最大抗剪力；
4）拉断力棗锚杆极限抗拉强度。
典型锚杆支护特性曲线
1－刚性锚杆；
2－增阻式；
3－恒阻式
（1）机械式锚杆
机械锚固锚杆一般属于端头锚固式，并且锚杆的安装需要施加预应力，属于主动
式锚杆。
常见的锚头类型包括胀壳式、倒楔式和楔缝式等，常用金属杆体直径
14~22mm，也有30~32mm的，杆体长度0.65~5.25m。
在机械锚固锚杆中，木锚杆、竹锚杆及其它人工合成材料锚杆在煤矿中得到一定应用。
这些锚杆具有结构简单、成本低、制造容易等优点，一般用在服务年限短的回采巷道两帮支护中。
1）胀壳式锚杆样常见的胀壳式锚杆由胀壳、锥形螺母、杆体、托板及螺帽等组
成。
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标准的胀壳式锚头为沿纵向分割为两瓣或四瓣的一段短管，另一端为未分割的刚性部分。
胀壳外表面加工成锯齿状，胀壳内插入一个有内丝扣的锥形空心螺母。
组装好的锚杆送入孔底后，旋转杆体，使锥形螺母向下滑动，迫使胀壳张开，嵌入孔壁，使锚杆锚固在岩体中。
2）金属倒楔式锚杆金属倒楔式锚杆由固定楔、活动楔、杆体、托板和螺帽等组
倒楔式锚杆的锚头由固定楔和活动楔组成。
如果固定楔为铸铁的，则与杆体浇铸为一体，相应的活动楔也是铸铁的。
如果固定楔是钢制的，则与杆体螺丝连接，相应的活动楔也是钢制的。
楔子的尺寸和锥度对于锚固力大小影响甚大。
安装时先将由橡皮筋固定的活动楔与带固定楔的杆体同时送入孔内，视杆体外端露出孔口长度适宜为止，采用扁形长冲头沿杆体一侧送入孔内顶住活动楔，并用锤撞击使活动楔沿固定楔斜面滑动，造成楔体横截面增大，并嵌入孔壁，然后装上托板和螺母，使锚杆锚固在岩体中。
倒楔式锚杆构造简单，安装方便，易于回收，安装后可立即发挥支护作用。
金属倒楔式锚杆的锚固力一般可达30~50kN。
在围岩松软、破碎时，锚固效果差，不宜采用。
3）楔缝式锚杆
（a）金属楔缝式锚杆。
金属楔缝式锚杆由杆体、楔块、托板和螺母等组成，其杆
体用A3或A5钢制成，直径16~25mm，长度1.52.0m，杆体内锚头上有2~5mm宽、150~200mm长的纵向楔缝，外锚头带有100~150mm的标准螺纹。
楔子一般用铸铁制成，较楔缝短10~20mm，楔头厚1.5~2mm，楔尾厚20~25mm，楔宽与杆体直径相同。
安装时将楔子装入楔缝并送入孔底，冲击锚杆外锚头使楔子撑开楔缝，造成内锚头紧压孔壁，产生所需锚固力。
然后安装托板使锚杆进入工作状态。
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楔缝式锚杆的优点是结构简单，制造容易，成本低，易于安装等。
但对眼深及孔径要求严格，对软弱破碎岩体锚固力差，故不宜在软岩中使用。
此外，未灌浆的锚杆抗震能力差，且回收复用困难。
（b）木、竹楔缝式锚杆。
木、竹锚杆是矿山巷道最经济的支护型式，它既可机械
锚固也可粘结锚固。
木楔缝式锚杆由硬杂木制作，直径一般为28mm，长度1.2~1.8m，杆体上、下
端均加工出长度250mm左右的纵向缝。
楔子长150~200mm，厚20~25mm。
竹楔缝式锚杆一般由两片竹片制成30mm×
20mm的矩形截面杆体，长度
1.2~1.6m。
内外锚头均采用与木锚杆类似的楔缝和硬杂木楔子。
竹倒楔式锚杆的固定楔和活动楔均由硬木或竹子做成，杆体由两竹片制成，用铁销钉或铁丝连成一体。
杆体外锚头为楔缝式楔子锁口，通过打紧楔子获得锚固力。
木、竹锚杆的托板可采用硬木板、塑化竹板、钢筋混凝土或菱苦土板以及钢板等。
木锚杆的设计锚固力10~20kN，不防腐可使用一年左右。
防腐处理后配合喷浆可使用5~10a，竹锚固力一般10~20kN，经过改制后的竹钢组合锚杆的锚固力可达30kN左右。
用于一年以上采区巷道时一般要作防腐处理或配合喷浆。
（2）粘结式锚杆
粘结式锚杆主要为分为水泥砂浆钢筋锚杆和水泥或树脂锚固钢筋锚杆两大类。
前
者属于被动式锚杆，这类锚杆只有当围岩产生变形时，锚杆才能受载。
显然，它
们必须紧跟掘进工作面安装，因为当锚杆的安装进度远远落后于开挖工作时，围
岩会在短时间内出现较大变形，这时再安设锚杆，已很难充分发挥锚固作用。
另
一类粘结式锚杆是安设后短期内即可迅速固化并拉紧的。
例如树脂锚杆和水泥锚
固锚杆，安装迅速方便，锚固力大，并能防腐防锈，在软弱破碎岩石中也能可靠
工作。
它们属于主动式支护。
按照粘结剂锚固长度，也可将粘结式锚杆分成全长
粘结式或端头粘结式，通常前者的锚固力为后者的数倍。
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1）树脂锚固钢筋锚杆树脂锚固钢筋锚杆由树脂胶囊、杆体、托板和螺母等组成。
杆体内锚头压扁拧成反麻花状，杆体由圆断面到压扁处形状应渐渐改变。
内锚头应设置挡圈，防止树脂由孔内外流。
杆体外锚头的螺纹应由滚丝机滚制而成，以便提高螺纹段强度。
目前，国内已轧制出无纵筋螺纹钢筋（又称螺旋钢筋），有这种钢筋做杆体可以不需加工，直接安装螺帽，可以做为端头锚固锚杆，也可做为全长锚固式锚杆。
这种杆体不但可以提高锚杆粘
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