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    新型混凝土配比设计及其在锚喷巷道中的应用.pdf

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    新型混凝土配比设计及其在锚喷巷道中的应用.pdf

    总第164期 doi10.3969/j.issn.10052798.2013.04.006 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232001 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TU528 文献标识码A 文章编号10052798201304001504 Design and Application of New Mixture Ration of Bolt--Shotcrete Support System ’ MA Shou-long Design Institute SDIC Xi哪Energy Group Co.,Ltd.,Anhui 232001,China AbstractThis paper is based on the anchor the spray structure principle and mechanism of fiberreinforced,study underground novel anchor sprayed concrete mix,it analyzed the influence factors of concrete compressive strength through the ohogonal test,splitting ten sile strength and flexural strength,then it got the optimal spray concrete ratio and quantity of fiber.It take numerical simulation and field application for income ratio new concrete by finite element software and industrial test,It showed thatCompared with ordinary concrete, new concrete has better resistance to deation,SO that it has pressure effect.It has opened up a new way for rockboh and shotcrete suppofl technology development. Keywordsconcrete;orthogonal experiment;numerical simulation;industrial test 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 81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2013-02.19 作者简介马守龙1981一,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。 15 马守龙新型混凝土配比设计及其在锚喷巷道中的应用 第22卷第4期 2.2e6N/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12纤维衬砌剪切应力 3工程应用 1工程概况。工业试验矿井一520 ITI水平北 翼运输大巷全长1 724 ITt,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 m4 m,支护方式为 锚喷支护,锚杆D20 mm2 200 mm,间距800 mm 800 mm。 2 新型}昆凝土喷层施工工艺。施工工艺流程 如图l3所示。 图l3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500 m范围内共 布置了2个测站,其中测站围岩变形实测如图14和 图15所示。 由图l5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14收敛计测点布置 时间/d 图15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12.22.2灰砂-石子,水灰比0.47, 水泥425号,聚丙烯纤维掺量为0.9 k m ,纤维采 用长度为19 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,2002. [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, 2008. [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,2006,22584 88. [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,2010,18 52327. [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,2012,2043639. [责任编辑常丽芳] 7 6 5 4 3 2 1 O l卜 H g}/

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