刘店矿岩巷喷射钢纤维混凝土支护技术试验

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发布时间：2021-10-08

资料介绍

钢纤维混凝土是在普通混凝土中，均匀地乱向分布一
定量的钢纤维，通过管道输送装置在高压作用下将掺入钢
纤维的混凝土拌合物高速喷射到施工作业面，形成一种纤
维型和颗粒型新型复合材料，既具有普通混凝土的优良性
能，又能显著地改善混凝土的抗拉、抗弯强度、抗冲击、
抗疲劳性能，具有良好的阻裂限缩能力，并能大幅度提高
混凝土的韧性，因而被广泛地应用于隧道衬砌和护坡、矿
山巷道支护、路面、桥面、机场跑道、水工建筑以及工业
与民用建筑领域，适合于抗拉、抗弯、抗折裂、抗疲劳等
各项性能指标要求较高的工程或工程局部部位。2007年 5
月，淮北矿业集团公司和安徽理工大学合作首次对刘店煤
矿主井马头门等关键地段实施钢纤维混凝土支护试验。
1 工程概况
刘店煤矿一641m水平主井两翼马头门长度 52．2m，最
大断面宽为 4．94m，高为 4．97m。顶底板岩性变化较大，从
揭露的岩性来看，以砂质泥岩为主，暴露后易风化、强度
低。原支护形式为锚网喷浇注混凝土复合支护，施工难度
大、成本高。为了改善混凝土回弹料大，受拉易产生裂缝
的缺陷，减小巷道变形，提高混凝土的整体力学性能。
20o8年 1月改为采用高强锚杆和喷 150mm厚的钢纤维混凝
土支护，在改变支护设计之前，两翼马头门只实施了锚网
喷临时支护，浇注混凝土支护未实施。待采用喷射钢纤维
混凝土作为永久支护后，增加了一层锚网喷支护，采用高
强树脂锚杆，锚杆规格为：中20×2400ram，网规格 1800mm
×l~0mm，锚杆间排距 800 mm X 800mm；先喷 150mm厚
的钢纤维混凝土，喷射的钢纤维混凝土强度为 C20；等验
收合格以后再喷 30ram厚的素混凝土，喷射的素混凝土强
度为 C20。
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2 室内配比实验
在现场应用之前，对现场采用的配制混凝土材料和钢
纤维在 RMT一150B试验机上进行了钢纤维混凝土配合比试
验。通过不同体积率下钢纤维混凝土基本力学性能测试，
钢纤维混凝土有效地提高了混凝土喷层的抗拉强度、抗折
强度和弯曲韧性。试验结果表明：当钢纤维在混凝土中的
掺量为 0．5％、1％、1．5％时，混凝土试块 (1O0mm ×
100mm×400mm)的抗折强度分别提高了 35．5％、47．1％、
62．4％，混凝土的弯曲韧性指数分别提高了 2．3％、
12．1％、78．2％。
同时，通过钢纤维混凝土喷层半圆拱室内试验得出，
巷道破坏主要从拱部顶点中间部位开裂，因为拱部内圈受
拉，先是内圈的混凝土或钢纤维混凝土受拉破坏引起，内
罔因受拉而产生裂缝。实际结构的破坏现象表明，从开始
受压到破坏为止大致经历弹性受力、裂缝出现和开展、破
坏三个阶段。破坏后钢纤维混凝土试件表现出来裂而不碎
的现象。通过试验得出当钢纤维体积率分别为 0．5％、
1．0％时，与普通混凝土相比其极限承载力分别提高 50％、
66．7％，内侧环向拉应变分别提高 29．9％、66．7％，随着
钢纤维体积率的增加其承受荷载的能力和应变在增大，说
明钢纤维混凝土用于巷道支护可以满足大变形的条件。
3 现场工程实施
为了检验施工工艺的可行性和钢纤维混凝土在井下巷
道的支护效果，2007年 11月和 12月，先后在一641m水平
南翼石门、外水仓两个地点分三次进行了现场喷射钢纤维
混凝土试验，取得成功，证明了施工工艺的可行性。随后
在主井下口两翼马头门进行了钢纤维混凝土工业应用试验，