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 ,
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