根据钢纤维混凝土的力学特性和支护结 构的力学作用机理 ，研究钢纤维混凝土喷层在煤矿巷道支护 中适用性 。通过数值分析 ， 得出钢纤维混凝土喷层 比素混凝土喷层 变形要小 ，钢纤维混凝土喷层 中的应力分布较均匀 ，有较好 的柔性让压性能 ，同时拱顶角度 对支护 结构 的应力也将产生一定影响 ，分析 表明半 圆拱形受力形式最好 。结合现场应用 ，钢纤维混凝土喷层表现 出韧性好 、回弹损失率低 和裂缝 产生量少等特点 ，具有较高的应用推广价值 。 关键词 ： 钢纤维混凝 土 ；喷层 ；数值分析 ；工程应用 中圈分类号 ： TU528．53 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1002—3550(2010)08—0123—04 Numericalanalysisandprojectapplicationontunnelsuppo~ofsteelfibershotcrete HUANG Wei，MA Qin-yong，ZHOURen-zhan (AnhuiUniversityofScienceandTechnology。Huainan232001，China) Abstract： Accordingtomechanicalprincipleofsteelfiberconcreteandefectmechanism inliningstructure，theapplicabilitysteelfibercon· creteinthecoalminespraytunnelprotectionisresearchod．Bynumericalanalysis．compared、vitlIthegeneralCOUCretespraylayer。steelfibercon- creteliningstructurethestressdistributionismore homogeneousan dtheyieldcapacity isbetter．Attheslimetimethestressofsupportingstructure willhaveadefiniteimpactbyvaultangle，resultshowedthatthebestform isarch．Projectapplicationshowsthatsprayedlayerofstelfiberrein- forcedconcrete hasg0odtoughness，low resiliencean dlesscracksinthecharacteristics．therefore，ithashighappl~mionvalue． Keywords： steelfiberconcrete；spraylayer；num ericalanalysis；projectapplication 0 引言 煤矿已经进入深部开采 ，随着深度的增加，巷道围岩变形量 增大，一般巷道中的喷射混凝土，施工后不久便出现裂缝，甚至逐 渐发展到剥落和掉块 ，丧失了对围岩的封闭和支护作用 ，导致了巷 道的严重破坏，同时也对煤矿安全产生严重的隐患。钢纤维混凝土 作为一种新型结构材料 ，在国内外地 下工程支护中得到 了广泛 的应用。与普通混凝土相 比，具有明显的增强(主要是抗拉 、抗折 、 抗剪强度 )、增韧 、阻裂作用 。利用这种新 型支护材料 ，不仅能有 效地提高岩体的黏聚力和 内摩擦角 ，而且能够消除洞室开挖后围 岩表面的凸凹不平而带来的应力集中，改善围岩力学性能，有效控 制围岩的过度变形㈣ 。在 围岩条件较好的情况下，钢纤维混凝土 支护可以作为一个永久承载结构来支护围岩嘲。本文结合钢纤维 混凝土在巷道支护结构中的工程应用 ，采用有限元分析的方法 ，对 不同钢纤维体积率掺量混凝土支护结构的力学性能进行对比分 析 ，为推广该种新型复合材料在巷道支护工程中的应用打下基础。 1 巷道支护结构作用机理与静力分析 1．1 支护结构的作用机理 随着 巷道 深度 的增 大 ，锚喷支护技术应用越来越 多。喷射 混凝土与锚杆围岩等形成一个支护体系，混凝土支护结构在整 个支护体系 中的作用 机理 如下 ： (1)混凝土喷层具有隔水作用，因此可以防止开挖的岩面 风化和干燥。 (2)及时地支护，使岩层的松动和风化变质减到最小程度， 使开挖了的巷道围岩形成连续性的支护，同时可使巷道围岩轮 廓表面“平整”，以利于巷道围岩周边 的应力更好地释放 。 (3)可 以单独地用来支护巷道周边 因开挖而形成的松散岩 石；喷射混凝土本身有黏结性，可以和邻近围岩共同起支护作 用 ，改善了围岩的不连续性而使松石不致掉落。 (4)它可以形成拱形或环形的结构物；足够厚度的喷射混凝 土，可以形成适当曲率并具有拱座支撑点的拱形，或封闭式的环 形，因而可以起拱形和环形结构的作用，来支撑围岩的压力。 1．2 壳体 静 力分析 巷道支护结构静力计算，当今广泛采用剪切理论进行载荷 预设计 。该理论认为 围岩稳定性 的丧失 ，主要是 由于围岩在地 应力作用下形成剪切滑移楔形体的缘故。 根据巷道支护结构的特征，可以近似把这种壳体支护结构 看成是一个开／=1短圆柱壳。计算时把围岩压力当作外荷载考虑 根据支护结构受力特性，得出壳体结构的微分方程：

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