钢纤维喷射混凝土巷道初期支护技术的研究及其应用

摘要

钢纤维混凝土是一种新型的复合材料，它具有抗拉性能好，抗冲击能力强等特点。而喷射钢纤维混凝土支护技术在降低施工难度的同时，不仅具有钢纤维混凝土的这一系列的优点，而且具有良好的经济效益。本文主要研究在巷道快速掘进中将钢纤维喷射混凝土运用于巷道支护体系并在巷道支护初期代替钢筋网使用的技术。 文章首先介绍了课题来源和钢纤维混凝土、喷射钢纤维混凝土的发展历史和国内外研究现状。通过对钢纤维喷射混凝土和挂网喷射混凝土的破坏机理、支护机理的研究，提出了钢纤维喷射混凝土和挂网喷射混凝土巷道初期支护模型并进行了比较计算。研究表明：从抗拉能力的角度，钢纤维喷射混凝土可以替代挂网喷射混凝土用于巷道支护。 采用液压伺服万能试验机和Hopkinson压杆(SHPB)对素混凝土、钢纤维混凝土的抗压、抗拉、动态冲击性能进行了研究。探讨了巷道支护中用钢纤维混凝土代替素混凝土实施初支护的可行性，并分别对钢纤维混凝土进行了静态、动态以及动静组合加载下的力学性能对比实验结果进行了分析，为钢纤维喷射混凝土巷道初期支护提供理论依据。研究表明：钢纤维混凝土的抗压、抗拉能力均优于素混凝土且具有优良的抗冲击能力，可以作为一种优良的巷道支护材料用于巷道支护，适合巷道支护的最佳钢纤维体积率为1％。 在室内实验结果论证钢纤维喷射混凝土替代挂网喷射混凝土用于巷道初期支护的理论基础上，在开阳磷矿马路坪矿+700开拓巷道进行了现场工业试验。工业试验结果表明：用钢纤维混凝土和树脂锚杆代替砂浆锚杆挂网支护，不仅可以达到有效支护目的，而且还可以减少作业工序，大大提高了工作效率。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题来源与背景

1.2国内外研究现状与水平

1.2.1钢纤维喷射混凝土研究现状与水平

1.2.2钢纤维混凝土SHPB试验方法国内外研究现状与水平

1.3本文研究的内容、方法和意义

1.3.1研究内容

1.3.2研究的方法

1.3.3研究的意义

第二章巷道支护钢纤维砼替代挂网砼的可行性

2.1引言

2.2钢纤维混凝土破坏机理

2.1.1混凝土受压破坏机理

2.1.2钢纤维混凝土的破坏机理

2.3钢纤维混凝土增强机理

2.3.1复合材料理论

2.3.2纤维间距理论

2.3.3钢纤维混凝土抗力学计算

2.3.4钢纤维砼在巷道工程中的支护机理

2.4挂网混凝土加固机理与力学计算

2.4.1加固机理

2.4.2金属网力学计算

2.4.3挂网砼力学计算

2.5钢纤维射砼与挂网砼抗拉能力比较与分析

2.5.1钢纤维砼抗拉能力

2.5.2挂网砼抗拉能力

2.6本章小结

第三章钢纤维混凝土的静载力学试验

3.1试验材料

3.2抗压试验

3.2.1试验方案

3.2.2试件制作

3.2.3抗压试验结果

3.3劈裂抗拉试验

3.3.1试验方案

3.3.2试件制作

3.3.3劈裂抗拉试验结果

3.4与挂网砼相比较

3.4.1挂网砼抗拉能力

3.4.2抗拉强度比较

3.5本章小结

第四章钢纤维混凝土动态冲击试验

4.1 SHPB试验

4.2动态试验目的

4.3实验装置及原理

4.4试件制作

4.5 SHPB试验结果

4.6 SHPB试验结果分析

4.7加围压的SHPB试验结果及分析

4.8本章小结

第五章钢纤维混凝土巷道支护工程试验实验

5.1马路坪矿软岩巷道背景资料简介

5.1.1区域地质情况概述

5.1.2矿床工程地质条件马路坪矿段深部水文地质条件

5.1.3马路坪矿矿体形态特征

5.2软岩巷道破坏规律

5.2.1膨胀性软岩巷道变形破坏机理

5.2.2高应力软岩巷道变形破坏机理

5.2.3节理化软岩巷道变形破坏机理

5.2.4复合型软岩

5.3软岩巷道支护设计原则

5.4软岩巷道支护技术

5.4.1膨胀性软岩巷道支护技术

5.4.2高应力软岩巷道支护技术

5.4.3节理化软岩巷道支护技术

5.4.4复合性软岩巷道支护技术

5.5马路坪矿切割法巷道破坏规律及其支护原理

5.5.1切割法巷道破坏规律

5.5.2切割法巷道支护原理的选择

5.6巷道支护现场试验

5.6.1干喷钢纤维混凝土实验

5.6.2工艺流程

5.6.3材料配比及设备

5.6.4施工准备

5.6.5施工方法

5.7试验分析与总结

5.7.1试验分析

5.7.2本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要研究成果