围岩支护浅谈
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【摘 要】井巷支护材料，主要指在井巷支护中所用的支架材料。井巷支架主要承受有效支护范围内的岩石压力，维持其力的平衡，以保持井巷的正常规格。井下大气具有腐蚀性及地下水的作用，能使支架材料失去它原来的性能而使支架遭到破坏。因此，对支架材料必须有一定的要求。这些要求主要指材料在物理力学方面及化学耐腐方面应具备的一些性能，具体要求有以下几个方面：支架材料应当具有较高的强度、一定的弹性和塑性，以便承受较强的地压作用，应当具有一定的耐腐蚀性，以适应井下特定环境下的服务时间的需要；应具有一定的耐火及耐寒性，以确保支架的安全使用。此外，对支架材料还要求取材容易、质量轻、易于搬运、制作简单、安装方便省力等。
支架按其使用的时间长短可分为临时性支架和永久性支架两类，按材质可分为木材、金属、石材、混凝土和钢筋混凝土支架等。
【关键词】井巷支护;支架材料
1.木材
在井下支护用的木材通常称为坑木。用木材做支护材料的优点：具有一定的强度、质量轻、加工方便，灵活性强，且具有一定的可缩性等。但也有一定的缺点：使用期限短、维修工作量大、耐火性差、易腐朽等。由于木材具有上述优点，所以在地下采掘生产中曾广泛使用，特别是在小断面的地质探矿巷道中现今仍较广泛地使用木材支架。
2.硅酸盐水泥
2.1硅酸盐水泥及其组成
将石灰石、黏土、铁矿石按一定比例混合后磨成细生料，煅烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，再加入适量石膏后，磨细成水硬性胶凝材料，即为硅酸盐水泥。其熟料组成及含量如下：
熟料矿物 简写 含量
硅酸三钙(3CaO·SiO2) C3S 42％～61％
硅酸二钙(2CaO·SiO2) C2S 15％～32％
铝酸三钙(3CaO·A12O3) C3A 4％～11％
铁铝酸四钙(4CaO·A12O3·Fe2O3) C4AF 10％～18％
此外，它还含有少量游离氧化钙(CaO)、游离氧化镁(MgO)等。不同熟料矿物与水反应所表现的性能也不同，若改变熟料矿物组成的含量，水泥的技术性能也随之变化。如提高硅酸三钙的含量，可使水泥的快硬高强性能提高；如降低铝酸三钙和硅酸三钙含量，提高硅酸二钙的含量，水泥的水化热降低。
磨细的熟料，凝结时间太短，不利于使用。所以，熟料磨细时，常掺入3％左右的石膏，以调节水泥的凝结时间。
2.2凝结时间
水泥有初凝时间和终凝时间。初凝时间是从给水泥加水拌和起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间是从给水泥加水拌和起至水泥浆完全失去可塑性且开始具有强度所需的时间。
水泥的初凝时间不能太短，以便有足够的时间完成混凝土和砂浆的搅拌、运输与砌筑等工序；水泥的终凝时间也不能太长，以便施工后混凝土尽快硬化，具备一定强度，及早承载和进行下一步施工。国家标准规定，硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于12h。
２．３强度
强度是水泥性能的重要指标，也是确定水泥标号的依据。国家标准规定用软练法检验水泥强度，即将水泥和标准砂按l：2.5的比例混合，加入规定的水量，按标准尺寸(4cm×4cm×16cm)制成试件，在标准条件下(温度20±3℃，相对湿度90％以上)养护后做抗折、抗压强度试验。按照国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GBl75—1999)，水泥的标号根据3d、28d抗压强度和抗折强度以及早期强度分为6个级别：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R(R代表早强型)。
２．４使用
硅酸盐水泥标号较高，凝结硬化快，适用于重要结构的高强度混凝土、钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土及早期强度高、凝结硬化快的工程。喷浆及喷射混凝土支护等宜于采用。
３．普通硅酸盐水泥
将硅酸盐水泥熟料、少量混合材料、适量石膏混合后，磨细成水硬性胶凝材料，即为普通硅酸盐水泥，简称为普通水泥。其中，活性混合材料的掺量不得超过15％，非活性混合材料的掺量不得超过10％，同时活性和非活性混合材料的总量不得超过15％，且窑灰不得超过5％。
普通水泥的成分绝大部分是硅酸盐水泥熟料，其基本性能与硅酸盐水泥相同。因掺有少量混合材料，有些性能与硅酸盐水泥稍有不同。两者相比，普通水泥早期硬化稍慢，抗冻、耐磨等性能也比硅酸盐水泥略差。
按国家标准，普通水泥强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。
4.矿碴硅酸盐水泥
将硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿碴、适量石膏混合后，磨细成水硬性胶凝材料，即为矿碴硅酸盐水泥，简称矿碴水泥。矿碴水泥中粒化高炉矿碴的掺量占水泥质量的20％～70％，其中可用不超过总掺量1／3的火山灰或粉煤灰、石灰石、窑灰代替部分粒化高炉矿碴，但掺量不得超过水泥质量的15％，其中石灰石不得超过10％，窑灰不得超过8％。
矿碴水泥的凝结时间与硅酸盐水泥相同，与硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥相比，它的特性是：凝结硬化速度较慢，早期强度较低，后期强度增长较快，甚至超过同标号的硅酸盐水泥；水化放热速度慢，放热量低；对温度的敏感性较高，温度较低时，硬化速度很慢，温度较高时(60～70℃以上)，硬化速度很快，甚至超过硅酸盐水泥；耐热性较好，抵抗软水及硫酸盐介质的侵蚀能力比硅酸盐水泥高。但矿碴水泥的抗冻性差，干缩性大。
矿碴水泥不仅适用于地面，而且特别适用于地下和水中的一般混凝土和大体积混凝土结构以及蒸气养护的混凝土构件，也适用于一般硫酸盐侵蚀的混凝土工程。
5.火山灰质硅酸盐水泥
将硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料、适量石膏混合后，磨细成水硬性胶凝材料，即为火山灰质硅酸盐水泥，简称火山灰水泥。火山灰质混合材料的掺量占水泥质量的20％～50％，其中可掺入不超过总掺量l／3的粒化高炉矿碴代替部分火山灰质混合材料。
火山灰水泥凝结时间与硅酸盐水泥相同，与矿碴水泥的特性基本相同，但与硅酸盐水泥相比抗渗性较高。
火山灰水泥不仅用于地面，而且特别适用于地下和水中的一般混凝土和大体积混凝土结构以及蒸气养护的混凝土构件，也适用于有一般硫酸盐侵蚀的混凝土工程。