九頂山銅鉬礦軟巖巷道錨噴網(wǎng)支護研究*

于少峰，陳紹洪，韓 斌

(1.北京科技大學 金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，北京 100083;2.云銅集團 彌度縣九頂山礦業(yè)有限公司，云南 彌渡 675600)

1 引言

錨噴網(wǎng)支護，是指聯(lián)合使用錨桿、鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土或噴漿為主要支護手段，使支撐結構與圍巖緊密貼合起來共同作用，防止巖體風化及石塊剝落，改善接觸面巖體的抗拉性能從而調(diào)動并充分利用天然圍巖的自身承載能力，有效地支護松散破碎的軟弱巖層，以達到提高巷道及圍巖穩(wěn)定性的目的［1-2］。錨噴網(wǎng)支護技術是目前礦山開采中最常見的井巷支護形式之一，與其它支護方式相比，其以支護效果好、強度高、施工速度快、成本低等優(yōu)點得到越來越多的應用。

2 工程地質

九頂山銅鉬礦礦區(qū)地層為志留系上統(tǒng)，礦體產(chǎn)狀為走向N73°W，傾角35～48°，含礦層為花崗斑巖，其構造形態(tài)復雜，礦巖分界線不明顯，礦巖受強烈的擠壓及熱液蝕變作用，巖石變得十分破碎，節(jié)理裂隙極為發(fā)育，加上花崗斑巖為脆性以及在水的作用下易軟化，因此破碎帶中的花崗斑巖呈散體狀，局部地區(qū)呈泥狀，礦巖穩(wěn)固性極差。礦山原有支護方案，是利用焊接工字鋼聯(lián)合原木共同支撐巷道，但是這種支護成本非常高(達到5800 元/m)，且對軟弱泥化圍巖支護效果不佳，經(jīng)常發(fā)生工字鋼彎曲、斷裂及巷道垮塌等現(xiàn)象。為解決該礦支護難題，在對九頂山軟弱巖體現(xiàn)場調(diào)查和膨脹成分分析的基礎上，結合礦山的生產(chǎn)情況，選擇在五中段二盤二穿2P213 測點附近15m 范圍內(nèi)松散、破碎但涌水量較小的花崗斑巖巷道中進行錨噴網(wǎng)支護試驗。

3 錨噴網(wǎng)支護參數(shù)與施工

針對九頂山花崗斑巖松散、破碎，本身自穩(wěn)能力較差，在不支護的情況下完全不能自穩(wěn)的特點，提出采用噴錨網(wǎng)支護巷道以改善圍巖應力狀況、抑制圍巖變形和減小塑性區(qū)范圍，從而增強巷道的安全指數(shù)，提高圍巖自承能力。為滿足支護效果［3-5］，設計采用長度為1.8m、間排距為0.75m(頂弧為0.5m×1.0m)的錨噴網(wǎng)支護，其設計如圖1。

3.1 樹脂錨桿支護參數(shù)

(1)樹脂錨桿技術要求如表1。

表1 樹脂錨桿規(guī)格

(2)樹脂錨桿安裝方法

錨桿孔直徑為φ32 -φ35mm;錨桿孔深1.75m，不得超過1.8m，也不得低于1.7m;將3 卷錨固劑放入錨桿孔內(nèi)，之后將樹脂錨桿插入孔內(nèi)，用氣腿式鑿巖機帶動錨桿一邊旋轉，一邊將錨桿插入孔底，要求樹脂錨固劑自開始攪拌至裝入孔底的總時間不得超過30s，也不得少于20s。攪拌完畢后，在60s 內(nèi)不要使錨桿桿體移動，否則影響錨固強度;等待時間過后即可上托盤和螺母，錨桿托盤應壓緊鋼網(wǎng)，并緊貼巖面;攪拌工具根據(jù)現(xiàn)場動力等條件，也可采用TJ -9型風動攪拌機或氣腿鑿巖機加連接頭施工。

(3)樹脂錨桿拉拔力

要求樹脂錨桿拉拔力應大于15t;且樹脂錨桿拉拔力監(jiān)測率為3 根/100 根。

3.2 噴射混凝土支護參數(shù)

(1)材料選擇

①水泥:采用32.5 級普通硅酸鹽水泥;②砂石:噴射混凝土用砂石，采用單軸抗壓強度不低于70MPa 的巖石做原材料;噴漿用骨料級配如表2;③干粉速凝劑:其技術參數(shù)要求如表3。

表2 噴射混凝土骨料通過各篩徑的累計重量百分數(shù)(%)

表3 干粉速凝劑技術要求

(2)抗壓強度檢測

噴射混凝土單軸抗壓強度要求為20MPa;檢查混凝土抗壓強度所需的試塊應在工程施工中抽樣制取;每噴射100m3混合料，必須要做一組單軸抗壓強度試驗，每組試塊不得少于3 塊;單個試塊尺寸為:100mm×100mm ×100mm;噴射混凝土抗壓強度合格條件為:

為確?；炷僚c巷道圍巖可靠粘附，最終確定混凝土漿液配合比為:水泥與砂石重量比為1∶4～1∶4.5;水灰比為0.40～0.45，砂率為50%～60%;速凝劑摻量3%。

3.3 鋼網(wǎng)參數(shù)確定

(1)鋼網(wǎng)技術要求如表4

表4 鋼網(wǎng)技術標準

(2)鋼網(wǎng)安裝要求:鋼網(wǎng)距離地面的高度不得大于0.5m;鋼網(wǎng)與鋼網(wǎng)之間應相互搭接，并互相勾連為一個整體;鋼網(wǎng)應盡可能緊貼巖面，要求噴射混凝土須完全覆蓋鋼網(wǎng)。

3.4 錨噴網(wǎng)支護施工技術

由于花崗斑巖極為松散、破碎，因此試驗段遵循軟巖中“短掘短支”的方式進行施工，每循環(huán)進尺1.3m，除渣后即依次開始打錨桿、掛網(wǎng)及噴射混凝土。首先進行錨桿安裝:為了施工安全，每個斷面在頂部多打兩顆錨桿，為每排13 顆錨桿;其次進行鋼筋網(wǎng)安裝:掛網(wǎng)時要求其與巷道壁嚴密接觸，兩張鐵絲網(wǎng)之間搭接不小于1～2 個網(wǎng)格(10cm);最后進行噴射混凝土:混凝土與圍巖的粘附效果非常重要，是發(fā)揮錨噴網(wǎng)支護效果的基本保證，其人員作業(yè)質量直接關系到整個施工效果，因此一定要按照設計進行施工。

3.5 收斂變形監(jiān)測分析

于2012年6月3日開始巷道錨噴網(wǎng)支護。施工過程中即開始收斂變形檢測工作直到2012年11月25日。重點對五中段二盤二穿施工巷道兩幫變形情況及頂部下沉情況進行長期和系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)測［6-7］。15m 試驗巷道中央位置相距7m 選取兩個斷面Ⅰ、Ⅱ作為試驗水平，每個試驗水平監(jiān)測采用三角形布置，在巷道兩幫及頂部各布置一個監(jiān)測點，變形測量時測出1#、2#、3#測線的數(shù)值，即可得出巷道兩幫的變形情況和換算出頂部的下沉情況;此次監(jiān)測設計如圖2。將獲得數(shù)據(jù)資料整理如表5。

圖2 巷道變形監(jiān)測測線布置示意圖

表5 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄表

經(jīng)origin 軟件分析如圖3。

圖3 巷道收斂變形分析

分析可知:

(1)曲線在前60 天內(nèi)變化較陡，巷道變形由約7mm 加速降低至3mm;隨著時間及開挖面的推移，曲線逐漸變緩慢，并在100 天后逐漸降低，保持0.1mm基本不變;這是由于經(jīng)過初始錨噴網(wǎng)支護后，圍巖仍然處于高彈性應力狀態(tài)，彈性模量較大，會對錨噴網(wǎng)支護層產(chǎn)生較大的壓力，此時變形會在一定范圍內(nèi)變化較大;而隨著時間推移，巖體內(nèi)部應力得到釋放后，不足以抗拒錨噴網(wǎng)支護層提供的支撐力，此時變形會逐漸降低到一個穩(wěn)定值，趨于零;

(2)水平即3#測線收斂較1#測線及2#測線收斂值大，這是由于九頂山銅鉬礦水平應力大于垂直應力，且相鄰采場在測試期間正在開挖一條巷道，應力產(chǎn)生了轉移。

4 應用效果

試驗巷道采用錨噴網(wǎng)支護技術后，掘進支護施工的安全性得到顯著提高，試驗巷道經(jīng)受住了回采考驗，除部分區(qū)段存在噴層開裂和較小變形外，無圍巖垮塌、掉落礦石碎塊、片幫等現(xiàn)象，穩(wěn)定狀況良好;支護工效比采用架設工字鋼支護提高了24.5%，每米巷道支護時間由5h 減少為3.5h，支護費用節(jié)省30%以上。

5 結論

(1)結合地下水的處理，在九頂山銅鉬礦五中段二盤二穿進行了錨噴網(wǎng)支護試驗，分析了九頂山銅鉬礦巷道支護存在的問題，并最終提出了混凝土+樹脂錨桿的支護方案，并確定了技術實施方法及要求;

(2)采用錨噴網(wǎng)支護技術加固巷道，錨噴網(wǎng)支護后，巷道完整良好，沒有變形、碹體脫落、片幫現(xiàn)象;

(3)采用錨噴網(wǎng)加固技術，有效加固了松散破碎巖體，極大改善了巷道穩(wěn)定性，有效處理了礦山涌水及冒頂難題，使得風化花崗斑巖中掘進能夠進行?，F(xiàn)場試驗確保了所提出的處置對策合理。經(jīng)過現(xiàn)場工業(yè)試驗的驗證，取得預期錨噴網(wǎng)支護效果。

［1］黃輝，劉軍見，喬中鵬，等.富含水軟巖巷道錨噴網(wǎng)支護技術［J］.煤炭科技，2010，3(3):46-48.

［2］張周平，余偉健，高謙，等.金川深部工程圍巖支護時機與參數(shù)設計研究［J］.金屬礦山，2008，(2):40-44.

［3］金宇松，宋遠兵，黎文斐，等.錨噴網(wǎng)支護技術在軟巖巷道的應用［J］.中國礦山工程，2010，39(1):34-36.

［4］黃海濤.淺談鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦支護方式的改革［J］.江西煤炭科技，2008，4(4):83-84.

［5］龐博，吳永強，羅業(yè)民.軟巖巷道剛性二次支護技術的應用［J］.金屬礦山，2012，(10):44 -45.

［6］孟慶彬，韓立軍，喬衛(wèi)國，等.唐口煤礦深部軟巖巷道支護技術研究［J］.西安科技大學學報，2012，32(2):165 -166.

［7］朱德康，左宇軍，陳春春.有分區(qū)破裂化傾向的深部巷道圍巖支護分析［J］.有色金屬(礦山部分)，2012，64(2):35 -37.